JPH0964478A - 半導体素子およびその形成方法 - Google Patents
半導体素子およびその形成方法Info
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- JPH0964478A JPH0964478A JP7218526A JP21852695A JPH0964478A JP H0964478 A JPH0964478 A JP H0964478A JP 7218526 A JP7218526 A JP 7218526A JP 21852695 A JP21852695 A JP 21852695A JP H0964478 A JPH0964478 A JP H0964478A
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- heat
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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。
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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【０００９】
（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について述べ
る。
る。
【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。
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。
【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。
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。
【００１２】
【表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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００１８】
【表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。
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。
【００２０】
【表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。
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。
【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。
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。
【００２３】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
を説明する。
を説明する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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
成図
【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
成図
【図３】従来の実施例における半導体素子の構成図
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
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (8)
- 【請求項１】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ことを特徴とする半導
体素子。 - 【請求項２】基板はＳｉ基板とし、孔は前記Ｓｉ基板の
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。 - 【請求項３】基板はＳｉ基板とし、孔は前記Ｓｉ基板の
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。 - 【請求項４】熱伝導膜が熱伝導率２００Ｗ／ｍＫ以上の
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。 - 【請求項５】熱伝導膜が単結晶ダイヤモンド板または多
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。 - 【請求項６】熱伝導膜がダイヤモンド結合（ＳＰ３結
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。 - 【請求項７】熱伝導膜の厚みが１００μｍ以下であるこ
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。 - 【請求項８】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半導体素子の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7218526A JPH0964478A (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | 半導体素子およびその形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7218526A JPH0964478A (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | 半導体素子およびその形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0964478A true JPH0964478A (ja) | 1997-03-07 |
Family
ID=16721316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7218526A Pending JPH0964478A (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | 半導体素子およびその形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0964478A (ja) |
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 (ja) * | 2001-05-02 | 2002-11-15 | Sony Corp | 光学装置 |
| 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 (ja) * | 2024-09-04 | 2026-03-12 | デクセリアルズ株式会社 | 変位センサ及び変位センサの製造方法 |
-
1995
- 1995-08-28 JP JP7218526A patent/JPH0964478A/ja 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 |
| JP2002329918A (ja) * | 2001-05-02 | 2002-11-15 | Sony Corp | 光学装置 |
| 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 (ja) * | 2024-09-04 | 2026-03-12 | デクセリアルズ株式会社 | 変位センサ及び変位センサの製造方法 |
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