JPH1126887A - Semiconductor laser with diamond heat dissipation component - Google Patents

Semiconductor laser with diamond heat dissipation component

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JPH1126887A
JPH1126887A JP19788697A JP19788697A JPH1126887A JP H1126887 A JPH1126887 A JP H1126887A JP 19788697 A JP19788697 A JP 19788697A JP 19788697 A JP19788697 A JP 19788697A JP H1126887 A JPH1126887 A JP H1126887A
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JP
Japan
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diamond
thickness
semiconductor laser
substrate
thermal stress
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Application number
JP19788697A
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Japanese (ja)
Inventor
Kentaro Yoshida
健太郎 吉田
Takahiro Imai
貴浩 今井
Yoshiaki Kumazawa
佳明 熊澤
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce manufacturing cost of a diamond heat dissipating part and to prevent deterioration of a performance caused by thermal stress, by joining a heat dissipating part of a specified thickness formed into a plate-like substrate shape with a wax material of a specified thickness. SOLUTION: A semiconductor laser 1 and a vapor phase synthetic diamond 4 of a thickness 3-9 μm formed on a plate-like substrate 5 are joined together with a wax material 2 of a thickness 2-8 μm, so that a thermal stress generated in a semiconductor element 1 is relaxed. The cost is significantly reduced compared with a conventional diamond because the maximum thickness is 9 μm. Not only reduce the cost but also a diamond film is made thin to prevent thermal stress. The diamond synthesized on the substrate 5 in a vapor phase synthetic manner is rough in the surface, and usually it is not fit for mounting on the semiconductor element if it is used as it is. However, in a thin film of the film thickness of the diamond 3-9 μm, a desired surface roughness is achieved even when especially no process is performed after synthesis.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はダイヤモンド放熱部
品を備えた半導体レーザに関する。とくに、半導体レー
ザとダイヤモンド放熱部品の間に発生する熱応力を緩和
することによりその性能を高めた半導体レーザの構造に
関する。
The present invention relates to a semiconductor laser having a diamond heat radiating component. In particular, the present invention relates to a structure of a semiconductor laser whose performance is enhanced by relaxing thermal stress generated between the semiconductor laser and a diamond heat dissipation component.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の、情報通信社会の発展に伴い、C
ATV等の多チャンネル送信や海底ケーブルを使った長
距離幹線系送信・受信等の大容量情報伝達技術の開発が
盛んに行われている。高出力の半導体レーザは、これら
の大容量情報伝達に欠かせないものであり、その需要は
年々高まって来ている。これらの高出力半導体レーザの
安定した発振を維持するためには高性能の放熱部品が必
要である。放熱部品はヒートシンクとも呼ばれる。
2. Description of the Related Art With the recent development of the information and communication society,
2. Description of the Related Art Large-capacity information transmission technologies such as multi-channel transmission such as ATV and long-distance trunk transmission / reception using a submarine cable have been actively developed. High-power semiconductor lasers are indispensable for transmitting large-capacity information, and the demand for them is increasing year by year. In order to maintain stable oscillation of these high-power semiconductor lasers, high-performance heat radiation components are required. The heat dissipating component is also called a heat sink.

【0003】放熱部品には熱伝導率が高い材料が適する
のは勿論である。金属材料がヒートシンクに用いられて
いる。例えばCuWなど(特開平1−187991号、
特開平2−257689号)熱伝導率のよい金属材料が
用いられる。しかし金属の熱伝導率は余り高くないので
強く発熱する半導体レーザを冷却するには不十分である
ことがある。
As a matter of course, a material having high thermal conductivity is suitable for the heat radiating component. Metallic materials are used for heat sinks. For example, CuW or the like (Japanese Patent Laid-Open No. 1-187991,
JP-A-2-257689) A metal material having good thermal conductivity is used. However, the thermal conductivity of metal is not so high that it may not be enough to cool a semiconductor laser that generates heat.

【0004】物質中最高の熱伝導率を有する材料はダイ
ヤモンドである。ダイヤモンドは高価であるが熱伝導率
が優れているので半導体レーザの放熱部品として僅かに
使われ始めている。
The material with the highest thermal conductivity of matter is diamond. Diamond is expensive, but has excellent thermal conductivity, so that it has begun to be used slightly as a heat radiating component for semiconductor lasers.

【0005】 特開平5−13843号「放熱部品お
よび該放熱部品を備えた半導体レーザ」はステムの上に
だけダイヤモンドを形成しその上に半導体レーザを鑞づ
けした半導体レーザを提案している。ダイヤモンド膜の
厚みは10μm〜500μmとしている。ダイヤモンド
の厚みが放熱性能に影響するので、ダイヤモンド膜が1
0μm以上はなければならないとしている。しかしロウ
材の厚みについては述べていない。半導体レーザとダイ
ヤモンド放熱板の熱膨張率に差に起因する問題には気づ
いていない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-13843 proposes a semiconductor laser in which diamond is formed only on a stem and a semiconductor laser is brazed on the diamond only on a stem. The thickness of the diamond film is 10 μm to 500 μm. Since the thickness of the diamond affects the heat dissipation performance, the diamond film
It has to be 0 μm or more. However, it does not mention the thickness of the brazing material. No problem is noticed due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the semiconductor laser and the diamond radiator plate.

【0006】 特開平8−195367号「ウエハー
及びその製造方法」は、Si等の基板の上にダイヤモン
ド膜を形成したダイヤモンド付きの大口径ウエハを提案
している。これは凸そりのあるウエハである。半導体レ
ーザの放熱板と言うわけではない。半導体レーザとウエ
ハの熱膨張率の差についての言及もない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-195367 “Wafer and Method for Producing the Same” proposes a large-diameter wafer with diamond in which a diamond film is formed on a substrate such as Si. This is a warped wafer. It is not necessarily a heat sink for semiconductor lasers. There is no mention of the difference in the coefficient of thermal expansion between the semiconductor laser and the wafer.

【0007】特開昭48−79338号「放熱電極と
その製造方法」はダイヤモンド自体をヒートシンクとす
るものであり、クロム、白金、金を天然のダイヤモンド
に被覆し電気伝導性を与えている。冷却の対象はインパ
ットダイオード、ガンダイオードであり半導体レーザで
はない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 48-79338, entitled "Heat-radiating electrode and its manufacturing method", uses diamond itself as a heat sink, and imparts electrical conductivity by coating chromium, platinum, and gold on natural diamond. The objects to be cooled are the input diode and the gun diode, not the semiconductor laser.

【0008】特開昭49−99482号「超小型半導
体電子装置の組立方法」は殆ど球形であって上部に僅か
な平坦面を持つ天然産のダイヤモンド球をメタライズ
し、ガンダイオードを搭載するものである。球形のダイ
ヤモンドであるから直方体のものよりも冷却能力が優れ
ている、という。しかしこれは半導体レーザの冷却機構
ではない。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 49-99482 discloses a method for assembling a microminiature semiconductor electronic device, which is a metallized natural diamond sphere having an almost spherical shape and a slightly flat surface on the top, and mounting a gun diode. is there. It is said that it is a spherical diamond and has better cooling capacity than a rectangular parallelepiped. However, this is not a cooling mechanism for the semiconductor laser.

【0009】特開昭50−67582号「半導体素子
の製造方法」はCuのブロックに穴を掘り天然のダイヤ
モンドブロックを埋め込んでその上にインパットダイオ
ードなど発熱著しい半導体素子を固定するものである。
気相合成した薄いダイヤモンド膜を使うものではない。
ダイヤモンドと素子の熱膨張率の差による割れひびなど
は問題にしていない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-67582 discloses a method of manufacturing a semiconductor device in which a natural diamond block is buried by digging a hole in a Cu block, and a semiconductor element such as an imput diode is generated thereon.
It does not use a thin diamond film synthesized by vapor phase.
Cracks due to the difference in the coefficient of thermal expansion between diamond and the element are not considered.

【0010】実開昭53−118470号「半導体装
置」はCu基板の上にダイヤモンド上炭素膜を形成し金
メッキしてその上に発光ダイオードを固定している。こ
うすると炭素膜によってチップが絶縁されるとしてい
る。金層にダイオードを接着しているのであってダイヤ
モンド膜にダイオードをロウ付けするのではない。
Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 53-118470 discloses a "semiconductor device" in which a carbon film on diamond is formed on a Cu substrate and gold-plated, and a light emitting diode is fixed thereon. In this case, the chip is insulated by the carbon film. The diode is bonded to the gold layer, not brazed to the diamond film.

【0011】特開昭63−41055号「半導体装置
の放熱構造」はSi基板の上に10μm厚みのダイヤモ
ンド膜を形成し、さらに金膜を形成し金を半田として利
用してチップを接着している。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 63-41055 discloses a "radiation structure of semiconductor device" in which a diamond film having a thickness of 10 μm is formed on a Si substrate, a gold film is formed, and a chip is bonded using gold as solder. I have.

【0012】特開平2−26057号「放熱板」はC
u合金又はCuの中に金属酸化物(Al23 、TiO
2 、SiO2 )を分散した基板に50μm厚みのダイヤ
モンド膜を形成した放熱板を提案している。ICパッケ
ージ、ハイブリッドICなどの放熱板である。放熱板に
これらを接着する構造については述べるところがない。
Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 2-26057 "radiator plate"
Metal oxides (Al 2 O 3 , TiO
2 , a heat sink having a 50 μm-thick diamond film formed on a substrate on which SiO 2 is dispersed. It is a heat radiating plate for an IC package, a hybrid IC, or the like. There is no mention of the structure for bonding these to the heat sink.

【0013】実開平3−6862号「放熱基板」は放
熱基板の表面にパターニング合成によってダイヤモンド
膜を形成した基板を提案している。
Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 3-6862, "Heat dissipation substrate" proposes a substrate having a diamond film formed on the surface of a heat dissipation substrate by patterning and synthesis.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】ダイヤモンド放熱板を
持つ半導体レーザにおいて、半導体レーザ素子とダイヤ
モンドはろう材により接合される。その際ロウ材が融け
る温度になるまで、ダイヤモンドと半導体レーザの温度
を上げてロウ付けしその後室温まで温度を下げるという
作業が必要になる。この温度の昇降に伴って熱応力の問
題が発生する。
SUMMARY OF THE INVENTION In a semiconductor laser having a diamond heat sink, a semiconductor laser element and diamond are joined by a brazing material. At that time, it is necessary to raise the temperature of the diamond and the semiconductor laser until the temperature at which the brazing material can be melted, braze, and then lower the temperature to room temperature. As the temperature rises and falls, a problem of thermal stress occurs.

【0015】代表的な半導体レーザ素子の材質であるI
nPやGaAsの熱膨張係数は、ダイヤモンドの熱膨張
係数の2〜3倍である。このように熱膨張係数が著しく
異なるので、ロウ付け温度から室温まで低下する際に半
導体レーザ素子に大きな熱応力が発生する。この熱応力
が大きいと、半導体レーザ素子に割れが生じる。割れな
くても、レーザ発振強度が低下したり、レーザ寿命が短
くなるといった、種々の問題が起こる。従来の半導体レ
ーザ用の放熱部品に使用されているダイヤモンドの厚み
は通常200μm以上である。このような厚いダイヤモ
ンドを放熱部品に使用した場合には、半導体レーザとダ
イヤモンドの間に大きい熱応力が発生し、熱応力により
上記のような種々の問題が起こる。
I, which is a material of a typical semiconductor laser device,
The thermal expansion coefficient of nP or GaAs is two to three times the thermal expansion coefficient of diamond. Since the thermal expansion coefficients are significantly different in this manner, a large thermal stress is generated in the semiconductor laser device when the temperature is reduced from the brazing temperature to room temperature. If this thermal stress is large, cracks occur in the semiconductor laser device. Even without cracking, various problems occur such as a decrease in laser oscillation intensity and a shortened laser life. The thickness of diamond used in conventional heat dissipation components for semiconductor lasers is usually 200 μm or more. When such a thick diamond is used for a heat radiation component, a large thermal stress is generated between the semiconductor laser and the diamond, and the above-mentioned various problems occur due to the thermal stress.

【0016】また、放熱部品などの半導体基板の価格に
対する要求は厳しいものになって来ている。熱伝導率の
高いダイヤモンドは放熱性には優れているが、極めて高
価である。高価な材料を使いコストを削減するために
は、ダイヤモンドの厚みを必要最小限の厚さにする必要
がある。ダイヤモンド膜は基板の上に気相合成法によっ
て合成し、基板を除去することによって自立膜として得
るようになっている。ダイヤモンド層が余りに薄いと、
基板を除去する際ダイヤモンドに罅が入る。甚だしいと
きはダイヤモンドが割れるなどの問題が起こる。
Further, the demand for the price of the semiconductor substrate such as a heat radiating component is becoming stricter. Diamond having high thermal conductivity is excellent in heat dissipation, but is extremely expensive. In order to reduce costs by using expensive materials, it is necessary to reduce the thickness of the diamond to the minimum necessary. A diamond film is synthesized on a substrate by a vapor phase synthesis method, and is obtained as a self-supporting film by removing the substrate. If the diamond layer is too thin,
When removing the substrate, the diamond cracks. In severe cases, problems such as cracking of the diamond occur.

【0017】自立膜にする際に罅がはいったりしないた
めに、ダイヤモンド膜はどうしても200μm以上の厚
みが必要であった。つまり基板の上に200μm以上の
厚みのダイヤモンドを合成する必要があったのである。
このようにダイヤモンド自立膜を用いた放熱部品の価格
を低減することは容易でない。
In order to avoid cracks when forming a self-standing film, the diamond film must have a thickness of 200 μm or more. That is, it was necessary to synthesize diamond having a thickness of 200 μm or more on the substrate.
As described above, it is not easy to reduce the price of the heat dissipating component using the self-supporting diamond film.

【0018】本発明は、上記のような問題を解決するた
めになされたものであり、基板上に合成された必要最小
限の厚みの気相合成ダイヤモンドを基板付きのまま放熱
部品として使用し、かつ半導体レーザ素子と放熱部品の
間のロウ材の厚みを最適化することにより、ダイヤモン
ド放熱部品の製造コストを低減し、熱応力に起因する性
能の劣化が生じないようにした半導体レーザを提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and uses a vapor-phase synthetic diamond having a minimum necessary thickness synthesized on a substrate as a heat-radiating component with the substrate attached. Also, by optimizing the thickness of the brazing material between the semiconductor laser element and the heat radiating component, it is possible to reduce the manufacturing cost of the diamond heat radiating component and to provide a semiconductor laser in which the performance is not degraded due to thermal stress. The purpose is to:

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明のかかる半導体レ
ーザは、板状の基板状に形成された膜厚3μm〜9μm
の気相合成ダイヤモンドの放熱部品と、半導体レーザ素
子がロウ材により接合されており、そのロウ材の厚みが
2μm〜8μmであることを特徴とする。
The semiconductor laser according to the present invention has a thickness of 3 μm to 9 μm formed on a plate-like substrate.
The semiconductor laser element is joined to the heat-dissipating component of vapor-phase synthetic diamond by a brazing material, and the thickness of the brazing material is 2 μm to 8 μm.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】半導体レーザ素子と、板状の基体
上に形成された膜厚3μm〜9μmの気相合成ダイヤモ
ンドが、厚み2μm〜8μmのロウ材で接合されている
ことにより、半導体レーザ素子に発生する熱応力を緩和
することが可能になる。従来のダイヤモンドヒートシン
クは200μm以上の厚みがないと不適当だと考えられ
ていたが本発明はそのような厚みは不要であり、極薄い
もので良いということを主張する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A semiconductor laser device is formed by bonding a semiconductor laser element and a vapor-phase synthetic diamond having a thickness of 3 μm to 9 μm formed on a plate-like base with a brazing material having a thickness of 2 μm to 8 μm. Thermal stress generated in the element can be reduced. Conventional diamond heat sinks were considered to be unsuitable if they did not have a thickness of 200 μm or more, but the present invention argues that such a thickness is unnecessary and that an extremely thin one can be used.

【0021】最大厚みが9μmであるから従来の200
μm以上のダイヤモンドよりも格段にコストを低減でき
る。単にコストを下げるというのでなく、ダイヤモンド
膜を薄くして熱応力によって半導体レーザチップが劣化
するのを防ぐのである。先述の従来技術はダイヤモン
ド厚みが10μm〜500μmというヒートシンクを提
案しているが、それは厚すぎてチップにひびや割れを生
じさせレーザ発振を妨げ特性を劣化させるのである。
Since the maximum thickness is 9 μm, the conventional 200
The cost can be remarkably reduced as compared with a diamond of μm or more. Instead of simply reducing the cost, the thickness of the diamond film is reduced to prevent the semiconductor laser chip from deteriorating due to thermal stress. The above-mentioned prior art proposes a heat sink having a diamond thickness of 10 μm to 500 μm, which is too thick to cause cracks and cracks in the chip, hinder laser oscillation and deteriorate characteristics.

【0022】本発明において使用するダイヤモンド層
は、基体上に気相合成法により製造される。燃焼炎法、
熱フィラメントCVD法、マイクロ波プラズマCVD法
等、公知の気相合成ダイヤ製造方法を利用することがで
きる。気相合成法により基体上に合成されるダイヤモン
ドは、表面がダイヤモンド特有の自形を呈し、面粗さが
非常に粗くそのままでは半導体素子の実装には適さない
ことが多い。表面が粗いと半導体素子のロウ付けが適切
に行われず、熱抵抗の増大を招く。表面の面粗さは、R
max が50nm以下、Raが20nm以下であることが
好ましい。これは表面をダイヤモンド砥石などにより研
磨することによって達成することが可能である。この面
粗さはダイヤモンドの合成膜厚が大きくなればなるほど
大きくなる傾向がある。しかしながら、本願発明のダイ
ヤモンド膜厚3〜9μmという薄膜おいては、合成後特
に処理をしなくとも上記の面粗さを達成することも可能
であり、その場合は研磨を省略することも可能である。
通常、後に記載するSiなどの基体上に気相合成したダ
イヤモンドは、多結晶体となる。これに対して、基体
(単結晶)上にヘテロエピタキシャル成長したダイヤモ
ンドは、単結晶であるから非常に高品質であり熱伝導率
も高くなるため、本発明に用いるダイヤモンド層として
より好ましいものになる。本発明において使用する基体
の厚みは、厚すぎると基体の熱抵抗が大きくなり過ぎ、
好ましくない。しかし、薄過ぎても機械的強度の点から
割れなどの不良が発生し易くなるため好ましくない。1
00μm以上1mm以下の厚みの基体を使用することが
好ましい。基体の材質としては、ダイヤモンドを気相合
成する条件下で安定であり、ダイヤモンドを合成するこ
とが可能なものであること、熱伝導率が低すぎない事、
また熱膨張率が搭載する半導体素子に近いか、より大き
いことが条件として挙げられる。具体的には、Si,S
iC,AlN,Cu,Cu−Mo合金、Cu−W合金,
Cu−Mo−W合金などが好ましい。ダイヤモンド表面
と半導体素子を接合するロウ材は、Au,Ag,Ge,
In,Pb,Si,Snのうちから選ばれた少なくとも
一つの材料からなることが好ましい。また、ダイヤモン
ド表面のメタライズ層は、Au,Mo,Ni,Pd,P
t,Tiのうちから少なくとも1種以上を含むことが好
ましい。
The diamond layer used in the present invention is produced on a substrate by a gas phase synthesis method. Combustion flame method,
Known methods for producing a vapor phase synthetic diamond, such as a hot filament CVD method and a microwave plasma CVD method, can be used. A diamond synthesized on a substrate by a gas phase synthesis method has a surface having a self-shape peculiar to the diamond, and has a very rough surface and is not suitable for mounting a semiconductor element as it is in many cases. If the surface is rough, brazing of the semiconductor element will not be performed properly, resulting in an increase in thermal resistance. The surface roughness is R
It is preferable that max is 50 nm or less and Ra is 20 nm or less. This can be achieved by polishing the surface with a diamond grindstone or the like. This surface roughness tends to increase as the synthetic film thickness of diamond increases. However, in the thin film having a diamond film thickness of 3 to 9 μm according to the present invention, the above-described surface roughness can be achieved without any special treatment after the synthesis, and in that case, polishing can be omitted. is there.
Usually, diamond which is vapor-phase synthesized on a substrate such as Si described later becomes a polycrystal. On the other hand, diamond heteroepitaxially grown on a substrate (single crystal) is a single crystal and therefore has very high quality and high thermal conductivity, and is therefore more preferable as a diamond layer used in the present invention. The thickness of the substrate used in the present invention is too large, the thermal resistance of the substrate becomes too large,
Not preferred. However, it is not preferable that the thickness is too small because defects such as cracks are likely to occur from the viewpoint of mechanical strength. 1
It is preferable to use a substrate having a thickness of not less than 00 μm and not more than 1 mm. The material of the base material is stable under the conditions for synthesizing diamond in a gas phase, capable of synthesizing diamond, and has a thermal conductivity not too low;
The condition is that the coefficient of thermal expansion is close to or larger than the semiconductor element to be mounted. Specifically, Si, S
iC, AlN, Cu, Cu-Mo alloy, Cu-W alloy,
A Cu-Mo-W alloy or the like is preferable. The brazing material for joining the diamond surface and the semiconductor element is Au, Ag, Ge,
It is preferable to be made of at least one material selected from In, Pb, Si, and Sn. The metallized layer on the diamond surface is made of Au, Mo, Ni, Pd, P
It is preferable to include at least one or more of t and Ti.

【0023】[0023]

【実施例】【Example】

[実施例1(熱フィラメントCVD法)]熱フィラメン
トCVD法により加熱した3インチSi基板の上に水素
ガス、メタンガスを吹き込んで3μm厚と9μm厚のダ
イヤモンド膜を合成した。条件は以下のようである。 基板: Siウェファ 76φ×0.5mm フィラメント温度: 2100 ℃ 基板温度 : 850 ℃ 水素流量: 400 sccm メタン流量: 5 sccm ガス圧力: 80 Torr 合成時間と膜厚: 3 時間 3μm(研磨後) 8 時間 9μm(研磨後)
Example 1 (Hot filament CVD method) Hydrogen gas and methane gas were blown onto a 3-inch Si substrate heated by the hot filament CVD method to synthesize diamond films having a thickness of 3 μm and a thickness of 9 μm. The conditions are as follows. Substrate: Si wafer 76φ × 0.5 mm Filament temperature: 2100 ° C. Substrate temperature: 850 ° C. Hydrogen flow rate: 400 sccm Methane flow rate: 5 sccm Gas pressure: 80 Torr Synthesis time and film thickness: 3 hours 3 μm (after polishing) 8 hours 9 μm (After polishing)

【0024】このダイヤモンド膜の熱伝導率は1000
W/m・K、研磨後の表面粗さは、Rmax 40nm、R
a 10nmであった。Si基板からダイヤモンド膜を分
離せず、基板に付いたままのダイヤモンドを次のように
加工した。ダイヤモンド被覆Si基板をYAGレーザに
よって0.75mm×0.75mmの正方形状に切断し
た。その周囲全面(表面、裏面、側面)をTi、Pt、
Auによってメタライズした。これはロウ付けを可能に
するためである。メタライズしたダイヤモンド被覆板
に、AuSn合金ロウ材を用いて、0.3mm×0.3
mm×0.1mmのInGaAsPからなる半導体レー
ザチップを、温度290℃でロウ付けした。最適の条件
を探る為にロウ材の厚みを様々に変えた。
The thermal conductivity of this diamond film is 1000
W / m · K, the surface roughness after polishing was R max 40 nm, R
a 10 nm. Without separating the diamond film from the Si substrate, the diamond remaining on the substrate was processed as follows. The diamond-coated Si substrate was cut into a square of 0.75 mm × 0.75 mm by a YAG laser. Ti, Pt,
Metallized by Au. This is to enable brazing. Using a AuSn alloy brazing material on a metallized diamond coated plate, 0.3 mm × 0.3
A semiconductor laser chip made of InGaAsP having a size of 0.1 mm × 0.1 mm was brazed at a temperature of 290 ° C. The thickness of the brazing material was varied to find the optimal conditions.

【0025】こうして放熱板付きの半導体レーザが作製
された。問題は二つある。一つは放熱性能である。もう
一つは素子と放熱板の間に発生する熱応力である。放熱
が不十分であるとレーザ発振が不安定になる。また熱応
力が大きいと半導体レーザに歪みが入り素子を破壊する
こともある。熱応力が小さく放熱性が十分でなければな
らない。
Thus, a semiconductor laser with a heat sink was manufactured. There are two problems. One is heat dissipation performance. The other is thermal stress generated between the element and the heat sink. If heat radiation is insufficient, laser oscillation becomes unstable. If the thermal stress is large, the semiconductor laser may be distorted and the element may be broken. Thermal stress must be small and heat dissipation must be sufficient.

【0026】そこで、様々なロウ材厚みによって、3μ
m厚のダイヤモンド膜を有する放熱板に取り付けたレー
ザ素子と、9μm厚のダイヤモンド膜を有する放熱板に
取り付けたレーザについて、150mWの出力パワーで
連続発振させて半導体レーザの温度変動と熱応力を測定
した。出力が同一であるから発生する熱量は同一であ
る。熱は輻射の他にチップ・ロウ材・放熱板を通じて熱
伝導によって排除される。表1はダイヤモンド膜厚が3
μmの放熱板(ダイヤモンド/Si基板)の場合の測定
結果を示す。
Therefore, depending on the thickness of the brazing material, 3 μm
Temperature fluctuation and thermal stress of a semiconductor laser are measured by continuously oscillating with an output power of 150 mW for a laser element attached to a heat sink having a diamond film of m thickness and a laser attached to a heat sink having a diamond film of 9 μm thickness. did. Since the output is the same, the amount of heat generated is the same. Heat is removed by heat conduction through the chip, the brazing material, and the heat sink in addition to radiation. Table 1 shows that the diamond film thickness is 3
The measurement results for a heat radiating plate (diamond / Si substrate) of μm are shown.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】試料1はロウ材が最も薄い(1μm)ので
あるが、熱応力は95MPaもありもっとも大きい。ロ
ウ材が薄いとチップと放熱板の間の熱伝導が良いのでチ
ップの放熱性がよく温度上昇を効果的に抑えることがで
きる。温度が低いのでレーザ発振が安定している。試料
2はロウ材が3μmでより厚い。ロウ材は応力緩和作用
があるのでチップの熱応力が減少する。しかし反面熱伝
導が減るので素子の温度が上がる。
Sample 1 has the thinnest brazing material (1 μm), but has the largest thermal stress of 95 MPa. When the brazing material is thin, the heat conduction between the chip and the heat radiating plate is good, so that the heat radiating property of the chip is good and the temperature rise can be effectively suppressed. Since the temperature is low, laser oscillation is stable. Sample 2 is 3 μm thicker and thicker. Since the brazing material has a stress relaxing action, the thermal stress of the chip is reduced. However, on the other hand, the temperature of the element rises because heat conduction is reduced.

【0029】試料3、4、5というようにロウ材厚みが
増える。それとともにチップに掛かる応力が減少する。
熱伝導が次第に悪くなるのでレーザ温度は少しずつ上が
る。試料4ではロウ材厚みは7μmである。熱応力は2
0MPaに減る。試料1〜試料4のいずれも発振は安定
している。
The thickness of the brazing filler metal increases as in samples 3, 4, and 5. At the same time, the stress applied to the chip decreases.
Since the heat conduction gradually deteriorates, the laser temperature gradually increases. In sample 4, the thickness of the brazing material is 7 μm. Thermal stress is 2
Reduce to 0 MPa. Oscillation is stable in all of Samples 1 to 4.

【0030】試料5ではロウ材が9ミリあるので熱応力
は10MPaと小さくなる。良いようであるがそうでは
ない。そのかわりレーザ温度は58℃に上がる。レーザ
温度が高いので発振強度が低下する。強度一定になるよ
うに駆動電流を増やすとさらに温度が上がるので、レー
ザ発振は不安定になった。これはロウ材が厚すぎるため
熱伝導が悪く放熱が不完全であるからである。表2はダ
イヤモンド膜厚が9μmの放熱板(ダイヤモンド/Si
基板)の場合の測定結果を示す。
Since the sample 5 has 9 mm of brazing material, the thermal stress is as small as 10 MPa. Looks good but not so. Instead, the laser temperature rises to 58 ° C. Since the laser temperature is high, the oscillation intensity decreases. When the driving current was increased so that the intensity became constant, the temperature further increased, so that the laser oscillation became unstable. This is because the brazing filler metal is too thick, resulting in poor heat conduction and incomplete heat radiation. Table 2 shows that a heat sink (diamond / Si
This shows the measurement results for the case of the substrate.

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】試料6はロウ材が最も薄い(1μm)。ダ
イヤモンド膜が9μmであって厚すぎて1μmのロウ材
では熱応力を緩和できない。強い熱応力のためにロウ付
け温度から室温に下がる過程においてチップが破損して
しまった。であるから通電試験できなかった。試料7は
厚いダイヤモンド膜(9μm)が生ずる熱応力をロウ材
によって緩和し熱応力を70MPaに減らしている。ダ
イヤモンド膜が先例(3μm)の3倍もあるから熱伝導
にすぐれる。温度を低く抑えることができ安定に発振す
る。
Sample 6 has the thinnest brazing material (1 μm). The diamond film has a thickness of 9 μm and is too thick, so that a 1 μm brazing material cannot reduce the thermal stress. The chip was broken in the process of lowering from the brazing temperature to room temperature due to strong thermal stress. Therefore, the energization test could not be performed. In Sample 7, the thermal stress generated by the thick diamond film (9 μm) was relaxed by the brazing material to reduce the thermal stress to 70 MPa. Since the diamond film is three times as large as the previous example (3 μm), it has excellent heat conduction. Temperature can be kept low and stable oscillation occurs.

【0033】試料7〜10までロウ材が厚くなるに従っ
て熱応力は減少する。ヤング率の小さいロウ材によって
相反する応力が打ち消しあうのである。そのかわりロウ
材により熱伝導が低下するからレーザ温度は上昇する。
試料10では熱応力が20MPaになる。それでも発振
は安定する。
The thermal stress decreases as the thickness of the brazing material increases in samples 7 to 10. Opposing stresses are canceled by the brazing material having a small Young's modulus. Instead, the heat conduction is reduced by the brazing material, so that the laser temperature increases.
Sample 10 has a thermal stress of 20 MPa. The oscillation is still stable.

【0034】[比較例1]本発明において、ダイヤモン
ド膜の膜厚は重要な因子である。比較のため膜厚を10
0μmにして同様の実験を行った。熱フィラメントCV
D法により加熱した2インチSi基板の上に水素ガス、
メタンガスを吹き込んで100μm厚の厚いダイヤモン
ド膜を合成した。条件は以下のようである。 基板: Siウェファ 50φ×0.5mm フィラメント温度: 2100 ℃ 基板温度 : 850 ℃ 水素流量: 400 sccm メタン流量: 10 sccm ガス圧力: 80 Torr ダイヤモンド膜厚: 100 μm 合成時間: 50 時間
Comparative Example 1 In the present invention, the thickness of the diamond film is an important factor. The film thickness was 10 for comparison.
A similar experiment was performed at 0 μm. Hot filament CV
Hydrogen gas on a 2-inch Si substrate heated by the D method,
A 100 μm thick diamond film was synthesized by blowing methane gas. The conditions are as follows. Substrate: Si wafer 50φ × 0.5mm Filament temperature: 2100 ° C. Substrate temperature: 850 ° C. Hydrogen flow rate: 400 sccm Methane flow rate: 10 sccm Gas pressure: 80 Torr Diamond film thickness: 100 μm Synthesis time: 50 hours

【0035】以上の条件はメタン流量が少し違い、合成
時間が長いというほかは、従来例とほぼ同様である。S
i基板からダイヤモンド膜を分離せず、ダイヤモンド被
覆Si基板をYAGレーザによって0.75mm×0.
75mmの正方形状に切断した。その周囲全面(表面、
裏面、側面)をTi、Pt、Auによってメタライズし
た。メタライズしたダイヤモンド被覆板に、AuSn合
金ロウ材を用いて、0.3mm×0.3mm×0.1m
mのInGaAsPからなる半導体レーザチップを、温
度290℃でロウ付けした。実施例1と比較するため
に、ロウ材の厚みを1μm〜9μmの間で様々に変え
た。
The above conditions are almost the same as the conventional example except that the methane flow rate is slightly different and the synthesis time is long. S
Without separating the diamond film from the i-substrate, the diamond-coated Si substrate was 0.75 mm × 0.
It was cut into a 75 mm square shape. The entire surrounding area (surface,
Back, side) were metallized with Ti, Pt and Au. 0.3mm × 0.3mm × 0.1m using AuSn alloy brazing material on metallized diamond coated plate
A semiconductor laser chip composed of m InGaAsP was brazed at a temperature of 290 ° C. For comparison with Example 1, the thickness of the brazing material was variously changed between 1 μm and 9 μm.

【0036】ロウ材厚みを1μm〜9μmにして、10
0μm厚のダイヤモンド膜を有する放熱板に取り付けた
レーザ素子を、150mWの出力パワーで連続発振させ
て半導体レーザの温度変動と熱応力を測定した。その測
定結果を表3に示す。
When the thickness of the brazing material is 1 μm to 9 μm,
The temperature fluctuation and the thermal stress of the semiconductor laser were measured by continuously oscillating the laser element mounted on the heat sink having a diamond film having a thickness of 0 μm at an output power of 150 mW. Table 3 shows the measurement results.

【0037】[0037]

【表3】 [Table 3]

【0038】ダイヤモンド膜が厚いので、ロウ材厚みが
1μm〜9μmの範囲では、いずれもロウ付け温度(2
90℃)から室温にまで温度を下げる間に素子にクラッ
クが入り破損した。通電試験は実施できなかった。
Since the thickness of the brazing material is in the range of 1 μm to 9 μm, the brazing temperature (2
While the temperature was lowered from 90 ° C.) to room temperature, the device was cracked and damaged. The energization test could not be performed.

【0039】[実施例2(マイクロ波プラズマCVD
法)]マイクロ波プラズマCVD法により加熱した20
ミリ角のSiC基板の上に水素ガス、メタンガス、酸素
ガスを吹き込んで3μm厚と6μm厚のダイヤモンド膜
を合成した。条件は以下のようである。 基板: SiC板 20mm×20mm×0.3mm マイクロ波パワー: 3 kW 基板温度 : 800 ℃ 水素流量: 500 sccm メタン流量: 15 sccm 酸素流量: 2 sccm ガス圧力: 90 Torr 合成時間と膜厚: 3 時間 3μm 6 時間 6μm
Example 2 (Microwave Plasma CVD
Method)] Heated by microwave plasma CVD method
Hydrogen gas, methane gas, and oxygen gas were blown onto the SiC substrate of the square mm to synthesize diamond films of 3 μm thickness and 6 μm thickness. The conditions are as follows. Substrate: SiC plate 20 mm × 20 mm × 0.3 mm Microwave power: 3 kW Substrate temperature: 800 ° C. Hydrogen flow rate: 500 sccm Methane flow rate: 15 sccm Oxygen flow rate: 2 sccm Gas pressure: 90 Torr Synthesis time and film thickness: 3 hours 3 μm 6 hours 6 μm

【0040】このダイヤモンド膜の熱伝導率は1600
W/m・Kであった。先ほどの熱フィラメント法による
ダイヤモンド膜(1000W/m・K)よりもさらに優
れた熱伝導性をもっている。SiC基板からダイヤモン
ド膜を分離せず放熱板として利用する。ダイヤモンド被
覆SiC基板をYAGレーザによって0.75mm×
0.75mmの正方形状に切断した。その周囲全面(表
面、裏面、側面)をTi、Pt、Auによってメタライ
ズした。メタライズしたダイヤモンド被覆板に、AuS
n合金ロウ材を用いて、0.3mm×0.45mm×
0.1mmのInGaAsPからなる半導体レーザチッ
プを、温度290℃でロウ付けした。このような点は先
ほどの熱フィラメント法によるSi基板ダイヤモンドの
場合を同じである。前例と同じように、最適の条件を探
る為にロウ材の厚みを様々に変えた。
The thermal conductivity of this diamond film is 1600
W / m · K. It has better thermal conductivity than the diamond film (1000 W / m · K) by the hot filament method. The diamond film is used as a heat sink without being separated from the SiC substrate. 0.75mm ×
It was cut into a 0.75 mm square shape. The entire surface (front surface, back surface, side surfaces) around the periphery was metallized with Ti, Pt, and Au. AuS on metallized diamond coated plate
0.3mm × 0.45mm ×
A semiconductor laser chip made of 0.1 mm InGaAsP was brazed at a temperature of 290 ° C. Such a point is the same as the case of the Si substrate diamond by the hot filament method. As in the previous example, the thickness of the brazing material was varied to find the optimum conditions.

【0041】先例と同じように放熱板つきの半導体レー
ザが作製された。これらについて、一定光パワーでのレ
ーザチップの熱応力と素子温度を測定した。この実施例
では放熱性がよいので半導体レーザパワーを前回(15
0mW)の2倍の300mWにした。表4はダイヤモン
ド膜厚が3μmの放熱板(ダイヤモンド/SiC基板)
の場合の測定結果を示す。
A semiconductor laser with a heat sink was manufactured in the same manner as in the previous example. For these, the thermal stress and the device temperature of the laser chip at a constant optical power were measured. In this embodiment, since the heat radiation property is good, the power of the semiconductor laser
0 mW), that is, 300 mW. Table 4 shows a heat sink (diamond / SiC substrate) with a diamond film thickness of 3 μm.
The measurement results in the case of are shown.

【0042】[0042]

【表4】 [Table 4]

【0043】試料16はロウ材が最も薄い(1μm)の
で応力を緩和できず熱応力は95MPaもありもっとも
大きい。ロウ材が薄いとチップと放熱板の間の熱伝導が
良いのでチップの放熱性がよく温度上昇を効果的に抑え
ることができる。温度が低いのでレーザ発振が安定して
いる。
In sample 16, since the brazing material is the thinnest (1 μm), the stress cannot be relaxed and the thermal stress is 95 MPa, which is the largest. When the brazing material is thin, the heat conduction between the chip and the heat radiating plate is good, so that the heat radiating property of the chip is good and the temperature rise can be effectively suppressed. Since the temperature is low, laser oscillation is stable.

【0044】試料17〜試料20までロウ材の厚みが増
える。ロウ材は応力緩和作用があるので厚みが増すとチ
ップの熱応力が減少する。反面ロウ材が熱伝導を妨げる
ので素子の温度が上がる。試料20ではロウ材厚みは8
μmである。熱応力は15MPaに減り、素子温度は上
がる。試料16〜試料20のいずれも発振は安定してい
る。表5はダイヤモンド膜厚が6μmの放熱板(ダイヤ
モンド/SiC基板)の場合の熱応力測定結果を示す。
The thickness of the brazing filler metal increases from sample 17 to sample 20. Since the brazing material has a stress relaxing action, as the thickness increases, the thermal stress of the chip decreases. On the other hand, the temperature of the element rises because the brazing material hinders heat conduction. In sample 20, the brazing material thickness is 8
μm. The thermal stress is reduced to 15 MPa, and the element temperature rises. Oscillation is stable in all of Samples 16 to 20. Table 5 shows the results of measuring the thermal stress in the case of a heat sink (diamond / SiC substrate) having a diamond film thickness of 6 μm.

【0045】[0045]

【表5】 [Table 5]

【0046】試料21はロウ材が最も薄い(1μm)。
ダイヤモンド膜が6μmもあって厚すぎて1μmのロウ
材では熱応力を緩和できない。強い熱応力のためにロウ
付け温度から室温に下がる過程においてチップにひび
(クラック)が入った。であるから通電試験できなかっ
た。試料22は厚いダイヤモンド膜(6μm)が生ずる
熱応力をロウ材によって緩和し熱応力を65MPaに減
らしている。ダイヤモンド膜が先例(3μm)の2倍も
あるから熱伝導にすぐれる。温度を低く抑えることがで
き安定に発振する。
Sample 21 has the thinnest brazing material (1 μm).
Since the diamond film is as thick as 6 μm and too thick, thermal stress cannot be reduced with a 1 μm brazing material. Chips cracked in the process of lowering from the brazing temperature to room temperature due to strong thermal stress. Therefore, the energization test could not be performed. In the sample 22, the thermal stress generated by the thick diamond film (6 μm) is reduced by the brazing material to reduce the thermal stress to 65 MPa. Since the diamond film is twice as large as the previous example (3 μm), it has excellent heat conduction. Temperature can be kept low and stable oscillation occurs.

【0047】試料22〜25までロウ材が厚くなるに従
って熱応力は減少する。ロウ材により熱伝導が低下する
からレーザ温度は上昇する。しかし試料25では熱応力
が15MPaになる。試料22〜25で発振は安定であ
る。表5において熱応力はより大きくなっている。ダイ
ヤモンドがより厚いのでダイヤモンドと素子の間に発生
する応力が大きくなる。
The thermal stress decreases as the thickness of the brazing material increases in Samples 22 to 25. Since the heat conduction is reduced by the brazing material, the laser temperature increases. However, the sample 25 has a thermal stress of 15 MPa. Oscillation is stable in samples 22 to 25. In Table 5, the thermal stress is higher. Since the diamond is thicker, the stress generated between the diamond and the element increases.

【0048】[実施例3(熱フィラメントCVD法+プ
ラズマジェットCVD法)]次に熱フィラメントCVD
法で単結晶Si基板上にダイヤモンド核発生させ、プラ
ズマジェット法によってダイヤモンド膜を被覆したダイ
ヤモンド/Si放熱板を作製し、これに半導体レーザチ
ップを付けて同様な試験をした。(第1ステップ:核発
生)熱フィラメントCVD法により加熱した2インチ
(100)単結晶Si基板の上に水素ガス、メタンガス
を吹き込んで核発生処理を行った。条件は以下のようで
ある。 基板: (100)単結晶Si 50φ×1mm フィラメント温度: 2000 ℃ 基板温度 : 700 ℃ 水素流量: 400 sccm メタン流量: 10 sccm ガス圧力: 30 Torr 基板バイアス: −200 V 核発生処理時間: 10 分
Example 3 (Hot filament CVD method + plasma jet CVD method) Next, hot filament CVD
Diamond nuclei were generated on a single-crystal Si substrate by a plasma method, and a diamond / Si radiator coated with a diamond film was produced by a plasma jet method. (First Step: Nucleation) Hydrogen gas and methane gas were blown onto a 2-inch (100) single-crystal Si substrate heated by a hot filament CVD method to perform a nucleation process. The conditions are as follows. Substrate: (100) single crystal Si 50φ × 1 mm Filament temperature: 2000 ° C. Substrate temperature: 700 ° C. Hydrogen flow rate: 400 sccm Methane flow rate: 10 sccm Gas pressure: 30 Torr Substrate bias: −200 V Nuclear generation time: 10 minutes

【0049】(第2ステップ:ダイヤモンド膜被覆)核
発生した(100)単結晶Si基板上にプラズマジェッ
トCVDにより膜厚8μmのダイヤモンド膜を被覆し
た。 基板: 核発生した(100)単結晶Si 50φ×1mm 基板温度: 850 ℃ 水素流量: 2 slm(=2000sccm) メタン流量: 45 sccm アルゴン流量: 5 slm(=5000sccm) ガス圧力: 5 Torr ダイヤモンド膜合成時間: 4 時間 ダイヤモンド膜厚: 8 μm
(Second Step: Diamond Film Coating) An 8 μm-thick diamond film was coated on the (100) single crystal Si substrate on which nuclei were generated by plasma jet CVD. Substrate: nucleated (100) single crystal Si 50φ × 1 mm Substrate temperature: 850 ° C. Hydrogen flow rate: 2 slm (= 2000 sccm) Methane flow rate: 45 sccm Argon flow rate: 5 slm (= 5000 sccm) Gas pressure: 5 Torr Diamond film synthesis Time: 4 hours Diamond film thickness: 8 μm

【0050】このダイヤモンド膜の熱伝導率は2000
W/m・Kであった。極めて高い熱伝導率である。Si
基板からダイヤモンド膜を分離せず、基板に付いたまま
のダイヤモンドを次のように加工した。ダイヤモンド被
覆Si基板をYAGレーザによって0.75mm×1.
5mmの長方形状に切断した。その周囲全面(表面、裏
面、側面)をTi、Pt、Auによってメタライズし
た。メタライズしたダイヤモンド被覆板に、AuSn合
金ロウ材を用いて、0.3mm×0.6mm×0.1m
mのInGaAsPからなる半導体レーザチップを、温
度290℃でロウ付けした。最適の条件を探るためにロ
ウ材の厚みを様々に変えた。この例では半導体レーザの
寸法が大きいので放熱板も少し大きくしてある。
The thermal conductivity of this diamond film was 2000
W / m · K. Extremely high thermal conductivity. Si
Without separating the diamond film from the substrate, the diamond remaining on the substrate was processed as follows. A diamond-coated Si substrate was 0.75 mm × 1.
It was cut into a 5 mm rectangular shape. The entire surface (front surface, back surface, side surfaces) around the periphery was metallized with Ti, Pt, and Au. 0.3mm × 0.6mm × 0.1m using AuSn alloy brazing material on metallized diamond coated plate
A semiconductor laser chip composed of m InGaAsP was brazed at a temperature of 290 ° C. The thickness of the brazing material was varied to find the optimal conditions. In this example, since the size of the semiconductor laser is large, the heat radiating plate is slightly enlarged.

【0051】こうして放熱板(Si単結晶+8μmダイ
ヤモンド膜)付きの半導体レーザが作製された。放熱性
がよいので今度は半導体レーザの出力を500mWとし
た。その条件でレーザ発振させ、熱応力を測定した。そ
の結果を表6に示す。
Thus, a semiconductor laser with a heat sink (Si single crystal + 8 μm diamond film) was manufactured. Because of good heat radiation, the output of the semiconductor laser was set to 500 mW. Laser oscillation was performed under these conditions, and the thermal stress was measured. Table 6 shows the results.

【0052】[0052]

【表6】 [Table 6]

【0053】試料26はロウ材が最も薄く、ロウ付け温
度から室温にまで降温する間に半導体レーザチップにク
ラックが発生した。ロウ材厚みが3μm〜8μmの試料
27〜30ではレーザ発振は安定であった。ダイヤモン
ド厚みは8μmであって放熱性はこれまでの実施例のど
れよりも優れている。最も好ましい実施例である。
Sample 26 was the thinnest brazing material, and cracks occurred in the semiconductor laser chip while the temperature was lowered from the brazing temperature to room temperature. Laser oscillation was stable in samples 27 to 30 having a brazing material thickness of 3 μm to 8 μm. The diamond thickness is 8 μm and the heat dissipation is better than any of the previous examples. This is the most preferred embodiment.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明による半導体レーザは、板状の基
体上に合成された膜厚3μm〜9μmの気相合成ダイヤ
モンドの放熱部品を使用し、この放熱部品と半導体レー
ザチップ2μm〜8μmの厚みのロウ材層によって接合
されているので、半導体レーザ素子が熱応力により破損
することがない。高出力で安定したレーザ発振を可能に
する。長距離幹線系送信のための高出力半導体レーザと
して最適である。
The semiconductor laser according to the present invention uses a heat-dissipating component of vapor-phase synthetic diamond having a thickness of 3 μm to 9 μm synthesized on a plate-like substrate, and the heat-dissipating component and a semiconductor laser chip having a thickness of 2 μm to 8 μm. The semiconductor laser device is not damaged by thermal stress. Enables high power and stable laser oscillation. It is optimal as a high-power semiconductor laser for long-distance trunk transmission.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体レーザの構造を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a semiconductor laser of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体レーザチップ 2 ロウ材層 3 メタライズ層 4 気相合成ダイヤモンド層 5 基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser chip 2 Brazing material layer 3 Metallized layer 4 Gas-phase synthetic diamond layer 5 Substrate

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】板状の基体と、基体の表面に形成された膜
厚が3μm〜9μmの気相合成ダイヤモンド層と、少な
くともダイヤモンド層の表面の一部を覆うように設けら
れるメタライズ層と、ダイヤモンド層、メタライズ層の
上に厚み2μm〜8μmのロウ材によって固定された半
導体レーザチップとよりなることを特徴とするダイヤモ
ンド放熱部品を備えた半導体レーザ。
1. A plate-like substrate, a gas-phase synthetic diamond layer having a thickness of 3 μm to 9 μm formed on the surface of the substrate, and a metallization layer provided so as to cover at least a part of the surface of the diamond layer. A semiconductor laser comprising a diamond heat radiating component, comprising: a semiconductor laser chip fixed on a diamond layer and a metallized layer by a brazing material having a thickness of 2 μm to 8 μm.
【請求項2】前記気相合成ダイヤモンドの室温から40
0℃までの熱伝導率が500W/m・K〜2000W/
m・Kである請求項1に記載のダイヤモンド放熱部品を
備えた半導体レーザ。
2. The method according to claim 1, wherein said diamond is from room temperature to room temperature.
Thermal conductivity up to 0 ° C is 500W / m · K to 2000W /
A semiconductor laser comprising the diamond heat radiating component according to claim 1, which has a m · K.
【請求項3】前記気相合成ダイヤモンドが基体に対して
ヘテロエピタキシャル成長したダイヤモンドである事を
特徴とする請求項1又は請求項2に記載のダイヤモンド
放熱部品を備えた半導体レーザ。
3. A semiconductor laser comprising a diamond heat radiating component according to claim 1, wherein said vapor phase synthetic diamond is a diamond heteroepitaxially grown on a substrate.
【請求項4】前記気相合成ダイヤモンドの面粗度を研磨
によりRmax50nm、Ra20nm以下にした請求
項1〜請求項3の何れかに記載のダイヤモンド放熱部品
を備えた半導体レーザ。
4. A semiconductor laser comprising a diamond heat radiating component according to claim 1, wherein the surface roughness of said vapor-phase synthetic diamond is reduced to Rmax 50 nm and Ra 20 nm or less by polishing.
【請求項5】前記基体の厚みが100μm〜1000μ
mである、請求項1〜請求項4の何れかに記載のダイヤ
モンド放熱部品を備えた半導体レーザ。
5. The substrate according to claim 1, wherein said base has a thickness of 100 μm to 1000 μm.
A semiconductor laser comprising the diamond heat radiating component according to any one of claims 1 to 4, which is m.
【請求項6】前記基体がSi、SiC、AlN、Cu、
Cu−Mo合金、Cu−W合金、Cu−Mo−W合金の
うちから選ばれた一つの材料からなる請求項1〜請求項
5のいずれかに記載のダイヤモンド放熱部品を備えた半
導体レーザ。
6. The substrate according to claim 1, wherein said substrate is Si, SiC, AlN, Cu,
A semiconductor laser comprising the diamond heat radiating component according to any one of claims 1 to 5, wherein the semiconductor laser is made of one material selected from a Cu-Mo alloy, a Cu-W alloy, and a Cu-Mo-W alloy.
【請求項7】前記ロウ材がAu、Ag、Ge、In、P
b、Si、Snのうちから選ばれた少なくとも一つの材
料からなる請求項1〜請求項6に記載のダイヤモンド放
熱部品を備えた半導体レーザ。
7. The brazing material is made of Au, Ag, Ge, In, P
7. A semiconductor laser comprising the diamond heat radiating component according to claim 1, comprising at least one material selected from the group consisting of b, Si, and Sn.
【請求項8】前記メタライズ層がAu、Mo、Ni、P
d、Pt,Tiのうちから選ばれた少なくとも一つの材
料からなる請求項1〜請求項7に記載のダイヤモンド放
熱部品を備えた半導体レーザ。
8. The metallized layer is made of Au, Mo, Ni, P
8. A semiconductor laser comprising the diamond heat radiating component according to claim 1, comprising at least one material selected from d, Pt, and Ti.
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