JPH0964478A - Semiconductor element and method for forming the same - Google Patents
Semiconductor element and method for forming the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 受光素子を有するSi基板にAlGaInP
系半導体レーザチップを実装してレーザユニット化が可
能な熱抵抗の低いレーザユニットを提供する。
【構成】 レーザチップ2をSiより熱伝導率の大きな
サブマウントチップ3や熱伝導膜8を介してコム4に接
着することにより、レーザチップ2からの発熱を効率よ
くコム4に伝える。レーザチップ2とコム4との間にS
i基板17が介在しないためにレーザチップ2からの発
熱を効率よくコム4に伝えることができ、AlGaIn
系のような発熱が多い半導体レーザーチップをユニット
化することが可能となる。
(57) [Abstract] [Purpose] AlGaInP on Si substrate with photo detector
Provided is a laser unit having a low thermal resistance which can be formed into a laser unit by mounting a semiconductor laser chip. [Structure] By bonding the laser chip 2 to the comb 4 via the submount chip 3 having a higher thermal conductivity than Si and the heat conducting film 8, heat generated from the laser chip 2 is efficiently transmitted to the comb 4. S between the laser chip 2 and the comb 4
Since the i-substrate 17 is not present, the heat generated from the laser chip 2 can be efficiently transmitted to the comb 4.
It is possible to unitize a semiconductor laser chip that generates a lot of heat, such as a system.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザーユニッ
ト等の受光素子や回路素子を有する基板と基板に実装さ
れる発熱を伴う素子とを備えた半導体素子に関し、特に
発熱を伴う素子の放熱特性を向上させた半導体素子およ
びその形成方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device including a substrate having a light receiving element such as a semiconductor laser unit or a circuit element and a heat generating element mounted on the substrate, and more particularly to a heat dissipation characteristic of the heat generating element. And a method for forming the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、受光素子を有するSi基板に波長
が780nm以上の赤外半導体レーザチップとレーザ光
を垂直方向に反射させるミラーとを備えたレーザユニッ
トは提案され、実用化されている(特願昭62−309
056号)。例えば図3に示すように、受光素子6の形
成されたSi基板15上の一部に凹型の孔10をエッチ
ングによって形成し、孔10の底面部にレーザチップ7
をマウントする。また平坦性のよい(111)面10a
のエッチング側面をミラーとして利用する構成である。
凹部は傾斜Auなどでメタライズされており、ミラー面
の反射率を高くしている。レーザチップ7はハンダ材料
を介して底面部にボンディングされている。以下、さら
に詳細に説明する。2. Description of the Related Art Conventionally, a laser unit having an infrared semiconductor laser chip having a wavelength of 780 nm or more and a mirror for vertically reflecting a laser beam on a Si substrate having a light receiving element has been proposed and put into practical use ( Japanese Patent Application No. Sho 62-309
056). For example, as shown in FIG. 3, a concave hole 10 is formed in a part of the Si substrate 15 on which the light receiving element 6 is formed by etching, and the laser chip 7 is formed on the bottom surface of the hole 10.
Mount. Further, the (111) surface 10a having good flatness
In this configuration, the etched side surface is used as a mirror.
The concave portion is metallized with an inclination Au or the like to increase the reflectance of the mirror surface. The laser chip 7 is bonded to the bottom surface via a solder material. The details will be described below.
【0003】図3(a)はユニットの平面図であり、図
3(b)はa−a’の断面図である。受光素子6がSi
基板15上に集積化されている。Si基板15の厚みは
500μmある。レーザーチップ7とSi15の間には
ハンダ材の付着性を向上するためにCr(0.1μm)
とAu(0.5μm)によるメタライズ層がある。この
構成においてレーザーチップ(波長780nm)を赤色
半導体レーザチップに置き換えて熱抵抗を測定したとこ
ろ75℃/Wとなり、レーザしきい値の温度依存性がお
おきく、40℃以上になるとレーザ発振はするものの、
熱飽和によって10mW以上の光出力が得られなかっ
た。この時のDC駆動で特性温度Toは80Kと小さな
値しか得られなかった。同じ特性のレーザチップを従来
の直径9mmの丸形メタルパッケージに実装して特性温
度を測定すると115Kという値が得られている。FIG. 3A is a plan view of the unit, and FIG. 3B is a sectional view taken along the line aa '. The light receiving element 6 is Si
It is integrated on the substrate 15. The thickness of the Si substrate 15 is 500 μm. Between the laser chip 7 and Si15, Cr (0.1 μm) is added to improve the adhesion of the solder material.
And a metallization layer of Au (0.5 μm). When the laser chip (wavelength: 780 nm) was replaced with a red semiconductor laser chip in this configuration and the thermal resistance was measured, it was 75 ° C./W, and the temperature dependence of the laser threshold value was large, and laser oscillation occurred at 40 ° C. or higher. ,
Due to thermal saturation, a light output of 10 mW or more could not be obtained. At the time of DC driving, the characteristic temperature To was only as small as 80K. When a laser chip having the same characteristics is mounted on a conventional round metal package having a diameter of 9 mm and the characteristic temperature is measured, a value of 115 K is obtained.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、Si基板15の熱伝導率が低いため、レー
ザチップ7からの発熱に対して放熱特性が悪いという課
題がある。この放熱特性はレーザチップ7の消費電力に
対するレーザ活性層の温度上昇すなわち熱抵抗(単位℃
/W)によって表される。AlGaInP系の材料で構
成される波長が630nmから690nmの赤色半導体
レーザではレーザチップ7からの発熱が波長が780n
m付近の赤外の半導体レーザに比べ大きく、この発熱に
よりレーザのしきい値電流や動作電流が上昇するため、
上記のようなレーザユニットを構成することが困難であ
った。However, the above-mentioned conventional technique has a problem that the heat dissipation property of the Si substrate 15 is low due to the low thermal conductivity of the Si substrate 15. This heat dissipation characteristic is the temperature rise of the laser active layer relative to the power consumption of the laser chip 7, that is, the thermal resistance (unit: ° C).
/ W). In a red semiconductor laser having a wavelength of 630 nm to 690 nm composed of an AlGaInP-based material, the heat generated from the laser chip 7 has a wavelength of 780 n.
This is larger than that of an infrared semiconductor laser near m, and this heat generation increases the threshold current and operating current of the laser.
It was difficult to construct the laser unit as described above.
【0005】本発明はAlGaInP系の半導体レーザ
においてもレーザユニット化が可能な熱抵抗の低い半導
体素子およびその形成方法を提供するものである。The present invention provides a semiconductor element having a low thermal resistance that can be used as a laser unit in an AlGaInP-based semiconductor laser and a method for forming the same.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の問題
を解決するため、回路素子と発熱を伴う発熱素子とが形
成された基板と、前記発熱素子を形成する領域に設けら
れた孔と、この孔に設けられた熱伝導膜とを備え、前記
発熱素子を前記熱伝導膜上に直接または前記基板より熱
伝導率の大きな素子を介して形成したものである。In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention provides a substrate on which a circuit element and a heating element accompanied by heat are formed, and a hole formed in a region where the heating element is formed. The heat generating element is formed on the hole, and the heat generating element is formed directly on the heat conducting film or through an element having a heat conductivity higher than that of the substrate.
【0007】また、本発明は基板に回路素子を形成する
工程と、前記回路素子を形成する基板面とは反対の面に
熱伝導膜を形成する工程と、前記回路素子を形成する基
板面から選択的に孔を形成する工程と、前記熱伝導膜上
に直接または前記基板より熱伝導率の大きな素子を介し
て発熱素子を形成する工程とを備えたものである。Further, according to the present invention, a step of forming a circuit element on a substrate, a step of forming a heat conductive film on a surface opposite to a surface of the substrate on which the circuit element is formed, and a step of forming a circuit element on the surface of the substrate are described. The method further comprises a step of selectively forming holes and a step of forming a heat generating element directly on the heat conducting film or through an element having a higher heat conductivity than the substrate.
【0008】[0008]
【作用】本発明によれば、発熱素子を熱伝導膜上に直接
または基板より熱伝導率の大きな素子を介して形成する
ので、発熱素子からの熱が効率よく放熱される。According to the present invention, since the heat generating element is formed directly on the heat conducting film or through the element having a higher heat conductivity than the substrate, the heat from the heat generating element is efficiently radiated.
【0009】[0009]
(実施例1)以下、本発明の第1の実施例について述べ
る。(First Embodiment) The first embodiment of the present invention will be described below.
【0010】図1は本発明の第1の実施例を示す半導体
レーザユニットの構成図である。図1(a)は平面図、
図1(b)はa−a’の断面図を示している。図中17
は受光素子1が集積化されたSi基板である。Si基板
17の厚みは500μmで、両面鏡面研磨仕上げがされ
ている。レーザチップ2からの出射光を反射して垂直方
向に向けるためのミラーとして、Si基板17のエッチ
ングによって形成した孔5の(111)面を利用した構
成になっている。孔5の底面部には熱伝導膜8として膜
厚約50μmのCVDダイヤモンド膜が形成され、レー
ザーチップ2はSiC(厚み300μm)のサブマウン
トチップ3を介してダイヤモンド膜上にボンディングさ
れる。FIG. 1 is a block diagram of a semiconductor laser unit showing a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view,
FIG. 1B shows a sectional view taken along the line aa '. 17 in the figure
Is a Si substrate on which the light receiving element 1 is integrated. The Si substrate 17 has a thickness of 500 μm and has a double-sided mirror-polished finish. The (111) plane of the hole 5 formed by etching the Si substrate 17 is used as a mirror for reflecting the light emitted from the laser chip 2 and directing it in the vertical direction. A CVD diamond film having a film thickness of about 50 μm is formed as a heat conducting film 8 on the bottom surface of the hole 5, and the laser chip 2 is bonded onto the diamond film via the submount chip 3 of SiC (thickness 300 μm).
【0011】以後作成手順について説明する。まず受光
素子1が形成された面と反対のSi基板面に、熱伝導膜
(ダイヤモンド膜)8を合成する部分以外をSiO2膜
で覆った後、マイクロ波プラズマCVD法でダイヤモン
ド膜を形成する。SiO2上ではダイヤモンドの核が発
生しにくいために、Si基板上のみにダイヤモンド膜が
選択的に成長する。(表1)には本実施例で使用したマ
イクロ波プラズマCVD装置の合成条件を示す。原料ガ
スはメタンであり水素ガス99%に希釈して使用した。
得られた膜の熱伝導率は約1200W/mKであった。The creation procedure will be described below. First, on the surface of the Si substrate opposite to the surface on which the light receiving element 1 is formed, a portion other than the portion where the heat conductive film (diamond film) 8 is synthesized is covered with a SiO 2 film, and then a diamond film is formed by a microwave plasma CVD method. Since diamond nuclei are less likely to occur on SiO 2, the diamond film selectively grows only on the Si substrate. Table 1 shows the synthesis conditions of the microwave plasma CVD apparatus used in this example. The raw material gas was methane, which was diluted with hydrogen gas to 99% before use.
The thermal conductivity of the obtained film was about 1200 W / mK.
【0012】[0012]
【表1】 [Table 1]
【0013】次にアルカリの異方性エッチングによりレ
ーザーのミラーとなる(111)面を備えた孔5を作成
する。この時ダイヤモンド膜はエッチングされないため
にエッチングストッパーにもなる。通常as−depo
状態でのダイヤモンド膜の表面は平滑性が悪くこの面を
熱伝導膜として使用する場合は研磨が必要となるが、基
板側(すなわち基板を除去して得られる面)の表面性は
基板の粗さに準じることになる。本実施例では鏡面研磨
仕上げをしたSi基板を用いているため、ダイヤモンド
膜の表面は平滑であり研磨の必要はない。従来からダイ
ヤモンドを放熱基板として使用することも試みられてい
たが、先述の表面研磨や特定の形状に加工することが必
要であるためにコストが高くなり実用的ではなかった。Next, by anisotropic etching of alkali, a hole 5 having a (111) plane to be a laser mirror is formed. At this time, since the diamond film is not etched, it also serves as an etching stopper. Usually as-depo
The surface of the diamond film in this state is poor in smoothness, and polishing is required when using this surface as a heat conductive film, but the surface property on the substrate side (that is, the surface obtained by removing the substrate) is rough. It follows that In this embodiment, since the mirror-polished Si substrate is used, the surface of the diamond film is smooth and need not be polished. Although it has been attempted to use diamond as a heat dissipation substrate from the past, it was not practical because the cost was increased because it was necessary to polish the surface and process it into a specific shape.
【0014】以上のフォトリソグラフィー、蒸着、メッ
キなどの工程はウエハプロセスであって、これらの工程
終了後にダイシング工程によってSi基板が作成され
る。レーザチップ2は発熱量の大きい活性層側を下側に
してボンディングする。ここで、レーザチップ2は発振
波長が650nmのAlGaInP系材料を用いた赤色
半導体レーザである。レーザの定格光出力は35mWで
ある。最後にレーザチップ2および受光素子1の配線を
ワイヤボンドで行う。サブマウントチップ3と熱伝導膜
(ダイヤモンド膜)8、及びレーザチップ2とサブマウ
ントチップ3はハンダ材(Pb−Sn)により接着され
る。このときハンダ材が付着し易くするために、ダイヤ
モンド膜、サブマウントチップ、レーザチップの表面は
それぞれCr(0.1μm)、Au(0.5μm)でメ
タライズされている。この構成で熱抵抗を測定したとこ
ろ約40℃/Wであり、従来の約2倍の放熱効果が得ら
れることがわかった。The steps of photolithography, vapor deposition, plating, etc. described above are wafer processes, and after completion of these steps, a Si substrate is produced by a dicing step. The laser chip 2 is bonded with the side of the active layer, which generates a large amount of heat, facing downward. Here, the laser chip 2 is a red semiconductor laser using an AlGaInP-based material having an oscillation wavelength of 650 nm. The rated light output of the laser is 35 mW. Finally, wiring of the laser chip 2 and the light receiving element 1 is performed by wire bonding. The submount chip 3 and the heat conductive film (diamond film) 8, and the laser chip 2 and the submount chip 3 are bonded by a solder material (Pb-Sn). At this time, the surfaces of the diamond film, the submount chip, and the laser chip are metallized with Cr (0.1 μm) and Au (0.5 μm), respectively, in order to facilitate the attachment of the solder material. When the thermal resistance was measured with this configuration, it was about 40 ° C./W, and it was found that a heat dissipation effect about twice that of the conventional case was obtained.
【0015】サブマウントチップ3はSiCに限るもの
ではないが、熱伝導率の大きな材料が望ましい。熱伝導
膜8にダイヤモンド膜を用いると、ダイヤモンドは絶縁
であるためにレーザチップ2とコム4との間を絶縁する
ための絶縁層の役目も兼ねることができる。そこでサブ
マウント材としては抵抗の大きさに左右されること無く
種々の材料が選定可能となる。サブマウントチップ3を
Cu(厚み300μm)で構成すると熱抵抗は約25℃
/Wとなり、より大きな放熱効果が得られる。ただしこ
の時レーザーチップとサブマウントチップとの接着に
は、Inハンダ(厚み3μm)を用いた。これはCuと
レーザーチップ2との熱膨張係数に差があるため、温度
が上昇したときにレーザチップ2に歪が生じて特性が劣
化したりチップが破壊することを防ぐためである。The submount chip 3 is not limited to SiC, but a material having a high thermal conductivity is desirable. When a diamond film is used for the heat conduction film 8, since diamond is an insulating film, it can also serve as an insulating layer for insulating between the laser chip 2 and the comb 4. Therefore, various materials can be selected as the submount material without depending on the magnitude of resistance. If the submount chip 3 is made of Cu (thickness 300 μm), the thermal resistance is about 25 ° C.
/ W, and a larger heat dissipation effect can be obtained. However, at this time, In solder (thickness 3 μm) was used for bonding the laser chip and the submount chip. This is because there is a difference in the coefficient of thermal expansion between Cu and the laser chip 2, so that the laser chip 2 is prevented from being distorted when its temperature rises to deteriorate the characteristics or break the chip.
【0016】ダイヤモンド膜の作成方法についても、マ
イクロ波プラズマCVD法に限るものではない。すでに
報告されているように、熱フィラメント法、プラズマジ
ェット法、直流放電プラズマCVD法、いずれの方法で
作成したダイヤモンド膜でも、本発明の構成においては
同様の効果がある。The method of forming the diamond film is not limited to the microwave plasma CVD method. As already reported, the diamond film formed by any of the hot filament method, the plasma jet method and the direct current discharge plasma CVD method has the same effect in the constitution of the present invention.
【0017】(実施例2)次に本発明の第2の実施例に
ついて説明する。構成は第1の実施例と全く同じである
が、熱伝導膜8としてダイヤモンド結合とグラファイト
結合が混在した炭素膜を使用した(厚み40μm)。こ
の膜は実施例1で記載したマイクロ波プラズマCVD法
で、水素の希釈率を低くした条件で合成したもので、ダ
イヤモンド粒子の中にグラファイトや無定型炭素が混在
した構成である。この膜はグラファイトが混在している
ためにダイヤモンド膜に比べて成膜速度が大きく、膜の
内部応力が小さい。従って生産性に優れ、膜や基板を歪
ませる危険性が少ない。(表2)に合成条件を示す。(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. The structure is exactly the same as that of the first embodiment, but a carbon film in which diamond bonds and graphite bonds are mixed is used as the heat conduction film 8 (thickness 40 μm). This film was synthesized by the microwave plasma CVD method described in Example 1 under the condition that the dilution ratio of hydrogen was low, and had a configuration in which graphite and amorphous carbon were mixed in the diamond particles. Since graphite is mixed in this film, the film formation rate is higher than that of the diamond film, and the internal stress of the film is small. Therefore, it has excellent productivity and there is little risk of distorting the film or substrate. (Table 2) shows the synthesis conditions.
【0018】[0018]
【表2】 [Table 2]
【0019】この膜の熱伝導率は300W/mKであ
り、多結晶のダイヤモンド膜の約1/4でしかないが、
レーザーユニットとしての熱抵抗を測定すると(表3)
に示す結果を得た。The thermal conductivity of this film is 300 W / mK, which is only about 1/4 that of a polycrystalline diamond film.
When measuring the thermal resistance of the laser unit (Table 3)
Were obtained.
【0020】[0020]
【表3】 [Table 3]
【0021】このようにサブマウントの材質や厚みを選
定すれば、従来技術の丸型メタルパッケージ以上の放熱
特性を実現することができた。By selecting the material and the thickness of the submount in this way, it was possible to realize the heat radiation characteristics higher than those of the conventional round metal package.
【0022】熱伝導膜の材質については、実施例1のダ
イヤモンドや実施例2のダイヤモンドとグラファイトが
混在したような炭素膜に限るものではない。素子の基板
材質やサブマウントの形状等によって選定されるが、S
iを基板とする素子では熱伝導率が200W/mK以上
の材料で、膜厚は100μmより小さいことが望まし
い。これは熱伝導率が200W/mKより小さな材料で
は熱抵抗が大きくなって十分な放熱がなされないからで
ある。また膜厚が100μm以上になるといずれの材料
でも、基板との熱膨張差で基板や膜が歪んだり損傷した
りするからである。The material of the heat conducting film is not limited to the diamond film of Example 1 or the carbon film of Example 2 in which diamond and graphite are mixed. It is selected according to the substrate material of the element and the shape of the submount.
In the element using i as the substrate, it is desirable that the material has a thermal conductivity of 200 W / mK or more and the film thickness is less than 100 μm. This is because a material having a thermal conductivity of less than 200 W / mK has a large thermal resistance and cannot sufficiently radiate heat. Further, when the film thickness is 100 μm or more, the substrate and the film are distorted or damaged due to the difference in thermal expansion from the substrate for any material.
【0023】(実施例3)以下、本発明の第3の実施例
を説明する。(Embodiment 3) A third embodiment of the present invention will be described below.
【0024】図2は本発明の第3の実施例を示す半導体
レーザユニットの構成図である。図2(a)は平面図、
図2(b)はa−a’の断面図を示している。図中では
受光素子12が集積化されたSi基板16を示してい
る。Si基板16の厚みは500μmである。この基板
上にレーザチップ13およびレーザチップ13からの出
射光を反射して垂直方向に向けるためのミラー11をボ
ンディングする。レーザチップ13とミラー11をボン
ディングする部分には、Ti0.1μmおよびAu0.
5μmが蒸着されている。ミラー11はSiでできてお
り反射ミラー面は機械的研磨によって形成された傾斜角
45度の面を利用している。ミラー面および底面部はT
i0.1μmおよびAu0.5μmの蒸着膜でメタライ
ズされており、底面部にはさらにボンディングのため
に、Snを30%含むPbのハンダが2μm蒸着されて
いる。レーザチップ13はSi基板16に形成された孔
の底面部に設けられたダイヤモンド膜15の上に、サブ
マウント(材料Cu、厚み500μm)17を介してボ
ンディングされる。FIG. 2 is a block diagram of a semiconductor laser unit showing a third embodiment of the present invention. FIG. 2A is a plan view,
FIG. 2B shows a sectional view taken along the line aa '. In the figure, a Si substrate 16 on which the light receiving element 12 is integrated is shown. The Si substrate 16 has a thickness of 500 μm. On this substrate, a laser chip 13 and a mirror 11 for reflecting the emitted light from the laser chip 13 and directing it in the vertical direction are bonded. In the portion where the laser chip 13 and the mirror 11 are bonded, Ti 0.1 μm and Au0.
5 μm is deposited. The mirror 11 is made of Si, and the reflecting mirror surface uses a surface having an inclination angle of 45 degrees formed by mechanical polishing. Mirror surface and bottom part are T
It is metallized with a deposited film of i 0.1 μm and Au 0.5 μm, and Pb solder containing 30% Sn is vapor-deposited 2 μm on the bottom surface for bonding. The laser chip 13 is bonded onto the diamond film 15 provided on the bottom surface of the hole formed in the Si substrate 16 via a submount (material Cu, thickness 500 μm) 17.
【0025】以後作成手順について説明する。まず受光
素子12が形成された面と反対のSi基板面に、ダイヤ
モンド膜を合成する部分以外をSiO2膜で覆った後、
マイクロ波プラズマCVD法でダイヤモンド膜を形成す
る。SiO2上ではダイヤモンドの核が発生しにくいた
めに、Si基板上のみにダイヤモンド膜が選択的に成長
する。成膜装置及び条件は実施例1と同じであり、得ら
れた膜の熱伝導率は約1200W/mKであった。The creation procedure will be described below. First, after covering the portion of the Si substrate opposite to the surface on which the light receiving element 12 is formed with a portion other than the portion for synthesizing the diamond film with the SiO2 film
A diamond film is formed by the microwave plasma CVD method. Since diamond nuclei are less likely to occur on SiO 2, the diamond film selectively grows only on the Si substrate. The film forming apparatus and conditions were the same as in Example 1, and the thermal conductivity of the obtained film was about 1200 W / mK.
【0026】次にエッチングにより孔を作成する。この
時ダイヤモンド膜はエッチングされないためにエッチン
グストッパーにもなる。通常as−depo状態でのダ
イヤモンド膜の表面は平滑性が悪くこの面を熱伝導膜と
して使用する場合は研磨が必要となるが、基板側(すな
わち基板を除去して得られる面)の表面性は基板の粗さ
に準じる。本実施例では鏡面研磨仕上げをしたSi基板
を用いているため、ダイヤモンド膜の表面は平滑であり
研磨の必要はない。以上のフォトリソグラフィー、蒸
着、メッキなどの工程はウエハプロセスであって、これ
らの工程終了後にダイシング工程によってSi基板が作
成される。レーザチップは発熱量の大きい活性層側を下
側にしてサブマウントを介してダイヤモンド膜15の上
にボンディングする。ここで、レーザチップは発振波長
が650nmのAlGaInP系材料を用いた赤色半導
体レーザである。レーザの定格光出力は35mWであ
る。最後にレーザチップおよび受光素子の配線をワイヤ
ボンドで行う。サブマウントとダイヤモンド膜、及びレ
ーザチップとサブマウントはハンダ材(Pb−Sn)に
より接着される。このときハンダ材が付着し易くするた
めに、ダイヤモンド膜、サブマウント、レーザーチップ
の表面はCr(0.1μm)、Au(0.5μm)でメ
タライズされている。この構成で熱抵抗を測定したとこ
ろ約42℃/Wであり、従来の約2倍の放熱効果が確認
され実施例1とほぼ同様の効果が得られることがわかっ
た。Next, holes are formed by etching. At this time, since the diamond film is not etched, it also serves as an etching stopper. Normally, the surface of a diamond film in the as-depo state is poor in smoothness and polishing is required when using this surface as a heat conductive film, but the surface properties on the substrate side (that is, the surface obtained by removing the substrate) Is based on the roughness of the substrate. In this embodiment, since the mirror-polished Si substrate is used, the surface of the diamond film is smooth and need not be polished. The above-mentioned steps such as photolithography, vapor deposition, and plating are wafer processes, and after completion of these steps, a Si substrate is created by a dicing step. The laser chip is bonded on the diamond film 15 via the submount with the active layer side, which generates a large amount of heat, facing downward. Here, the laser chip is a red semiconductor laser using an AlGaInP-based material with an oscillation wavelength of 650 nm. The rated light output of the laser is 35 mW. Finally, wiring of the laser chip and the light receiving element is performed by wire bonding. The submount and the diamond film, and the laser chip and the submount are bonded by a solder material (Pb-Sn). At this time, the surfaces of the diamond film, the submount, and the laser chip are metallized with Cr (0.1 μm) and Au (0.5 μm) in order to facilitate the attachment of the solder material. When the thermal resistance was measured with this configuration, it was about 42 ° C./W, and it was confirmed that a heat radiating effect about twice that of the conventional case was obtained, and it was found that the same effect as in Example 1 was obtained.
【0027】以上、AlGaInP系の材料で構成され
る波長が630nmから690nmの赤色半導体レーザ
ーを例にして説明したが、本発明はこれに限るものでは
なく、IC等の発熱が生じるいかなる電気電子素子にも
有効である。The red semiconductor laser having a wavelength of 630 nm to 690 nm composed of an AlGaInP-based material has been described above as an example, but the present invention is not limited to this, and any electric / electronic element such as an IC that generates heat is generated. It is also effective.
【0028】[0028]
【発明の効果】本発明によれば、発熱素子を熱伝導膜上
に直接または基板より熱伝導率の大きな素子を介して形
成するので、発熱素子は基板に接触せず、発熱素子から
の熱が効率よく放熱される。したがって発熱素子は基板
に接触しないので、発熱量の大きな発熱素子であっても
熱抵抗を低く抑えた放熱特性の良い半導体素子を提供す
ることができる。According to the present invention, since the heat generating element is formed directly on the heat conducting film or through the element having a heat conductivity higher than that of the substrate, the heat generating element does not come into contact with the substrate and heat from the heat generating element is not contacted. Is efficiently radiated. Therefore, since the heating element does not come into contact with the substrate, it is possible to provide a semiconductor element having good heat dissipation characteristics with a low thermal resistance even if the heating element generates a large amount of heat.
【図1】本発明の第1の実施例における半導体素子の構
成図FIG. 1 is a configuration diagram of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第3の実施例における半導体素子の構
成図FIG. 2 is a configuration diagram of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
【図3】従来の実施例における半導体素子の構成図FIG. 3 is a configuration diagram of a semiconductor device in a conventional example.
1 受光素子 2 レーザチップ 3 サブマウントチップ 4 コム 5 孔 8 熱伝導膜 17 Si基板 1 Light receiving element 2 Laser chip 3 Submount chip 4 Com 5 Hole 8 Thermal conductive film 17 Si substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木戸口 勲 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Isao Kidoguchi 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (8)
れた基板と、前記発熱素子を形成する領域に設けられた
孔と、この孔に設けられた熱伝導膜とを備え、前記発熱
素子を前記熱伝導膜上に直接または前記基板より熱伝導
率の大きな素子を介して形成したことを特徴とする半導
体素子。1. A substrate provided with a circuit element and a heating element that generates heat, a hole provided in a region where the heating element is formed, and a heat conductive film provided in the hole, A semiconductor device characterized in that the device is formed directly on the heat conducting film or via a device having a heat conductivity higher than that of the substrate.
回路素子が形成された領域と異なる領域に選択的に形成
し、熱伝導膜は前記孔の底面部に形成し、発熱素子は前
記熱伝導膜上に形成した半導体レーザチップとし、さら
に前記半導体レーザチップから出射するレーザ光を反射
するミラーを備えたことを特徴とする請求項1記載の半
導体素子。2. A substrate is a Si substrate, holes are selectively formed in a region of the Si substrate different from a region in which circuit elements are formed, a heat conductive film is formed on a bottom surface of the holes, and a heating element is formed. The semiconductor element according to claim 1, further comprising a semiconductor laser chip formed on the heat conductive film, and further comprising a mirror that reflects laser light emitted from the semiconductor laser chip.
回路素子が形成された領域と異なる領域に選択的に形成
され、かつ、テーパー状の斜面を有し、熱伝導膜は前記
孔の底面部に形成し、発熱素子は前記熱伝導膜上に形成
した半導体レーザチップとし、この半導体レーザチップ
から出射するレーザ光は前記孔のテーパー状斜面で反射
して前記基板上方に取り出されることを特徴とする請求
項1記載の半導体素子。3. The substrate is a Si substrate, the holes are selectively formed in a region different from the region of the Si substrate on which circuit elements are formed, and have a tapered slope, and the heat conducting film is the hole. A semiconductor laser chip formed on the bottom surface of the heat-conducting film is used as the heating element, and the laser light emitted from the semiconductor laser chip is reflected by the tapered slope of the hole and taken out above the substrate. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
材料で構成されたことを特徴とする請求項2または3記
載の半導体素子。4. The semiconductor device according to claim 2, wherein the heat conducting film is made of a material having a heat conductivity of 200 W / mK or more.
結晶ダイヤモンド膜で構成されたことを特徴とする請求
項2または請求項3記載の半導体素子。5. The semiconductor device according to claim 2, wherein the heat conducting film is composed of a single crystal diamond plate or a polycrystalline diamond film.
合)またはダイヤモンド結合(SP3結合)とグラファ
イト結合(SP2結合)とが混在する炭素膜で構成され
たことを特徴とする請求項2または3記載の半導体素
子。6. The heat conductive film is composed of a carbon film having diamond bonds (SP3 bonds) or a mixture of diamond bonds (SP3 bonds) and graphite bonds (SP2 bonds). Semiconductor device.
とを特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載の半導体
素子。7. The semiconductor device according to claim 2, wherein the heat conductive film has a thickness of 100 μm or less.
路素子を形成する基板面とは反対の面に熱伝導膜を形成
する工程と、前記回路素子を形成する基板面から選択的
に孔を形成する工程と、前記熱伝導膜上に直接または前
記基板より熱伝導率の大きな素子を介して発熱素子を形
成する工程とを備えた半導体素子の形成方法。8. A step of forming a circuit element on a substrate, a step of forming a heat conductive film on a surface opposite to a surface of the substrate on which the circuit element is formed, and selectively from a surface of the substrate on which the circuit element is formed. A method of forming a semiconductor device, comprising: forming a hole; and forming a heat-generating element on the heat-conducting film directly or through an element having a higher thermal conductivity than the substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7218526A JPH0964478A (en) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | Semiconductor element and method for forming the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7218526A JPH0964478A (en) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | Semiconductor element and method for forming the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0964478A true JPH0964478A (en) | 1997-03-07 |
Family
ID=16721316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7218526A Pending JPH0964478A (en) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | Semiconductor element and method for forming the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0964478A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6137121A (en) * | 1997-10-01 | 2000-10-24 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Integrated semiconductor light generating and detecting device |
| JP2002329918A (en) * | 2001-05-02 | 2002-11-15 | Sony Corp | Optical device |
| US10148063B2 (en) | 2014-01-31 | 2018-12-04 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Thermally conductive and electrically insulating interposer having active optical device mounted thereon |
| WO2026053649A1 (en) * | 2024-09-04 | 2026-03-12 | デクセリアルズ株式会社 | Displacement sensor and method for manufacturing displacement sensor |
-
1995
- 1995-08-28 JP JP7218526A patent/JPH0964478A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6137121A (en) * | 1997-10-01 | 2000-10-24 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Integrated semiconductor light generating and detecting device |
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| US10148063B2 (en) | 2014-01-31 | 2018-12-04 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Thermally conductive and electrically insulating interposer having active optical device mounted thereon |
| WO2026053649A1 (en) * | 2024-09-04 | 2026-03-12 | デクセリアルズ株式会社 | Displacement sensor and method for manufacturing displacement sensor |
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