JPH07321412A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH07321412A JPH07321412A JP11498994A JP11498994A JPH07321412A JP H07321412 A JPH07321412 A JP H07321412A JP 11498994 A JP11498994 A JP 11498994A JP 11498994 A JP11498994 A JP 11498994A JP H07321412 A JPH07321412 A JP H07321412A
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- metal layer
- solder
- semiconductor device
- semiconductor
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/30—Die-attach connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/071—Connecting or disconnecting
- H10W72/073—Connecting or disconnecting of die-attach connectors
Landscapes
- Die Bonding (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体素子をインジウムはんだを用いて実装
基板上に接続するII−VI族化合物半導体レーザ等の半導
体装置の構造に関し、インジウム半田の可塑性を維持し
て昇温時に熱膨張率の差により基板から半導体素子の活
性層に応力歪みが及ぼされのを防止する。 【構成】 半導体素子１をインジウムはんだ７を用いて
実装基板２上に接続してなる半導体装置において、はん
だ接続に用いられる半導体素子１の基板接続用電極６
が、最下層に、該半導体素子１にオーミックに接続する
コンタクト金属層３を有し最上層にインジウムはんだ７
と融合し易い金属によるボンディング金属層５を有し、
且つコンタクト金属層３とボンディング金属層５との間
にはんだ着け温度において該コンタクト金属及びボンデ
ィング金属の何れとも融合反応を起こさないバリア金属
層４が挿入された構造を有する。
基板上に接続するII−VI族化合物半導体レーザ等の半導
体装置の構造に関し、インジウム半田の可塑性を維持し
て昇温時に熱膨張率の差により基板から半導体素子の活
性層に応力歪みが及ぼされのを防止する。 【構成】 半導体素子１をインジウムはんだ７を用いて
実装基板２上に接続してなる半導体装置において、はん
だ接続に用いられる半導体素子１の基板接続用電極６
が、最下層に、該半導体素子１にオーミックに接続する
コンタクト金属層３を有し最上層にインジウムはんだ７
と融合し易い金属によるボンディング金属層５を有し、
且つコンタクト金属層３とボンディング金属層５との間
にはんだ着け温度において該コンタクト金属及びボンデ
ィング金属の何れとも融合反応を起こさないバリア金属
層４が挿入された構造を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置、特に半導体
素子をインジウムはんだを用いて実装基板上にはんだ着
け接続するII−VI族化合物半導体レーザ等の構造に関す
る。
素子をインジウムはんだを用いて実装基板上にはんだ着
け接続するII−VI族化合物半導体レーザ等の構造に関す
る。
【０００２】II−VI族化合物半導体レーザのように高温
条件で特性劣化の生じやすい半導体素子においては、半
導体素子を放熱体からなる実装基板上に熱伝導性を有す
るはんだ等により搭載し、動作中に素子で発生する熱を
放散して半導体素子の温度上昇の抑制がなされるが、上
記半導体素子の放熱体基板上へのはんだ着け実装に際し
て、放熱性が良い構造で、且つ素子の活性層に歪みを生
じないように柔らかい材質で、しかも発熱を伴わないよ
うな低抵抗の接続が必要になる。
条件で特性劣化の生じやすい半導体素子においては、半
導体素子を放熱体からなる実装基板上に熱伝導性を有す
るはんだ等により搭載し、動作中に素子で発生する熱を
放散して半導体素子の温度上昇の抑制がなされるが、上
記半導体素子の放熱体基板上へのはんだ着け実装に際し
て、放熱性が良い構造で、且つ素子の活性層に歪みを生
じないように柔らかい材質で、しかも発熱を伴わないよ
うな低抵抗の接続が必要になる。
【０００３】
【従来の技術】例えば、青色レーザであるII−VI族化合
物半導体レーザの材料となるＺｎＳｅ（亜鉛セレニウ
ム）系の化合物半導体の場合には、結晶成長温度が 250
℃と低く、 300℃以上に加熱すると高抵抗化してしまう
こと、結晶が III−Ｖ族化合物半導体と比較して軟らか
いために接続後に歪みが入り易いこと等の特徴があるた
めに、はんだ材に用いることができる材料は、約 156℃
の低融点を有し柔らかいインジウム（Ｉｎ）に限られ
る。
物半導体レーザの材料となるＺｎＳｅ（亜鉛セレニウ
ム）系の化合物半導体の場合には、結晶成長温度が 250
℃と低く、 300℃以上に加熱すると高抵抗化してしまう
こと、結晶が III−Ｖ族化合物半導体と比較して軟らか
いために接続後に歪みが入り易いこと等の特徴があるた
めに、はんだ材に用いることができる材料は、約 156℃
の低融点を有し柔らかいインジウム（Ｉｎ）に限られ
る。
【０００４】そして従来、上記半導体レーザは、素子の
放熱のために、放熱体基板（ヒートシンク）上にレーザ
素子の電極（コンタクト金属層）を上記Ｉｎはんだを用
いて200℃程度の温度で直にはんだ着け接続した構造に
形成されていた。
放熱のために、放熱体基板（ヒートシンク）上にレーザ
素子の電極（コンタクト金属層）を上記Ｉｎはんだを用
いて200℃程度の温度で直にはんだ着け接続した構造に
形成されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしＩｎは非常に酸
化され易い金属であり、大気中では表面にすぐに酸化膜
が形成されてしまう。そして一度この酸化膜が形成され
てしまうと、 200℃程度のはんだ着け温度では、Ｉｎの
み溶けて表面の酸化膜は溶けずに残り、このＩｎの酸化
膜がはんだ着けに際して、通常上記半導体レーザの電極
（コンタクト金属層）として多く用いられている金（Ａ
ｕ）等の金属層とＩｎ半田との間に挟み込まれるため
に、上記電極とＩｎはんだとの濡れ性が損なわれ、接続
不良を生じて抵抗を増大させるという問題を生じてい
た。また、この接続不良回避のため上記酸化膜をＩｎ中
に溶かし込むためには約 400℃程度の高温加熱が必要で
あり、素子性能の劣化を伴うために実施は不可能であっ
た。
化され易い金属であり、大気中では表面にすぐに酸化膜
が形成されてしまう。そして一度この酸化膜が形成され
てしまうと、 200℃程度のはんだ着け温度では、Ｉｎの
み溶けて表面の酸化膜は溶けずに残り、このＩｎの酸化
膜がはんだ着けに際して、通常上記半導体レーザの電極
（コンタクト金属層）として多く用いられている金（Ａ
ｕ）等の金属層とＩｎ半田との間に挟み込まれるため
に、上記電極とＩｎはんだとの濡れ性が損なわれ、接続
不良を生じて抵抗を増大させるという問題を生じてい
た。また、この接続不良回避のため上記酸化膜をＩｎ中
に溶かし込むためには約 400℃程度の高温加熱が必要で
あり、素子性能の劣化を伴うために実施は不可能であっ
た。
【０００６】そこで上記問題を回避するためには、レー
ザ素子のコンタクト金属層からなる電極全面の最上部
に、例えばＩｎや錫（Ｓｎ）のようなＩｎはんだと融合
し易いボンディング金属層を予め形成しておく必要があ
る。このようにすれば、ボンディング金属層とＩｎはん
だとが融合した際にＩｎの酸化膜ははんだ着け部の外面
に押し出されて濡れ性のよい良好なはんだ接続が可能に
なる。
ザ素子のコンタクト金属層からなる電極全面の最上部
に、例えばＩｎや錫（Ｓｎ）のようなＩｎはんだと融合
し易いボンディング金属層を予め形成しておく必要があ
る。このようにすれば、ボンディング金属層とＩｎはん
だとが融合した際にＩｎの酸化膜ははんだ着け部の外面
に押し出されて濡れ性のよい良好なはんだ接続が可能に
なる。
【０００７】しかしここで、前記ＺｎＳｅ系等のII−VI
族化合物半導体レーザにおいては、活性層側のコンタク
ト材料に、通常、Ａｕ、Ａｕ／Ｐｄ（パラジウム）、Ａ
ｕ／Ｐｔ（白金）／Ｐｄ等のＡｕ系のコンタクト金属が
用いられていることに起因して更に次のような問題を生
ずる。
族化合物半導体レーザにおいては、活性層側のコンタク
ト材料に、通常、Ａｕ、Ａｕ／Ｐｄ（パラジウム）、Ａ
ｕ／Ｐｔ（白金）／Ｐｄ等のＡｕ系のコンタクト金属が
用いられていることに起因して更に次のような問題を生
ずる。
【０００８】即ち、上記コンタクト金属に含まれるＡｕ
とはんだに用いるＩｎとは、低温で反応し易く、特に上
記レーザの通電時の昇温によっても反応を起こしてＩｎ
はんだ中にＡｕが溶け込み、はんだ着け部を硬化させて
活性層に歪みを与えたり、はんだ着け部の抵抗を増大さ
せたりして、上記レーザの特性に経時的な劣化を生じさ
せ、その信頼性を損なうという問題である。
とはんだに用いるＩｎとは、低温で反応し易く、特に上
記レーザの通電時の昇温によっても反応を起こしてＩｎ
はんだ中にＡｕが溶け込み、はんだ着け部を硬化させて
活性層に歪みを与えたり、はんだ着け部の抵抗を増大さ
せたりして、上記レーザの特性に経時的な劣化を生じさ
せ、その信頼性を損なうという問題である。
【０００９】そこで本発明は、半導体素子の電極をＩｎ
はんだを用い実装基板上にはんだ着けしてなる半導体装
置において、半導体素子動作時の発熱による素子はんだ
着け部の変質が防止される半導体素子の基板接続用電極
の構造を提供することを目的とする。
はんだを用い実装基板上にはんだ着けしてなる半導体装
置において、半導体素子動作時の発熱による素子はんだ
着け部の変質が防止される半導体素子の基板接続用電極
の構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は、半導
体素子をインジウムはんだを用いて実装基板上にはんだ
着け接続してなる半導体装置において、該はんだ着け接
続に用いられる該半導体素子の基板接続用電極が、最下
層に該半導体素子にオーミックに接続するコンタクト金
属層を有し最上層にインジウムはんだと融合し易い金属
からなるボンディング金属層を有し、且つ該コンタクト
金属層とボンディング金属層との間に該インジウムはん
だによるはんだ着け温度において該コンタクト金属及び
該ボンディング金属の何れとも融合反応を起こさないバ
リア金属層が挿入された構造を有する本発明による半導
体装置によって達成される。
体素子をインジウムはんだを用いて実装基板上にはんだ
着け接続してなる半導体装置において、該はんだ着け接
続に用いられる該半導体素子の基板接続用電極が、最下
層に該半導体素子にオーミックに接続するコンタクト金
属層を有し最上層にインジウムはんだと融合し易い金属
からなるボンディング金属層を有し、且つ該コンタクト
金属層とボンディング金属層との間に該インジウムはん
だによるはんだ着け温度において該コンタクト金属及び
該ボンディング金属の何れとも融合反応を起こさないバ
リア金属層が挿入された構造を有する本発明による半導
体装置によって達成される。
【００１１】
【作用】図１は本発明の原理説明用の斜視図で、図中、
１は半導体素子（チップ）、２は実装基板（例えば放熱
体からなる）、３は金あるいは金合金等からなるコンタ
クト金属層、４はバリア金属層、５はＩｎ、Ｓｎ等から
なるボンディング金属層、６は基板接続用電極、７はＩ
ｎはんだを示す。
１は半導体素子（チップ）、２は実装基板（例えば放熱
体からなる）、３は金あるいは金合金等からなるコンタ
クト金属層、４はバリア金属層、５はＩｎ、Ｓｎ等から
なるボンディング金属層、６は基板接続用電極、７はＩ
ｎはんだを示す。
【００１２】本発明に係る半導体装置の構成に用いられ
る半導体素子（チップ）１は図１(a) に示すように、半
導体素子１にオーミックに接続するコンタクト金属層３
を半導体素子に直に接する最下層に有し、最上層にＩｎ
はんだと融合し易い例えばＩｎ、Ｓｎ等からなるボンデ
ィング金属層５を有し、且つ前記コンタクト金属層３と
上記ボンディング金属層５との間に、はんだ着け温度に
おいて前記コンタクト金属層３及びボンディング金属層
５の何れとも融合反応を起こさないバリア金属層４が挿
入されてなる基板接続用電極６を備えている。
る半導体素子（チップ）１は図１(a) に示すように、半
導体素子１にオーミックに接続するコンタクト金属層３
を半導体素子に直に接する最下層に有し、最上層にＩｎ
はんだと融合し易い例えばＩｎ、Ｓｎ等からなるボンデ
ィング金属層５を有し、且つ前記コンタクト金属層３と
上記ボンディング金属層５との間に、はんだ着け温度に
おいて前記コンタクト金属層３及びボンディング金属層
５の何れとも融合反応を起こさないバリア金属層４が挿
入されてなる基板接続用電極６を備えている。
【００１３】そして図１(b) に示すように、上記半導体
素子１を、Ｉｎはんだ７を介し該Ｉｎはんだ７に前記基
板接続用電極６を接して放熱体等からなる実装基板２上
に載置し、昇温してＩｎはんだ７を溶融し（この際、Ｉ
ｎはんだ７とボンディング金属層５とは一体化する）、
図１(c) に示すように実装基板２上に半導体素子１をは
んだ着け接続した構造を有する。なおここで、Ｉｎはん
だ７を搭載した実装基板２を昇温してＩｎはんだ７を溶
融した後、この溶融したＩｎはんだ７上に前記素子１を
搭載することによって、素子１のボンディング金属層５
を溶融しているＩｎはんだ７と溶融一体化させることで
はんだ着けしてもよい。
素子１を、Ｉｎはんだ７を介し該Ｉｎはんだ７に前記基
板接続用電極６を接して放熱体等からなる実装基板２上
に載置し、昇温してＩｎはんだ７を溶融し（この際、Ｉ
ｎはんだ７とボンディング金属層５とは一体化する）、
図１(c) に示すように実装基板２上に半導体素子１をは
んだ着け接続した構造を有する。なおここで、Ｉｎはん
だ７を搭載した実装基板２を昇温してＩｎはんだ７を溶
融した後、この溶融したＩｎはんだ７上に前記素子１を
搭載することによって、素子１のボンディング金属層５
を溶融しているＩｎはんだ７と溶融一体化させることで
はんだ着けしてもよい。
【００１４】本発明においては、半導体素子１に設けら
れる前記基板接続用電極６の最上層がＩｎはんだと融合
し易いボンディング金属層５で覆われるので、たとえそ
の表面及びＩｎはんだ７の表面に酸化膜が形成されてい
てもＩｎはんだ７と上記ボンディング金属層５との融合
に際し表面張力によって上記酸化膜は周辺に排除され、
良好な電気的及び機械的接続がなされる。
れる前記基板接続用電極６の最上層がＩｎはんだと融合
し易いボンディング金属層５で覆われるので、たとえそ
の表面及びＩｎはんだ７の表面に酸化膜が形成されてい
てもＩｎはんだ７と上記ボンディング金属層５との融合
に際し表面張力によって上記酸化膜は周辺に排除され、
良好な電気的及び機械的接続がなされる。
【００１５】また基板接続用電極６の最下層の金或いは
金合金等からなるコンタクト金属層３と最上層の上記ボ
ンディング金属層５との間には、はんだ着け温度におい
てコンタクト金属及びボンディング金属の何れとも融合
反応を起こさないバリア金属層４が介在せしめられてい
るので、はんだ着け時、或いは装置完成後の動作時の発
熱時の昇温によってコンタクト金属がＩｎはんだ中に溶
け込むことがなく、Ｉｎの可塑性の劣化（硬くなるこ
と）及び抵抗の増大が防止されて、Ｉｎはんだにより実
装基板上に搭載される半導体装置の信頼性が向上する。
金合金等からなるコンタクト金属層３と最上層の上記ボ
ンディング金属層５との間には、はんだ着け温度におい
てコンタクト金属及びボンディング金属の何れとも融合
反応を起こさないバリア金属層４が介在せしめられてい
るので、はんだ着け時、或いは装置完成後の動作時の発
熱時の昇温によってコンタクト金属がＩｎはんだ中に溶
け込むことがなく、Ｉｎの可塑性の劣化（硬くなるこ
と）及び抵抗の増大が防止されて、Ｉｎはんだにより実
装基板上に搭載される半導体装置の信頼性が向上する。
【００１６】
【実施例】以下本発明を、金系のコンタクト金属を用い
たＺｎＳｅ系の半導体レーザにおける一実施例につい
て、図２の斜視模式図及び図３の製造工程断面図を参照
して具体的に説明する。
たＺｎＳｅ系の半導体レーザにおける一実施例につい
て、図２の斜視模式図及び図３の製造工程断面図を参照
して具体的に説明する。
【００１７】本発明に係るＺｎＳｅ系半導体レーザに用
いるレーザ素子11は、例えば図２(a) に示すように、通
常通り、ｎ+ 型ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板11a 上
に、ｎ型亜鉛硫黄セレニウム（ＺｎＳＳｅ）クラッド層
11b 、ｎ型ＺｎＳｅ光ガイド層11c 、カドミウム亜鉛セ
レニウム（ＣｄＺｎＳｅ）活性層11d 、ｐ型ＺｎＳｅ光
ガイド層11e 、ｐ型ＺｎＳＳｅクラッド層11f 、ストラ
イプ状ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層11g が順次積層され、
ストライプ状ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層11g の両側の段
差部がポリイミド等の絶縁層18で平坦に埋められ、活性
層11d に近い前記ストライプ状のｐ型ＺｎＳｅコンタク
ト層11g 及びその両側の段差部を埋める前記絶縁層18の
上部には、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層11g とオーミック
に接続して両側の絶縁層18上まで延在する例えばＡｕ、
Ａｕ／Ｐｄ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｐｄ等の3000Å程度の厚さを
有するＡｕ系コンタクト金属層13と、その上に積層され
た例えば厚さ 500Å以上程度のバリア用ニッケル（Ｎ
ｉ）層14と、更にその上に積層された例えば厚さ３μｍ
程度のボンディング用Ｉｎ層15とからなる本発明に係る
基板接続用電極16が形成され、前記ＧａＡｓ基板11a の
下面には従来通りのＩｎ層からなるｎ電極19が形成され
た構造を有する。
いるレーザ素子11は、例えば図２(a) に示すように、通
常通り、ｎ+ 型ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板11a 上
に、ｎ型亜鉛硫黄セレニウム（ＺｎＳＳｅ）クラッド層
11b 、ｎ型ＺｎＳｅ光ガイド層11c 、カドミウム亜鉛セ
レニウム（ＣｄＺｎＳｅ）活性層11d 、ｐ型ＺｎＳｅ光
ガイド層11e 、ｐ型ＺｎＳＳｅクラッド層11f 、ストラ
イプ状ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層11g が順次積層され、
ストライプ状ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層11g の両側の段
差部がポリイミド等の絶縁層18で平坦に埋められ、活性
層11d に近い前記ストライプ状のｐ型ＺｎＳｅコンタク
ト層11g 及びその両側の段差部を埋める前記絶縁層18の
上部には、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層11g とオーミック
に接続して両側の絶縁層18上まで延在する例えばＡｕ、
Ａｕ／Ｐｄ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｐｄ等の3000Å程度の厚さを
有するＡｕ系コンタクト金属層13と、その上に積層され
た例えば厚さ 500Å以上程度のバリア用ニッケル（Ｎ
ｉ）層14と、更にその上に積層された例えば厚さ３μｍ
程度のボンディング用Ｉｎ層15とからなる本発明に係る
基板接続用電極16が形成され、前記ＧａＡｓ基板11a の
下面には従来通りのＩｎ層からなるｎ電極19が形成され
た構造を有する。
【００１８】そして本発明に係る上記ＺｎＳｅ系半導体
レーザにおいては、図２(b) に示すように、ヒートシン
ク12上の所定の位置に、例えば上記レーザ素子11とほぼ
等しい平面形状を有する厚さ３μｍ程度のＩｎはんだ17
を予め配設しておき、このヒートシンク12をはんだ着け
温度の 200℃程度に加熱してＩｎはんだ17を溶融した
後、このヒートシンク12上に前記レーザ素子11を基板接
続用電極16の全面が前記Ｉｎはんだ17に接するように位
置合わせして搭載し、図２(c) に示すように、レーザ素
子11の基板接続用電極16最上層の前記Ｉｎからなるボン
ディング金属層15とＩｎはんだ17とを溶融一体化してレ
ーザ素子11とヒートシンク12との接続がなされる。
レーザにおいては、図２(b) に示すように、ヒートシン
ク12上の所定の位置に、例えば上記レーザ素子11とほぼ
等しい平面形状を有する厚さ３μｍ程度のＩｎはんだ17
を予め配設しておき、このヒートシンク12をはんだ着け
温度の 200℃程度に加熱してＩｎはんだ17を溶融した
後、このヒートシンク12上に前記レーザ素子11を基板接
続用電極16の全面が前記Ｉｎはんだ17に接するように位
置合わせして搭載し、図２(c) に示すように、レーザ素
子11の基板接続用電極16最上層の前記Ｉｎからなるボン
ディング金属層15とＩｎはんだ17とを溶融一体化してレ
ーザ素子11とヒートシンク12との接続がなされる。
【００１９】上記実施例のＺｎＳｅ系半導体レーザにお
いては、レーザ素子11の基板接続用電極16の最上層がＩ
ｎはんだ17と融合し易いボンディング用Ｉｎ層14で形成
されており、はんだ着けに際しＩｎはんだ17とボンディ
ング用Ｉｎ層14とは融合し一体化するので、その際、ボ
ンディング用Ｉｎ層14及びＩｎはんだ17の表面に形成さ
れている酸化膜は表面張力によって周辺部に排除され、
良好な電気的及び機械的接続がなされる。
いては、レーザ素子11の基板接続用電極16の最上層がＩ
ｎはんだ17と融合し易いボンディング用Ｉｎ層14で形成
されており、はんだ着けに際しＩｎはんだ17とボンディ
ング用Ｉｎ層14とは融合し一体化するので、その際、ボ
ンディング用Ｉｎ層14及びＩｎはんだ17の表面に形成さ
れている酸化膜は表面張力によって周辺部に排除され、
良好な電気的及び機械的接続がなされる。
【００２０】また、基板接続用電極16の素子に直に接す
る最下層の前記金系コンタクト金属層13と最上層のボン
ディング用Ｉｎ層14との間には何れの金属とも融合しな
いバリア用Ｎｉ層14が介在せしめられているので、上記
はんだ着けに際してＩｎはんだ17中にコンタクト金属層
13の金系の金属が溶け込むことがなく、はんだ着け部の
可塑性は十分に柔らかく維持される。よって、はんだ着
けによりレーザ素子11の活性層11d に歪みを与えること
がなく、更に、レーザ動作時のレーザ素子11の発熱によ
りヒートシンク12との間に熱膨張率の差によって生ずる
ストレスも上記可塑性を有するはんだ着け部で十分に吸
収され、動作時に活性層11d がストレスを受けて歪むこ
ともなくなる。
る最下層の前記金系コンタクト金属層13と最上層のボン
ディング用Ｉｎ層14との間には何れの金属とも融合しな
いバリア用Ｎｉ層14が介在せしめられているので、上記
はんだ着けに際してＩｎはんだ17中にコンタクト金属層
13の金系の金属が溶け込むことがなく、はんだ着け部の
可塑性は十分に柔らかく維持される。よって、はんだ着
けによりレーザ素子11の活性層11d に歪みを与えること
がなく、更に、レーザ動作時のレーザ素子11の発熱によ
りヒートシンク12との間に熱膨張率の差によって生ずる
ストレスも上記可塑性を有するはんだ着け部で十分に吸
収され、動作時に活性層11d がストレスを受けて歪むこ
ともなくなる。
【００２１】以上に述べたように上記実施例に係るＺｎ
Ｓｅ系半導体レーザにおいては、レーザ素子をヒートシ
ンク上にはんだ接続する際及び動作時の昇温により活性
層に歪みを与えることがなく、またレーザ素子とヒート
シンクとの間の電気的接続及びそれに伴う熱伝導的な接
続も十分に良好に保たれるので、経時的な特性劣化が防
止されて信頼性が向上する。
Ｓｅ系半導体レーザにおいては、レーザ素子をヒートシ
ンク上にはんだ接続する際及び動作時の昇温により活性
層に歪みを与えることがなく、またレーザ素子とヒート
シンクとの間の電気的接続及びそれに伴う熱伝導的な接
続も十分に良好に保たれるので、経時的な特性劣化が防
止されて信頼性が向上する。
【００２２】以下に本発明を、上記ＺｎＳｅ系半導体レ
ーザの製造方法について、図３の工程断面図を参照して
更に詳しく説明する。 図３(a) 参照 ｎ+ 型ＧａＡｓ基板11a 上に例えば分子線エピタキシャ
ル（ＭＢＥ）成長法を用い、ｎ型ＺｎＳＳｅクラッド層
11b 、ｎ型ＺｎＳｅ光ガイド層11c 、ＣｄＺｎＳｅ活性
層11d 、ｐ型ＺｎＳｅ光ガイド層11e 、ｐ型ＺｎＳＳｅ
クラッド層11f、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層11g を順次
積層成長させる。
ーザの製造方法について、図３の工程断面図を参照して
更に詳しく説明する。 図３(a) 参照 ｎ+ 型ＧａＡｓ基板11a 上に例えば分子線エピタキシャ
ル（ＭＢＥ）成長法を用い、ｎ型ＺｎＳＳｅクラッド層
11b 、ｎ型ＺｎＳｅ光ガイド層11c 、ＣｄＺｎＳｅ活性
層11d 、ｐ型ＺｎＳｅ光ガイド層11e 、ｐ型ＺｎＳＳｅ
クラッド層11f、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層11g を順次
積層成長させる。
【００２３】図３(b) 参照 次いで上記ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層11g を所定の幅の
ストライプ状にパターニングする。パターニングには通
常のフォトリソグラフィが用いられ、エッチングには臭
素(Br)系エッチャントによるウェットエッチング手段が
主として用いられる。
ストライプ状にパターニングする。パターニングには通
常のフォトリソグラフィが用いられ、エッチングには臭
素(Br)系エッチャントによるウェットエッチング手段が
主として用いられる。
【００２４】次いで、積層基板の上面に前記ストライプ
状にパターニングしたｐ型ＺｎＳｅコンタクト層11g を
完全に埋める厚さに例えばCVD-SiO2からなる絶縁膜18を
堆積する。
状にパターニングしたｐ型ＺｎＳｅコンタクト層11g を
完全に埋める厚さに例えばCVD-SiO2からなる絶縁膜18を
堆積する。
【００２５】図３(c) 参照 次いで、上記絶縁膜18に例えばドライエッチング手段に
よりｐ型ＺｎＳｅコンタクト層11g の上面を選択的に表
出する溝を形成した後、該積層基板上にＡｕ、Ａｕ／Ｐ
ｄ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｐｄ等からなる厚さ3000Å程度の金系
コンタクト金属層13、厚さ 500Å程度のバリア用Ｎｉ層
14及び厚さ３μｍ程度のボンディング用Ｉｎ層15を順次
蒸着手段により形成する。ここでレーザ素子のｐ電極で
ある基板実装用電極16が完成する。
よりｐ型ＺｎＳｅコンタクト層11g の上面を選択的に表
出する溝を形成した後、該積層基板上にＡｕ、Ａｕ／Ｐ
ｄ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｐｄ等からなる厚さ3000Å程度の金系
コンタクト金属層13、厚さ 500Å程度のバリア用Ｎｉ層
14及び厚さ３μｍ程度のボンディング用Ｉｎ層15を順次
蒸着手段により形成する。ここでレーザ素子のｐ電極で
ある基板実装用電極16が完成する。
【００２６】図３(d) 参照 次いで、ｎ+ 型ＧａＡｓ基板11a の裏面に厚さ３μｍ程
度のＩｎからなるｎ電極19を蒸着手段により形成する。
度のＩｎからなるｎ電極19を蒸着手段により形成する。
【００２７】図３(e) 参照 次いで、上記積層基板をチップ状にダイシングしてＺｎ
Ｓｅ系レーザ素子11が形成される。
Ｓｅ系レーザ素子11が形成される。
【００２８】図３(f) 参照 一方、ヒートシンク12上のレーザ素子搭載位置に予め厚
さ３μｍ程度のＩｎはんだ17を形成しておく。
さ３μｍ程度のＩｎはんだ17を形成しておく。
【００２９】図３(g) 参照 次いで、ヒートシンク12をＩｎの融点(156℃) 以上で且
つ前記ＭＢＥによる結晶成長温度(250℃) 以下の温度の
例えば 200℃に加熱し、Ｉｎはんだ17が溶融したのを確
認した後、該ヒートシンク12上に、前記完成したＺｎＳ
ｅ系レーザ素子11を、その基板接続用電極16がＩｎはん
だ17上に接するように位置合わせして搭載する。
つ前記ＭＢＥによる結晶成長温度(250℃) 以下の温度の
例えば 200℃に加熱し、Ｉｎはんだ17が溶融したのを確
認した後、該ヒートシンク12上に、前記完成したＺｎＳ
ｅ系レーザ素子11を、その基板接続用電極16がＩｎはん
だ17上に接するように位置合わせして搭載する。
【００３０】図３(h) 参照 そして、基板接続用電極16のボンディング用Ｉｎ層15が
溶融し、Ｉｎはんだ17と一体化した後、冷却して前記レ
ーザ素子11がヒートシンク12上にＩｎはんだ17により接
続された本発明に係るＺｎＳｅ系半導体レーザが完成す
る。
溶融し、Ｉｎはんだ17と一体化した後、冷却して前記レ
ーザ素子11がヒートシンク12上にＩｎはんだ17により接
続された本発明に係るＺｎＳｅ系半導体レーザが完成す
る。
【００３１】なお、上記接続では溶融したＩｎはんだ17
とボンディング用Ｉｎ層15とが融合一体化して接続がな
されるので、Ｉｎはんだ17及びボンディング用Ｉｎ層15
の表面に形成されていた酸化膜は融合に際し表面張力で
周辺に排除され、融合接続部は酸化膜の介在しない良好
な接続構造になる。従って、十分に低い接続抵抗が得ら
れる。
とボンディング用Ｉｎ層15とが融合一体化して接続がな
されるので、Ｉｎはんだ17及びボンディング用Ｉｎ層15
の表面に形成されていた酸化膜は融合に際し表面張力で
周辺に排除され、融合接続部は酸化膜の介在しない良好
な接続構造になる。従って、十分に低い接続抵抗が得ら
れる。
【００３２】また、レーザ素子11に設けられる基板接続
用電極16の最下層のＡｕ系コンタクト金属層13と最上層
のボンディング用Ｉｎ層15との間にははんだ着け温度に
おいて何れの金属とも融合反応を起こさないバリア用Ｎ
ｉ層14が介在せしめられているので、上記はんだ着けに
際しＡｕ系のコンタクト金属がＩｎはんだ17中に溶け込
んで、Ｉｎはんだ17を硬化させる（可塑性を失わせる）
ことはない。また、レーザ動作中の発熱による温度上昇
においても同様である。
用電極16の最下層のＡｕ系コンタクト金属層13と最上層
のボンディング用Ｉｎ層15との間にははんだ着け温度に
おいて何れの金属とも融合反応を起こさないバリア用Ｎ
ｉ層14が介在せしめられているので、上記はんだ着けに
際しＡｕ系のコンタクト金属がＩｎはんだ17中に溶け込
んで、Ｉｎはんだ17を硬化させる（可塑性を失わせる）
ことはない。また、レーザ動作中の発熱による温度上昇
においても同様である。
【００３３】以上実施例においては本発明に係る半導体
素子（レーザ素子）の基板接続用電極の最上層に形成す
るボンディング金属層にＩｎ層を用いたが、このボンデ
ィング金属層はＩｎはんだと融合し易い金属であれば上
記Ｉｎに限られるものではなく、Ｓｎ等も勿論使用され
る。またバリア金属には、実施例に示したＮｉ以外に、
マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）等の高融点金属が用
いられる。
素子（レーザ素子）の基板接続用電極の最上層に形成す
るボンディング金属層にＩｎ層を用いたが、このボンデ
ィング金属層はＩｎはんだと融合し易い金属であれば上
記Ｉｎに限られるものではなく、Ｓｎ等も勿論使用され
る。またバリア金属には、実施例に示したＮｉ以外に、
マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）等の高融点金属が用
いられる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、例
えばレーザ素子等の半導体素子がヒートシンク等の実装
基板にＩｎはんだを用いて接続される半導体レーザ等の
半導体装置において、上記接続を十分に低い接続抵抗
で、しかもＩｎはんだの柔らかい可塑性を維持した状態
で行うことができる。
えばレーザ素子等の半導体素子がヒートシンク等の実装
基板にＩｎはんだを用いて接続される半導体レーザ等の
半導体装置において、上記接続を十分に低い接続抵抗
で、しかもＩｎはんだの柔らかい可塑性を維持した状態
で行うことができる。
【００３５】そのため、はんだ着けによる昇温時及び素
子動作による昇温時にレーザ素子等の半導体素子と実装
基板との間に熱膨張率の差によって生ずるストレスは前
記Ｉｎはんだの柔らかい可塑性によって吸収され、半導
体素子の活性層に歪みを与えることがなくなる。従っ
て、本発明によれば上記活性層の結晶歪みに起因した特
性劣化は防止され、且つ実装基板との電気的接続も十分
に低く形成されるので、ヒートシンク等の実装基板に半
導体レーザ等の半導体素子がＩｎはんだを用いて接続さ
れる半導体レーザ等の半導体装置の信頼性が向上する。
子動作による昇温時にレーザ素子等の半導体素子と実装
基板との間に熱膨張率の差によって生ずるストレスは前
記Ｉｎはんだの柔らかい可塑性によって吸収され、半導
体素子の活性層に歪みを与えることがなくなる。従っ
て、本発明によれば上記活性層の結晶歪みに起因した特
性劣化は防止され、且つ実装基板との電気的接続も十分
に低く形成されるので、ヒートシンク等の実装基板に半
導体レーザ等の半導体素子がＩｎはんだを用いて接続さ
れる半導体レーザ等の半導体装置の信頼性が向上する。
【図１】 本発明の原理説明用斜視図
【図２】 本発明の一実施例の斜視模式図
【図３】 本発明の一実施例に係る製造工程断面図
１ 半導体素子 ２ 実装基板 ３ コンタクト金属層 ４ バリア金属層 ５ ボンディング金属層 ６ 基板接続用電極 ７ Ｉｎはんだ 11 ＺｎＳｅ系半導体レーザ素子 11a ｎ+ 型ＧａＡｓ基板 11b ｎ型ＺｎＳＳｅクラッド層 11c ｎ型ＺｎＳｅ光ガイド層 11d ＣｄＺｎＳｅ活性層 11e ｐ型ＺｎＳｅ光ガイド層 11f ｐ型ＺｎＳＳｅクラッド層 11g ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層 12 ヒートシンク 13 Ａｕ系コンタクト金属層 14 バリア用Ｎｉ層 15 ボンディング用Ｉｎ層 16 基板接続用電極 17 Ｉｎはんだ 18 絶縁層 19 ｎ電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉又 朗人 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 堀野 和彦 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体素子(1) をインジウムはんだ(7)
を用いて実装基板(2) 上にはんだ着け接続してなる半導
体装置において、該はんだ着け接続に用いられる該半導
体素子(1) の基板接続用電極(6) が、最下層に該半導体
素子(1) にオーミックに接続するコンタクト金属層(3)
を有し最上層にインジウムはんだ(7)と融合し易い金属
からなるボンディング金属層(5)を有し、且つ該コンタ
クト金属層(3) とボンディング金属層(5) との間に該イ
ンジウムはんだ(7) によるはんだ着け温度において該コ
ンタクト金属及び該ボンディング金属の何れとも融合反
応を起こさないバリア金属層(4) が挿入された構造を有
することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 前記ボンディング金属層がインジウムあ
るいは錫からなることを特徴とする請求項１記載の半導
体装置。 - 【請求項３】 前記バリア層がニッケルまたはマンガン
からなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項４】 前記コンタクト金属層が金を含む導電材
料からなることを特徴とする請求項１記載の半導体装
置。 - 【請求項５】 前記半導体素子がII−VI族化合物半導体
レーザ素子からなることを特徴とする請求項１記載の半
導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11498994A JPH07321412A (ja) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11498994A JPH07321412A (ja) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07321412A true JPH07321412A (ja) | 1995-12-08 |
Family
ID=14651580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11498994A Withdrawn JPH07321412A (ja) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07321412A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002118294A (ja) * | 2000-04-24 | 2002-04-19 | Nichia Chem Ind Ltd | フリップチップ型発光ダイオード及び製造方法 |
| GB2380061A (en) * | 2001-05-16 | 2003-03-26 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser array |
| JP2006173371A (ja) * | 2004-12-16 | 2006-06-29 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| JP2007053242A (ja) * | 2005-08-18 | 2007-03-01 | Fuji Xerox Co Ltd | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
-
1994
- 1994-05-27 JP JP11498994A patent/JPH07321412A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002118294A (ja) * | 2000-04-24 | 2002-04-19 | Nichia Chem Ind Ltd | フリップチップ型発光ダイオード及び製造方法 |
| GB2380061A (en) * | 2001-05-16 | 2003-03-26 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser array |
| GB2380061B (en) * | 2001-05-16 | 2005-06-01 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser array |
| JP2006173371A (ja) * | 2004-12-16 | 2006-06-29 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| JP2007053242A (ja) * | 2005-08-18 | 2007-03-01 | Fuji Xerox Co Ltd | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010731 |