JPH03106089A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JPH03106089A JPH03106089A JP24368289A JP24368289A JPH03106089A JP H03106089 A JPH03106089 A JP H03106089A JP 24368289 A JP24368289 A JP 24368289A JP 24368289 A JP24368289 A JP 24368289A JP H03106089 A JPH03106089 A JP H03106089A
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- semiconductor laser
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- laser element
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はサブマウントを有するヒートシンクを用いてｔ
ｌＰ−ＳＩＤＥ−ＤＯＷＮにマウントとした半導体レー
ザ素子に関する． 〔従来の技術〕 半導体レーザ素子を室温で長期間連続発振させるために
は、その素子の活性層で発生する熱を効率よく放散動作
温度を下げることが必要であり、一般に半導体レーザ素
子の活性層に近い主面側をヒートシンク（放熱体）に接
合するＵＰ−ＳＩＤＥ−ＤＯＷＮの組み立て方式が採用
され、これにより活性層の熱を逃がしている．このとき
基板にＧａＡｓなどを用いている半導体レーザ素子とＣ
ｕなどのヒートシンクは熱膨張係数が大きく異なるため
、直接半田接合すると半田溶融後の凝固過程で活性層に
強いストレスが加わり、そこにダークラインと呼ばれる
転移網を発生して、発振しきい値電流が上昇し遂には発
振不可能となる．そこでこの対策としてＩｎなどの軟ら
かい半田を用いてヒートシンクに半導体レーザ素子を接
合するか、もしくはＧａＡｓ基板と熱膨張係数の差が小
さいＳｉｎ Ｍｏなどサブマウントを介在させて、その
上にＡｕＳｎ合金などの硬い半田層を数μ形威し、これ
を溶融してヒートシンクに半導体レーザ素子を接合する
かいずれかの方法が用いられている． 〔発明が解決しようとする課題〕 以上のように半導体レーザ素子を組み立てる際に、この
ような発光素子ではヒートシンクとなるステムの基準面
に対して発光点が正確に位置すること、即ち発光点の位
置精度を極めて高く定めることが必要となる．したがっ
て、前述のような半田接合を行なうとき、半導体レーザ
素子のチップを半田層の上で最適な位置に置いた後も、
半田が溶融して流れることによるチップの位置ずれを防
ぐためにチンブを加圧，固定しておかねばならない．そ
のため半導体レーザ素子のチップのグイボンディングを
行なうときは、チップを高精度に位置決めしてステムの
半田面に載置し、さらに上方からチンブをステムに対し
加圧固定し、半田を加熱溶融して接合した後冷却固化さ
せるという一連のプロセスを要することになり、１個の
チップの接合に必要な時間は、位置決めに１０秒，半田
接合が５０秒であるから合計６０秒かかる．このように
半導体レーザ素子チップのグイボンデイングに要する時
間の大半は半田接合時間であり、組み立て効率に劣り量
産性が問題となる．したがってこの時間を短縮するのが
コスト低減の点から望ましいことである．また半田を使
うために、接合時に半田が盛り上がって活性領域を塞ぎ
レーザ発光を妨げる可能性が大きいという問題もある． 一方例えば発光ダイオード，ＩＣ，フォトダイオードな
どのように、基板側ではなく能動層側でヒートシンクに
接合するＵＰ−ＳＩＤＥ−ＤＯＷＩＩ方式の組み立て素
子では、Ａｇを含むエボキシ樹脂のような導電性ペース
トを用いて接合時間１〜２秒の高速グイボンディングが
可能であるが、半導体レーザ素子に対しては活性ｆｉＩ
域がヒートシンクから遠い位置にあるので放熱効果の点
では好ましくない．しかし、これまで厚さ１０ｕ程度の
Ａｇ含有エボキシ樹脂の導電性ペーストを用いて、ＵＰ
−ＳＩＤＥ−ＤＯＷｌｉ方式でヒートシンクに半導体レ
ーザ素子チンブを接合した場合、サブマウントを用いて
いるにも拘らず、半導体レーザ素子の寿命は期待できる
ものはなかった．これはペースト硬化後の樹脂成分の熱
膨張係数が半田の場合に比べてチップより著しく大きく
、半導体レーザ素子作動時の僅かの温度変化が生じても
これらの熱膨張係数の差により、大きな応力が作用する
ものとみられる．本発明は上述の点に鑑みてなされたも
のであり、その目的はＡｇ含有エポキシ樹脂導電性ベー
ストを用いてＵＰ−ＳＩ［ｌ！！−ＤＯＩｎＮ方式で組
み立てたときも長寿命を保持することが可能な半導体レ
ーザ素子を提供することにある． 〔課題を解決するための手段〕 上記の課題を解決するために本発明は半導体レーザ素子
をサブマウントを有するヒートシンクにＵＰ−８１０１
！−ＤＯＷＮに接合するための材料として、０．５〜３
ｎの厚さを持つＡｇ入りエボキシ樹脂の導電性ペースト
を用いたものである． 〔作用〕 本発明は上記のように構威したことにより、接合後の半
導体レーザ素子はこの範囲の厚さでは導電性ペーストに
起因する作動時の内部応力の影響は見られず、従来と同
等の寿命を持っており、しかも導電性ペーストを用いた
ために接合に要する時間は、従来の半田を用いた場合に
比べて１７６で済ますことが可能となる， 〔実施例〕 以下、本発明を実施例に基づき説明する．第１図は本発
明による組み立て後の半導体レ−ザ素子の要部構或を示
した模式断面図である．第１図において、半導体レーザ
素子のチップ上は半導体結晶基板２と、この基板２の上
に結晶或長などによって形威した活性領域３を持つ活性
１１４と、必要な各結晶戊長層である第１のクラフド層
５，第２クラソド層６．コンタクト層７および蒸着また
はメッキなどにより形威した二つの電極金属８，９から
なる．チンプ上から放熱させるためのＣｕ製ステムのヒ
ートシンクＩＯにＳｌのサブマウント１１ヲ半田もしく
は導電性ペーストを用いて接合してあり、サブマウント
１１に蒸着などによりＴｔＮｉ−Ａｕの金属ｌｗｌ２を
形威してある．本発明ではこの金属層１２の表面に所定
の厚さを有するＡｇを含むエボキシＩ４脂の導電性ペー
スト層１３を塗布しチップ上とサブマウン｝１１を接合
した構戒となっている．次にこのような接合構造を得る
ための手順について述べる．まずあらかじめＣｕ製ステ
ムのヒートシンク１０にサブマウント１１と、このサブ
マウント１ｌに金属層１２を形或しておき、金属ＦＩ１
２の全面もしくは必要な部分に、スクリーン印刷または
スタンビングなどの手法を用いて所定の厚さにＡｇ含有
エポキシ樹脂導電性ペースト層１３を塗布する．その後
チップ上をＵＰ−ＳＩＤＥ−ＤＯＷＮに位置決めし、金
属層１２上に塗布された導電性ペースト層１３に重ねる
ように所定の位置に載せて全体を加圧する．このとき、
ヒートシンク１０を図示してない熱板上にＩきサブマウ
ント１１が１００℃程度に加熱されるようにするのがよ
い．そして全体をトンネル炉または恒温槽を用いて２０
０℃，４０秒の樹！ｎ化を行う．導電性ペースト層１３
の硬化時は、殆どペースト体積の変化がないから加圧を
しておく必要がなく、チップ上の位置決めの時の発光点
精度を保つことができる．以上のダイボンドの正味の所
要時間については、樹脂硬化時間は多数個同時処理され
るから無視してよく、チフブ土の位置決めに必要な１０
秒で済む．これら従来この過程で必要とする時間の１／
６でよいことになる． 次にａｇ含有エポキシ樹脂導電性ペースト層１３の厚さ
を０．１μ．０．５Ｊｌｌｌｌ １ ｉｔｓ． ２
ｎ＋ ３一事 ４−１５ｎ，ｌＱ４と変えて、各厚
さのものについて１０個づつ上記の手順により、チップ
上をサブマウント１１に接合した第１図の構造をもつ半
導体レーザ素子を作製し、接合強度を調べるとともに光
出力２０ｍＷ，温度５０℃の条件下で、ＡｇＰ．Ｃ．（
Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）動作
の寿命試験を行い、得られた結果を第１表に示す．第１
表中のペースト厚さは各１０個の平均値．素子寿命は平
均故障時間で示した．なお比較のためにＡｕＳｎ合金半
田を用いた従来の接合構造における場合についても併記
した。
ｌＰ−ＳＩＤＥ−ＤＯＷＮにマウントとした半導体レー
ザ素子に関する． 〔従来の技術〕 半導体レーザ素子を室温で長期間連続発振させるために
は、その素子の活性層で発生する熱を効率よく放散動作
温度を下げることが必要であり、一般に半導体レーザ素
子の活性層に近い主面側をヒートシンク（放熱体）に接
合するＵＰ−ＳＩＤＥ−ＤＯＷＮの組み立て方式が採用
され、これにより活性層の熱を逃がしている．このとき
基板にＧａＡｓなどを用いている半導体レーザ素子とＣ
ｕなどのヒートシンクは熱膨張係数が大きく異なるため
、直接半田接合すると半田溶融後の凝固過程で活性層に
強いストレスが加わり、そこにダークラインと呼ばれる
転移網を発生して、発振しきい値電流が上昇し遂には発
振不可能となる．そこでこの対策としてＩｎなどの軟ら
かい半田を用いてヒートシンクに半導体レーザ素子を接
合するか、もしくはＧａＡｓ基板と熱膨張係数の差が小
さいＳｉｎ Ｍｏなどサブマウントを介在させて、その
上にＡｕＳｎ合金などの硬い半田層を数μ形威し、これ
を溶融してヒートシンクに半導体レーザ素子を接合する
かいずれかの方法が用いられている． 〔発明が解決しようとする課題〕 以上のように半導体レーザ素子を組み立てる際に、この
ような発光素子ではヒートシンクとなるステムの基準面
に対して発光点が正確に位置すること、即ち発光点の位
置精度を極めて高く定めることが必要となる．したがっ
て、前述のような半田接合を行なうとき、半導体レーザ
素子のチップを半田層の上で最適な位置に置いた後も、
半田が溶融して流れることによるチップの位置ずれを防
ぐためにチンブを加圧，固定しておかねばならない．そ
のため半導体レーザ素子のチップのグイボンディングを
行なうときは、チップを高精度に位置決めしてステムの
半田面に載置し、さらに上方からチンブをステムに対し
加圧固定し、半田を加熱溶融して接合した後冷却固化さ
せるという一連のプロセスを要することになり、１個の
チップの接合に必要な時間は、位置決めに１０秒，半田
接合が５０秒であるから合計６０秒かかる．このように
半導体レーザ素子チップのグイボンデイングに要する時
間の大半は半田接合時間であり、組み立て効率に劣り量
産性が問題となる．したがってこの時間を短縮するのが
コスト低減の点から望ましいことである．また半田を使
うために、接合時に半田が盛り上がって活性領域を塞ぎ
レーザ発光を妨げる可能性が大きいという問題もある． 一方例えば発光ダイオード，ＩＣ，フォトダイオードな
どのように、基板側ではなく能動層側でヒートシンクに
接合するＵＰ−ＳＩＤＥ−ＤＯＷＩＩ方式の組み立て素
子では、Ａｇを含むエボキシ樹脂のような導電性ペース
トを用いて接合時間１〜２秒の高速グイボンディングが
可能であるが、半導体レーザ素子に対しては活性ｆｉＩ
域がヒートシンクから遠い位置にあるので放熱効果の点
では好ましくない．しかし、これまで厚さ１０ｕ程度の
Ａｇ含有エボキシ樹脂の導電性ペーストを用いて、ＵＰ
−ＳＩＤＥ−ＤＯＷｌｉ方式でヒートシンクに半導体レ
ーザ素子チンブを接合した場合、サブマウントを用いて
いるにも拘らず、半導体レーザ素子の寿命は期待できる
ものはなかった．これはペースト硬化後の樹脂成分の熱
膨張係数が半田の場合に比べてチップより著しく大きく
、半導体レーザ素子作動時の僅かの温度変化が生じても
これらの熱膨張係数の差により、大きな応力が作用する
ものとみられる．本発明は上述の点に鑑みてなされたも
のであり、その目的はＡｇ含有エポキシ樹脂導電性ベー
ストを用いてＵＰ−ＳＩ［ｌ！！−ＤＯＩｎＮ方式で組
み立てたときも長寿命を保持することが可能な半導体レ
ーザ素子を提供することにある． 〔課題を解決するための手段〕 上記の課題を解決するために本発明は半導体レーザ素子
をサブマウントを有するヒートシンクにＵＰ−８１０１
！−ＤＯＷＮに接合するための材料として、０．５〜３
ｎの厚さを持つＡｇ入りエボキシ樹脂の導電性ペースト
を用いたものである． 〔作用〕 本発明は上記のように構威したことにより、接合後の半
導体レーザ素子はこの範囲の厚さでは導電性ペーストに
起因する作動時の内部応力の影響は見られず、従来と同
等の寿命を持っており、しかも導電性ペーストを用いた
ために接合に要する時間は、従来の半田を用いた場合に
比べて１７６で済ますことが可能となる， 〔実施例〕 以下、本発明を実施例に基づき説明する．第１図は本発
明による組み立て後の半導体レ−ザ素子の要部構或を示
した模式断面図である．第１図において、半導体レーザ
素子のチップ上は半導体結晶基板２と、この基板２の上
に結晶或長などによって形威した活性領域３を持つ活性
１１４と、必要な各結晶戊長層である第１のクラフド層
５，第２クラソド層６．コンタクト層７および蒸着また
はメッキなどにより形威した二つの電極金属８，９から
なる．チンプ上から放熱させるためのＣｕ製ステムのヒ
ートシンクＩＯにＳｌのサブマウント１１ヲ半田もしく
は導電性ペーストを用いて接合してあり、サブマウント
１１に蒸着などによりＴｔＮｉ−Ａｕの金属ｌｗｌ２を
形威してある．本発明ではこの金属層１２の表面に所定
の厚さを有するＡｇを含むエボキシＩ４脂の導電性ペー
スト層１３を塗布しチップ上とサブマウン｝１１を接合
した構戒となっている．次にこのような接合構造を得る
ための手順について述べる．まずあらかじめＣｕ製ステ
ムのヒートシンク１０にサブマウント１１と、このサブ
マウント１ｌに金属層１２を形或しておき、金属ＦＩ１
２の全面もしくは必要な部分に、スクリーン印刷または
スタンビングなどの手法を用いて所定の厚さにＡｇ含有
エポキシ樹脂導電性ペースト層１３を塗布する．その後
チップ上をＵＰ−ＳＩＤＥ−ＤＯＷＮに位置決めし、金
属層１２上に塗布された導電性ペースト層１３に重ねる
ように所定の位置に載せて全体を加圧する．このとき、
ヒートシンク１０を図示してない熱板上にＩきサブマウ
ント１１が１００℃程度に加熱されるようにするのがよ
い．そして全体をトンネル炉または恒温槽を用いて２０
０℃，４０秒の樹！ｎ化を行う．導電性ペースト層１３
の硬化時は、殆どペースト体積の変化がないから加圧を
しておく必要がなく、チップ上の位置決めの時の発光点
精度を保つことができる．以上のダイボンドの正味の所
要時間については、樹脂硬化時間は多数個同時処理され
るから無視してよく、チフブ土の位置決めに必要な１０
秒で済む．これら従来この過程で必要とする時間の１／
６でよいことになる． 次にａｇ含有エポキシ樹脂導電性ペースト層１３の厚さ
を０．１μ．０．５Ｊｌｌｌｌ １ ｉｔｓ． ２
ｎ＋ ３一事 ４−１５ｎ，ｌＱ４と変えて、各厚
さのものについて１０個づつ上記の手順により、チップ
上をサブマウント１１に接合した第１図の構造をもつ半
導体レーザ素子を作製し、接合強度を調べるとともに光
出力２０ｍＷ，温度５０℃の条件下で、ＡｇＰ．Ｃ．（
Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）動作
の寿命試験を行い、得られた結果を第１表に示す．第１
表中のペースト厚さは各１０個の平均値．素子寿命は平
均故障時間で示した．なお比較のためにＡｕＳｎ合金半
田を用いた従来の接合構造における場合についても併記
した。
第１表
第１表からＡｇ入りエポキシ樹脂の導電性ペースト層１
３の厚さが０．５〜３μ間でＡｕＳｎ半田を用いた従来
と同様の結果を得られることがわかる．導電性ペースト
層１３の厚さが０．Ｉ ｎの最も薄い場合は十分な接合
強度を得ることができず、３ｎより厚くなるにつれて半
導体レーザ素子上の寿命は急激に低下してゆく．その原
因は導電性ペースト層１３が薄いときは、温度上昇に対
してレーザチップ上との熱膨張によって発生する内部応
力は無視できる範囲であるが、厚さが増すに従って内部
応力が顕著に現われてレーザチソプ上の活性層４に直接
作用を及ぼすようになるからである．したがって本発明
で用いるＡｇ入りエボキシ樹脂の導電性ぺ一スト層１３
の厚さは０．５〜３ｎとするのが最適である． 以上のように本発明では半田の代わりに薄い導電性ペー
ストを用いて接合効率を高め、半田に起因する不都合な
点を除去し、半導体レーザ素子に従来と同様の寿命特性
を付与するものである．〔発明の効果〕 半導体レーザ素子をヒートシンクにマウントするための
材料は従来半田を用いていたので、接合効率が悪い上に
半田のはみ出しなど種々の問題があったが、本発明では
実施例で述べたように、半田の代わりに厚さが０．５〜
３ｎという薄いＡｇ含有エポキシ樹脂の導電性ペースト
を用いたために、半田接合の場合と同等の寿命特性を持
ち、接合の正味所要時間は１７６で済ますことができ、
樹脂のはみ出しによる遮光なども起きないから歩留りよ
く高効率の組み立てが可能となった．
３の厚さが０．５〜３μ間でＡｕＳｎ半田を用いた従来
と同様の結果を得られることがわかる．導電性ペースト
層１３の厚さが０．Ｉ ｎの最も薄い場合は十分な接合
強度を得ることができず、３ｎより厚くなるにつれて半
導体レーザ素子上の寿命は急激に低下してゆく．その原
因は導電性ペースト層１３が薄いときは、温度上昇に対
してレーザチップ上との熱膨張によって発生する内部応
力は無視できる範囲であるが、厚さが増すに従って内部
応力が顕著に現われてレーザチソプ上の活性層４に直接
作用を及ぼすようになるからである．したがって本発明
で用いるＡｇ入りエボキシ樹脂の導電性ぺ一スト層１３
の厚さは０．５〜３ｎとするのが最適である． 以上のように本発明では半田の代わりに薄い導電性ペー
ストを用いて接合効率を高め、半田に起因する不都合な
点を除去し、半導体レーザ素子に従来と同様の寿命特性
を付与するものである．〔発明の効果〕 半導体レーザ素子をヒートシンクにマウントするための
材料は従来半田を用いていたので、接合効率が悪い上に
半田のはみ出しなど種々の問題があったが、本発明では
実施例で述べたように、半田の代わりに厚さが０．５〜
３ｎという薄いＡｇ含有エポキシ樹脂の導電性ペースト
を用いたために、半田接合の場合と同等の寿命特性を持
ち、接合の正味所要時間は１７６で済ますことができ、
樹脂のはみ出しによる遮光なども起きないから歩留りよ
く高効率の組み立てが可能となった．
第１図はヒートシンクにマウントした構造を持つ本発明
の半導体レーザ素子の要部を示す模式断面図である．
の半導体レーザ素子の要部を示す模式断面図である．
Claims (1)
- １）サブマウントを有するヒートシンクに活性層に近い
側の電極面をＵＰ−ＳＩＤＥ−ＤＯＷＮに接合した半導
体レーザ素子であって、この接合用材料として０．５〜
３μｍの厚さを持つＡｇ含有エポキシ樹脂の導電性ペー
ストを用いたことを特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24368289A JPH03106089A (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24368289A JPH03106089A (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03106089A true JPH03106089A (ja) | 1991-05-02 |
Family
ID=17107421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24368289A Pending JPH03106089A (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03106089A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0537089A (ja) * | 1991-07-25 | 1993-02-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
| JPH0722652A (ja) * | 1993-06-30 | 1995-01-24 | Matsushita Electric Works Ltd | 射出成形プリント基板及びその製造方法 |
| JP2002158390A (ja) * | 2000-11-21 | 2002-05-31 | Sharp Corp | 半導体レーザ装置の製造方法および半導体レーザ装置 |
| US6967979B2 (en) | 2000-10-06 | 2005-11-22 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device, optical pickup and fabrication method of semiconductor laser device |
| US6972205B2 (en) | 1999-12-01 | 2005-12-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device, fabricating method thereof and optical pickup employing the semiconductor laser device |
| TWI460041B (zh) * | 2012-05-04 | 2014-11-11 | Laser Tek Taiwan Co Ltd | 雷射焊接機應用在對遮蔽屏解焊或焊接之方法 |
-
1989
- 1989-09-20 JP JP24368289A patent/JPH03106089A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0537089A (ja) * | 1991-07-25 | 1993-02-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
| JPH0722652A (ja) * | 1993-06-30 | 1995-01-24 | Matsushita Electric Works Ltd | 射出成形プリント基板及びその製造方法 |
| US6972205B2 (en) | 1999-12-01 | 2005-12-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device, fabricating method thereof and optical pickup employing the semiconductor laser device |
| US6967979B2 (en) | 2000-10-06 | 2005-11-22 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device, optical pickup and fabrication method of semiconductor laser device |
| JP2002158390A (ja) * | 2000-11-21 | 2002-05-31 | Sharp Corp | 半導体レーザ装置の製造方法および半導体レーザ装置 |
| TWI460041B (zh) * | 2012-05-04 | 2014-11-11 | Laser Tek Taiwan Co Ltd | 雷射焊接機應用在對遮蔽屏解焊或焊接之方法 |
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