JP2004327982A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。特に、半導体レーザ素子をサブマウントに実装する半導体レーザ素子装置および半導体レーザ素子装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a semiconductor laser device in which a semiconductor laser device is mounted on a submount and a method of manufacturing the semiconductor laser device.
光半導体素子、特に半導体レーザは光情報処理や光通信分野での実用化が進んでいるが、両分野においてレーザの高出力化が求められている。しかし、高出力化が進めば素子の発熱等により信頼性の低下が問題となるため、高信頼性を確保できる素子構造や作製プロセスの開発が重要となっている。 Optical semiconductor elements, particularly semiconductor lasers, have been put into practical use in the fields of optical information processing and optical communication, and high output of lasers is required in both fields. However, if the output is increased, the reduction in reliability due to heat generation of the element becomes a problem. Therefore, it is important to develop an element structure and a manufacturing process that can ensure high reliability.
例えば、半導体レーザ素子の放熱を促進するため、ヒートシンクとなる熱伝導率の高い材料をベースとし、レーザ素子と熱膨張係数の近い材料をサブマウントとして、それぞれを順に重ねて固着する構造はよく知られている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
For example, in order to promote heat dissipation of a semiconductor laser device, a structure in which a material having a high thermal conductivity as a heat sink is used as a base, and a material having a thermal expansion coefficient close to that of the laser device is used as a submount, and the respective components are sequentially stacked and fixed is well known. (For example, see
図12は、従来の半導体レーザ装置の構成を示す側断面図である。図12に示すように、従来の半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子101とサブマウント102とベース103が積層された構成である。半導体レーザ素子101は、半導体積層体131と、裏面電極107と、表面電極106とを有する。活性層111が形成された半導体積層体131の一方の面にはパターニングされた複数の層よりなるパターン電極である表面電極106が形成されており、半導体積層体131の他方の面には複数の層よりなる裏面電極107が形成されている。なお、図中に半導体レーザ素子の発光点112を図示している。
FIG. 12 is a side sectional view showing a configuration of a conventional semiconductor laser device. As shown in FIG. 12, the conventional semiconductor laser device has a configuration in which a
また、サブマウント102は、電気絶縁材料132と表面電極108と半田層104と裏面電極109と半田層105とを有している。電気絶縁材料132の一方の面には複数の層よりなる表面電極108およびその上に半田層104が形成されており、他方の面には複数の層よりなる裏面電極109が形成され、さらに半田層105が形成されている。
The
また、ベース103は放熱体133とAuめっき層110とを有している。放熱体133の表面にはAuめっき層110が形成されている。
The
図10に示している半導体レーザ素子101とサブマウント102、および、サブマウント102とベース103は、それらの間の、半田層104および105が溶融して、固着されて、図12に示す半導体レーザ装置が形成される。
The
このような従来の半導体レーザ素子101の駆動電流が例えば数十mAから数百mAという大きな電流範囲である場合には、発熱量が大きくなるため、ベース103には、Niめっき上にAuめっきが形成された金属膜110等で被覆されたCu等の金属製放熱体が用いられる。さらに、サブマウント102は半田層104、105の溶融、固着といった接合工程および半導体レーザ装置動作時の発熱の影響を考慮して半導体レーザ素子101と熱膨張係数が近い材料が選択される。
When the driving current of such a conventional
半田層104に用いられる材料として、AuとSnとの合金(以下、AuSn合金という)、AgとSnとの合金(以下、AgSn合金という)、PbSn、AuSi、AuGe、AuZe、InSb等が一般に挙げられる。特に、AuSn合金については、耐食性、高温強度、耐熱衝撃性に優れ、また固有抵抗が小さい点から、半導体レーザ装置においては多く用いられている。
As a material used for the
特に、AuSn合金およびAgSn合金は、融点が低いため、低温で固着できるという効果も奏する。例えば、Auの融点は1063℃であるが、Snを含有させることにより、急激な融点の降下がみられ、Au(80wt%)−Sn(20wt%)の共晶組成において278℃の共晶点まで低下する。なお、Snの含有率がこれ以上になると融点は緩やかに上昇する傾向を示す。 In particular, since the AuSn alloy and the AgSn alloy have low melting points, they also have an effect that they can be fixed at a low temperature. For example, although the melting point of Au is 1063 ° C., a sharp decrease in the melting point is seen by adding Sn, and the eutectic point of 278 ° C. in the eutectic composition of Au (80 wt%) — Sn (20 wt%). Down to When the Sn content is higher than this, the melting point tends to increase gradually.
また、AgもSnを含有させることにより、急激な融点の降下がみられ、Ag(3.5wt%)−Sn(96.5wt%)の共晶組成において221℃の共晶点まで低下し、AgSn合金はAuSn合金よりも低温での実装が可能となる。なお、Snの含有率がこれ以上になると融点は緩やかに上昇する傾向を示す。 Ag also contains Sn, which causes a sharp drop in the melting point, and lowers the eutectic point of 221 ° C. in the eutectic composition of Ag (3.5 wt%) — Sn (96.5 wt%). The AgSn alloy can be mounted at a lower temperature than the AuSn alloy. When the Sn content is higher than this, the melting point tends to increase gradually.
半導体レーザ素子101の実装においては下記の理由により、より低温での固着が求められる。以下、AuSn合金をめっき層の材料とした場合について説明する。半導体レーザ素子101に設けられた表面電極106およびサブマウント102の表面に設けられた表面電極108は、主にその表面がAuを主成分とするめっき層からなるが、半田層104を介してこれらを加熱接合する際に、半田層104のAuSn合金とAuとがさらに合金化し一体化して固着される。接合後に室温まで温度を降下させる際、半導体レーザ素子101とサブマウント102との熱膨張係数の違いに起因する両材料の寸法変化に伴って、半導体レーザ素子101内部にストレスが蓄積される。これが半導体レーザ素子101内で歪となって、半導体レーザ素子101の信頼性を大きく低下させる。
In mounting the
そのため、サブマウント102の材料として熱膨張係数、ヤング率等の物性値が半導体レーザ素子101の材料の物性値に近いSiC、AlN、ダイヤモンドまたはMo等の材料が選択される。さらに、熱的ストレスを低減するため、より低温での固着が求められ、半田層104には、低融点半田材料が選択される対策がとられる。
Therefore, as the material of the
AuSn合金による半田層104と表面電極106、108との接合においては、これらが合金化したもののAuの総量に対するSnの含有率がAu(80wt%)−Sn(20wt%)の共晶組成となる場合に、最も低い融点での固着が可能となる。しかし、この共晶組成からのずれが発生した場合は逆に融点が上昇する。したがって、固着温度を最も低い融点に合わせて設定すると、半田層104、105のAuSn合金が溶融しないかあるいは溶融しても十分な固着強度が得られないことになる。これを回避するために、固着温度を上昇させると熱ストレスが増大して歪が発生する。これより、表面電極106、108と半田層104中のAuの総量に対するSnの含有率を制御することが重要である。
In the joining of the
ここで、AuSn合金による半田層104の形成方法について説明する。第1の形成方法は蒸着による方法であり、AuとSnをそれぞれ蒸着源として、Au層とSn層を交互に積層して所望の厚みまで形成する方法(例えば、特許文献3参照)と、予め組成制御がなされたAuSn合金を蒸着源として、AuSn層を所望の厚みまで形成する方法(例えば、特許文献4参照)とがある。これらの方法によれば、Au層とSn層の厚みや組成も、蒸着により可能な厚み精度で制御できる。
Here, a method for forming the
しかし、安定した固着強度を得るには半田層104の厚みは1μm以上であることが望ましく、所望の厚みを得るためには、成膜時間も長くなり、かつ、蒸着材料の量も多くなり、高価になるという問題点がある。
However, the thickness of the
第2の方法は、Au層とSn層をそれぞれめっきにて形成する方法であり、Auめっき層とSnめっき層を順に積層した後、加熱処理を行ってAuSn合金による半田層104を形成する場合や、固着させる半導体レーザ素子101とサブマウント102の対向面の一方にAuめっき層を、他方にSnめっき層を形成して両者を接触させた状態で加熱することにより固着させる場合等がある(例えば、特許文献5参照)。この方法によれば、短時間で厚い層を得ることができるため、蒸着による方法よりも安価にて半田層104を作製可能である。
The second method is a method in which the Au layer and the Sn layer are formed by plating, respectively. In the case where the Au plating layer and the Sn plating layer are sequentially laminated, and then the heat treatment is performed to form the AuSn
次に、サブマウント102上への半導体レーザ素子の実装について説明する。
Next, the mounting of the semiconductor laser device on the
一般に、サブマウント102上への半導体レーザ素子101の実装形態としては、半導体レーザ素子101の表面電極106側をサブマウント102上に固着させるJunction−down(以下、J−down)方式とすることが多い。半導体レーザ素子101において、活性層111は、表面電極106に近い側に形成されている。J−down方式は、発熱する活性層111に近い側の電極である表面電極106が放熱体であるベース103に近づくように、サブマウント102に固着させる構成である。これにより、活性層111での発熱をすみやかにサブマウント102に発散させることができる。そのため、半導体レーザ装置の放熱性を向上させることができる。
In general, the mounting mode of the
しかしながら、J−down方式の場合、発光点112を含む活性層111とサブマウント102との間隔が数μmしかないので、接合時に半田層104が溶融し、半導体レーザ素子101の側壁部に回り込んでショート不良を発生させたり、発光点112を覆ってレーザ光を遮ったりする問題がある。
However, in the case of the J-down method, since the distance between the
そのため、図10に示すように、半田層104の形成面積が半導体レーザ素子101の外形面積よりも小さくなるようにパターン状に形成される場合が多い。しかし、このような構造であっても、サブマウント102上に半導体レーザ素子101が配置されるときに位置ずれが生じると、半田層104の半田材料が、半導体レーザ素子101の側壁面へ回り込む可能性がある。
Therefore, as shown in FIG. 10, the
図11に、従来の他の半導体レーザ装置の固着前の各部品を示しているが、図11が図10と異なる点は、半田層104がサブマウント102の表面電極108上ではなく、半導体レーザ素子101の表面電極106上に形成されている点である。
FIG. 11 shows components of another conventional semiconductor laser device before being fixed. FIG. 11 differs from FIG. 10 in that the
図11のように、半導体レーザ素子101側に半田層104が形成される場合は、実装時に位置ずれが発生しても、半田層104の半田材料が、半導体レーザ素子101の側壁面へ回り込みにくい。また、半導体レーザ素子101として、二波長レーザ素子やGaNレーザ素子等を用いた場合は、表面電極106が、同じ厚みを持つ2つ以上のパターン電極からなり、それらの電極間隔が100μm程度と狭い。しかし、このような場合でも、半田層104が必要以上に拡がらないため、パターン電極の間隔に起因する短絡不良の発生を防止することができる。
As shown in FIG. 11, when the
さらに、半導体レーザ素子101側に半田層104が形成される場合の利点を、図13および図14を用いて説明する。図13(a)〜図13(c)はそれぞれサブマウント側に半田層が形成された場合の半導体レーザ素子の実装工程の一例を示す説明図である。
Further, advantages of the case where the
まず、図13(a)に示すように、サブマウント102は、ニードル状の吸着コレット129に保持されて、ベース103上の所定の位置に配置される。次に、図13(b)に示すように、半導体レーザ素子101は、別の吸着コレット130で保持されて、サブマウント102上の所定の位置に配置される。次に、図13(c)に示すように加熱して、半田層104および105の融点まで温度を上昇させることにより、半田層104および半田層105が同時に溶融されて、ベース103とサブマウント102と半導体レーザ素子101が同時に固着される。
First, as shown in FIG. 13A, the
図14(a)〜図14(d)はそれぞれ半導体レーザ素子側に半田層が形成された場合の半導体レーザ素子の実装工程の一例を示す説明図である。まず、図14(a)に示すように、サブマウント102は、ニードル状の吸着コレット129に保持されて、ベース103上の所定の位置に配置される。次に、図14(b)に示すように加熱して、半田層105の融点まで温度を上昇させることにより半田層105が溶融されて、ベース103とサブマウント102が固着される。次に、図14(c)に示すように、半導体レーザ素子101は、別の吸着コレット130で保持されて、サブマウント102上の所定の位置に配置される。次に、図14(d)に示すように加熱して、半田層104の融点まで温度を上昇させることにより半田層104が溶融されて、サブマウント102と半導体レーザ素子101が固着される。なお、まずサブマウント102に半導体レーザ素子101を固着してから、それを、ベース103に固着する手順で、半導体レーザ装置を作製してもよい。
FIGS. 14A to 14D are explanatory views illustrating an example of a mounting process of the semiconductor laser device when a solder layer is formed on the semiconductor laser device side. First, as shown in FIG. 14A, the
このような製造工程において、半導体レーザ素子101およびサブマウント102の固着において、融点まで温度を上昇させるときに、所定の位置からずれないように、吸着コレット129あるいは130にて10g程度の荷重を付与したまま加熱される場合が多い。
In such a manufacturing process, when fixing the
図14(a)〜図14(d)に示す方法によれば、図14(a)と図14(b)との工程および図14(c)と図14(d)との工程を別の位置で同時に行うことが可能である。それにより、図13(b)〜図13(c)に示す方法に比べ、生産効率が高いという利点がある。また、サブマウント102および半導体レーザ素子101がそれぞれ所定の位置に配置された後、すぐに固着されるため、位置精度が高いという利点もある。
According to the method shown in FIGS. 14 (a) to 14 (d), the steps of FIGS. 14 (a) and 14 (b) and the steps of FIGS. 14 (c) and 14 (d) are different. It is possible to do at the same time at the location. Thus, there is an advantage that the production efficiency is higher than the methods shown in FIGS. 13B to 13C. In addition, since the submount 102 and the
一方、かりに図13(a)に示すようにサブマウント102側に半田層104が形成されている場合に、まず、ベース103とサブマウント102とを固着してから、半導体レーザ素子101をサブマウントに固着すると、以下の問題が生じる。すなわち、サブマウント102上の半田層104表面が吸着コレット129にて保持された状態で、ベース103上の所定の位置に配置される。さらに、そのままの状態で加熱されるため、半田層105の溶融と同時に半田層104も溶融され、半田層104の表面に吸着コレット129の痕が形成され段差が発生する。また、吸着コレット129先端に半田材料が付着する等の問題がある。ベース103とサブマウント102との固着時に、半田層104が溶融されると、表面電極108中のAuが拡散されて融点が高くなったり、酸化されたりする。そのため、この後に半導体レーザ素子101が半田層104を介してサブマウント102上に固着されるときに要する温度が高くなるという問題がある。
On the other hand, when the
これらの問題を解決するために、半田層104と半田層105の半田材料をそれぞれ融点の異なる別の材料とすることや、同一半田材料の組成比を変更することが提案されているが(例えば、特許文献6および特許文献7参照)、これらの方法では、工程の増加に伴ってサブマウント102のコストが増加することや固着温度のばらつきや半田組成のばらつきが生じる可能性がある。
In order to solve these problems, it has been proposed that the solder materials of the solder layers 104 and 105 be different materials having different melting points, or that the composition ratio of the same solder material be changed (for example, In these methods, there is a possibility that the cost of the
一方、図14(a)〜図14(d)に示す方法のように半導体レーザ素子101側に半田層104が形成される場合は、対向するサブマウント102面上に半田層104が形成されないため、吸着コレット129にてサブマウント102が吸着・保持されたり、荷重を付与したまま加熱が行われても、半田層104に吸着コレットの痕がついたり、吸着コレットに半田層が付着したりすることはない。しかし、半田層104が形成された半導体レーザ素子101を、サブマウント102に実装することとした場合には、以下に示す問題が生じる。例えば、特許文献5に開示されているように、AuSn合金等の半田層104をめっき方法にて形成すると、蒸着方法に比べて短時間で厚い膜が得られるが、予め熱処理を行ってからAuSn合金層等が形成されるため工程数が多くなる。また、各層が厚いため、合金後の組成が層内で不均一となり、融点のばらつき、組成ばらつきやSnの偏析によるストレスの増大が問題となる。また、特許文献5では、Auめっき層とSnめっき層をそれぞれ薄くしたペア層を数回繰り返して形成し、トータルのSnめっき厚、Auめっき厚を制御する方法が提案されている。しかし、この方法は、蒸着の場合と同様に作業時間が長くなる。
On the other hand, when the
また、図11を用いて上述したように、半導体レーザ素子101側に半田層104が形成されているので、上記したように半導体レーザ素子101の側壁面への半田材料の回りこみ防止や、生産効率の高い実装方法の適用が可能となる等の有利な点があるが、その一方で、へき開加工において問題が生じる。
Further, as described above with reference to FIG. 11, since the
へき開加工とは、半導体レーザ素子101を作製する際に、複数の半導体レーザ素子101を一体で形成した後に、個々の半導体レーザ素子101に分割する作業のことである。以下に、図を用いて、へき開加工およびその際に生じる問題について説明する。図15(a)〜図15(c)は、それぞれ半導体レーザ素子のへき開加工を説明するための工程図である。図15(a)に示すように、半導体基板に活性層を含む複数の半導体層が順次積層されて、一体で形成された複数の半導体積層体131が形成されている。さらに、半導体積層体131に対して、半導体層が形成された側の表面に、半導体レーザ素子101(図11参照)の共振器長方向(図中のX方向)に沿って、半導体レーザ素子101の間隔ごとに複数のへき開用溝部121が等しい間隔をあけて相互に平行に形成される。次に、半導体積層体131の半導体層最上部全面にわたって、へき開領域を除く部位に格子状にパターン形成された表面電極106が設けられるとともに、半導体積層体131の裏面に裏面電極107が全面にわたって設けられる。表面電極106上には、さらにAuSn合金である半田層104が形成される。半田層104は表面電極106よりも狭い領域に形成されるため、表面電極106の一部が、半田層104を取り囲むように露出している。次に、半導体積層体131を、図中Y方向が長手方向となる長方形に切り出すために、短い複数のスクライブ傷122が長方形状の半導体積層体131の共振器長方向に沿った側縁に等しい間隔をあけて形成される。
The cleaving process is a process of forming a plurality of
続いて、図15(b)に示すように、長方形に切り出された半導体積層体131に設けられた各スクライブ傷122(図15(a)参照)を起点として、Y方向に、半導体積層体131、表面電極106および裏面電極107がそれぞれ一体となってへき開(一次へき開)されることにより、複数のバー状素子結合体123が得られる。
Subsequently, as shown in FIG. 15B, starting from each scribe flaw 122 (see FIG. 15A) provided on the
次に、図15(c)に示されるように、各バー状素子結合体123(図15(b)参照)が、へき開用溝部121に沿ってへき開(二次へき開)されることにより、複数の半導体レーザ素子101が得られる。
Next, as shown in FIG. 15 (c), each bar-like element assembly 123 (see FIG. 15 (b)) is cleaved (secondary cleavage) along the
各半導体レーザ素子101は、半導体積層体131の表面に表面電極106が設けられるとともに、裏面に裏面電極107が設けられ、さらに表面電極106上に半田層104が設けられたものである。また、表面電極106および裏面電極107間に電圧が印加されることによって、一次へき開面によって形成された端面からレーザ光が出射される。
Each of the
上記した工程において、一次へき開や二次へき開は通常、半導体積層体131表面に光を照射して、表面電極106領域とその他の領域との光の反射の差を利用したパターン認識が行なわれ、認識されたパターンからへき開角度やへき開位置が調整される。特に一次へき開において、半導体積層体131の結晶方向とへき開方向が一致しないと、へき開面が結晶面と一致しないため、端面に段差や傷が発生して端面ミラーとして機能しなかったり、レーザ光がけられたりして、特性が大幅に悪化する。
In the above process, the primary cleavage and the secondary cleavage are usually performed by irradiating the surface of the
そこで、表面電極106とその他の領域(例えば、半田層104)の反射率の差を大きくすることで、表面電極106の認識率を向上させている。例えば、表面電極106とその他の領域のどちらか一方の表面をエッチング液等により荒らして表面の平坦性を低下させる等の対策が行われている。
Therefore, the recognition rate of the
しかし、半田層104に用いられているAuSn合金は、平坦性が非常に高く、また、エッチング液に対する耐性が高いために、表面に凹凸を形成することが困難である。よって、表面電極106とその他の領域の明確な反射率の差が得られず、パターン認識をうまく行うことができないという問題がある。また、一次へき開工程以降についても、表面電極106の形状をパターン認識して位置決めや方向規正を行う工程が多く存在するため、同様の問題が生じる。
However, since the AuSn alloy used for the
一方、AuSn半田層は暗緑色であるので、その他の領域の表面層、例えばPtが露出した面との可視光下での色の差は明確である。そのため、色抽出等によってパターン認識を実施すればこれらの課題は解消される可能性がある。しかし、この方法では、認識性が不安定になるとともに、色識別機能を持つ装置は高価である。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、信頼性が高く、加工歩留および生産性を向上させることが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a semiconductor device having high reliability and capable of improving processing yield and productivity, and a method for manufacturing the same.
本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体素子に表面電極を形成する工程と、前記表面電極の一つの主面にめっきにより半田層を形成する工程と、サブマウントの主面に前記半田層が接するように、前記半導体素子を前記サブマウント上に載置する工程と、前記半田層を介して前記サブマウントと前記半導体素子とを固着する工程とを備えている。 According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming a surface electrode on a semiconductor element, a step of forming a solder layer on one main surface of the surface electrode by plating, and a step of forming the solder layer on a main surface of a submount A step of mounting the semiconductor element on the submount so that the layers are in contact with each other, and a step of fixing the submount and the semiconductor element via the solder layer.
また、本発明の半導体装置によれば、半田層を介して固着されたサブマウントと半導体素子とを有する半導体装置において、前記半導体素子のサブマウント側の主面に形成された表面電極と、前記表面電極上に、部分的に形成された半田層と、前記半田層上の全面に形成された被覆層とを備え、前記表面電極の一部が露出している。 Further, according to the semiconductor device of the present invention, in a semiconductor device having a submount and a semiconductor element fixed via a solder layer, a surface electrode formed on a main surface on a submount side of the semiconductor element; A solder layer partially formed on the surface electrode and a coating layer formed on the entire surface of the solder layer are provided, and a part of the surface electrode is exposed.
信頼性が高く、加工歩留および生産性を向上させることが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することができる。 It is possible to provide a semiconductor device having high reliability and capable of improving processing yield and productivity and a method for manufacturing the same.
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、半導体素子に表面電極を形成する工程と、前記表面電極の一つの主面にめっきにより半田層を形成する工程と、サブマウントの主面に前記半田層が接するように、前記半導体素子を前記サブマウント上に載置する工程と、前記半田層を介して前記サブマウントと前記半導体素子とを固着する工程とを備えている。そのため、低温での半導体装置の作製が可能である。また、吸着コレットによる痕等が半田層に残ることがなく、吸着コレットに半田が付着することもない。さらに、半導体素子の側壁部への半田層の回り込みがない。これらのことから、半導体装置の信頼性が低下することがない。 According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, a step of forming a surface electrode on a semiconductor element, a step of forming a solder layer by plating on one main surface of the surface electrode, A step of mounting the semiconductor element on the submount so that the solder layer is in contact with the semiconductor element; and a step of fixing the semiconductor element to the submount via the solder layer. Therefore, a semiconductor device can be manufactured at a low temperature. In addition, no trace of the suction collet remains on the solder layer, and no solder adheres to the suction collet. Furthermore, there is no wraparound of the solder layer on the side wall of the semiconductor element. For these reasons, the reliability of the semiconductor device does not decrease.
また、好ましくは、前記サブマウントと前記半導体素子とを固着させる際に、前記サブマウントには半田層が形成されていない。それにより、吸着コレットによる痕等が半田層に残ることがなく、吸着コレットに半田が付着することもない。また、半導体素子の側壁部への半田層の回り込みがない
また、好ましくは、前記半田層は、前記表面電極に部分的に形成され、前記表面電極は、露呈した箇所を有し、前記半導体素子を前記サブマウント上に載置する前に、前記半田層上に、前記表面電極とは平坦性が異なる被覆層を形成している。それにより、表面電極および被覆層のパターン認識が容易に行なうことができ、半導体素子を高精度で位置決めできる。また、半導体素子作製時のへき開工程を容易に行なうことができる。
Preferably, when the submount is fixed to the semiconductor element, a solder layer is not formed on the submount. As a result, no trace of the suction collet remains on the solder layer, and no solder adheres to the suction collet. In addition, preferably, the solder layer does not wrap around the side wall portion of the semiconductor element. Preferably, the solder layer is partially formed on the surface electrode, and the surface electrode has an exposed portion, Before mounting on the submount, a coating layer having a flatness different from that of the surface electrode is formed on the solder layer. Thereby, the pattern recognition of the surface electrode and the coating layer can be easily performed, and the semiconductor element can be positioned with high accuracy. Further, the cleavage step at the time of manufacturing the semiconductor element can be easily performed.
また、好ましくは、前記半田層は、AuとSnとの合金を含んでいる。それにより、低温での半導体素子の実装が可能である。そのため、固着時に半導体素子が熱により歪むことがなく、半導体素子の信頼性が低下することがない。 Preferably, the solder layer contains an alloy of Au and Sn. Thereby, the semiconductor element can be mounted at a low temperature. Therefore, the semiconductor element is not distorted by heat at the time of fixing, and the reliability of the semiconductor element does not decrease.
また、好ましくは、前記AuとSnとの合金のめっきである半田層を形成後に、前記半田層の表面に、Auリッチ層をめっきにより形成し、前記Auリッチ層の表面を荒らすためのエッチング処理をする。それにより、半田層の表面の平坦性を低くすることができ、容易に、半導体素子のパターン認識を行なうことができる。なお、Auリッチ層の表面粗さは、0.01μm以上であればよい。望ましくは、0.05μm以上である。 Preferably, after forming a solder layer, which is a plating of an alloy of Au and Sn, an Au-rich layer is formed on the surface of the solder layer by plating, and an etching process for roughening the surface of the Au-rich layer is performed. do. Thus, the flatness of the surface of the solder layer can be reduced, and the pattern of the semiconductor element can be easily recognized. Note that the surface roughness of the Au-rich layer may be 0.01 μm or more. Desirably, it is 0.05 μm or more.
また、好ましくは、前記AuとSnとの合金のめっきである前記半田層を、めっき液中に浸した前記表面電極に電流を流すことで形成し、前記めっき液中での電流密度を調整することで、前記AuとSnとの合金の組成を変化させ、前記半田層の表面に被覆層である、Auリッチ層を形成する。それにより、容易に、Auリッチ層を形成することができる。 Preferably, the solder layer, which is a plating of an alloy of Au and Sn, is formed by applying a current to the surface electrode immersed in a plating solution to adjust a current density in the plating solution. Thus, the composition of the alloy of Au and Sn is changed, and an Au-rich layer, which is a coating layer, is formed on the surface of the solder layer. Thereby, an Au-rich layer can be easily formed.
また、好ましくは、前記エッチング処理後の前記Auリッチ層の厚みが、0.02μm以上である。それにより、半田層が酸化することを防止することができる。 Preferably, the thickness of the Au-rich layer after the etching treatment is 0.02 μm or more. Thereby, oxidation of the solder layer can be prevented.
また、好ましくは、前記Auリッチ層は、Auの含有率が90wt%以上である。それにより、Auリッチ層の表面に十分な凹凸が形成される。そのため、容易に、半導体素子のパターン認識を行なうことができる。 Preferably, the Au-rich layer has an Au content of 90 wt% or more. Thereby, sufficient irregularities are formed on the surface of the Au-rich layer. Therefore, pattern recognition of the semiconductor element can be easily performed.
また、好ましくは、前記エッチング処理は、前記Auリッチ層をヨードと水との混合液に含浸して、前記Auリッチ層の表面を荒らす工程とする。それにより、Auリッチ層の平坦性を低くすることができる。 Preferably, the etching treatment is a step of impregnating the Au-rich layer with a mixture of iodine and water to roughen the surface of the Au-rich layer. Thereby, the flatness of the Au-rich layer can be reduced.
また、好ましくは、前記半田層は、AgとSnとの合金を含んでいる。それにより、低温での半導体装置の作製が可能であり、それにより、固着時に半導体素子が熱により歪むことがなく、半導体素子の信頼性が低下することがない。 Preferably, the solder layer contains an alloy of Ag and Sn. Thus, a semiconductor device can be manufactured at a low temperature, whereby the semiconductor element is not distorted by heat at the time of fixing, and the reliability of the semiconductor element does not decrease.
また、好ましくは、前記AgとSnとの合金のめっきである半田層を形成後に、
前記半田層の表面に、Auリッチ層を形成し、前記Auリッチ層の表面を荒らすためのエッチング処理をする。それにより、半田層の表面の平坦性を低くすることができ、容易に、半導体素子のパターン認識を行なうことができる。
Preferably, after forming a solder layer, which is a plating of an alloy of Ag and Sn,
An Au-rich layer is formed on the surface of the solder layer, and an etching process is performed to roughen the surface of the Au-rich layer. Thus, the flatness of the surface of the solder layer can be reduced, and the pattern of the semiconductor element can be easily recognized.
また、前記Auリッチ層をめっきにより形成してもよい。 Further, the Au-rich layer may be formed by plating.
また、前記Auリッチ層を蒸着により形成してもよい。 Further, the Au-rich layer may be formed by vapor deposition.
また、好ましくは、前記エッチング処理後の前記Auリッチ層の厚みが、0.02μm以上である。それにより、半田層が酸化することを防止することができる。 Preferably, the thickness of the Au-rich layer after the etching treatment is 0.02 μm or more. Thereby, oxidation of the solder layer can be prevented.
また、好ましくは、前記Auリッチ層は、Auの含有率が90wt%以上である。それにより、Auリッチ層の表面に十分な凹凸が形成される。そのため、容易に、半導体素子のパターン認識を行なうことができる。 Preferably, the Au-rich layer has an Au content of 90 wt% or more. Thereby, sufficient irregularities are formed on the surface of the Au-rich layer. Therefore, pattern recognition of the semiconductor element can be easily performed.
また、前記半導体素子を前記サブマウント上に載置する工程の前に、ベースと前記サブマウントとをベース用半田層で固着する工程を有することとしてもよい。 Further, before the step of mounting the semiconductor element on the submount, a step of fixing the base and the submount with a solder layer for a base may be included.
また、好ましくは、前記ベース用半田層は、前記サブマウントと前記ベースの一方に形成され、前記サブマウントと前記ベースの他方には、前記ベース用半田層がAuとSnとの合金を含む場合にはAuを、前記ベース用半田層がAgとSnとの合金を含む場合にはAgを含むめっき層が形成されていて、前記ベースと前記サブマウントとを固着させるために、前記ベース用半田層および前記めっき層が溶融するように加熱する。それにより、半導体素子とサブマウントとを固着させる半田層と、サブマウントとベースとを固着させるベース半田層とを同一の材料を用いたとしても、それらの溶融温度が異なるので、それぞれの固着工程をべつべつに行うことができる。そのため、効率よく作業をすることができ、作業効率が高まる。 Preferably, the base solder layer is formed on one of the submount and the base, and the other of the submount and the base includes the base solder layer containing an alloy of Au and Sn. In the case where the base solder layer contains an alloy of Ag and Sn, a plating layer containing Ag is formed, and in order to fix the base and the submount, the base solder layer is formed. Heat so that the layer and the plating layer are melted. Thus, even if the same material is used for the solder layer for fixing the semiconductor element and the submount and the base solder layer for fixing the submount and the base, their melting temperatures are different. Can be performed individually. Therefore, work can be performed efficiently, and work efficiency increases.
また、前記半田層を介して前記サブマウントと前記半導体素子とを固着する工程の後に、ベースと前記サブマウントとをベース用半田層で固着する工程を有することとしてもよい。 After the step of fixing the submount and the semiconductor element via the solder layer, the method may further include a step of fixing the base and the submount with a base solder layer.
また、前記半導体素子は半導体レーザ素子としてもよい。 Further, the semiconductor element may be a semiconductor laser element.
また、好ましくは、前記表面電極は、前記半導体レーザ素子において、活性層が形成された側に形成する。それにより、放熱効率の高い半導体装置を作製できる。 Preferably, the surface electrode is formed on a side of the semiconductor laser device on which an active layer is formed. Thus, a semiconductor device with high heat dissipation efficiency can be manufactured.
また、好ましくは、前記表面電極を形成する工程において、前記表面電極を複数の層構造とし、前記表面電極のうちの少なくとも一つの層として、前記半導体素子内部に拡散することを防ぐためのバリア層を形成する工程をさらに備える。それにより、信頼性の高い半導体装置を作製できる。 Preferably, in the step of forming the surface electrode, the surface electrode has a plurality of layer structures, and as at least one of the surface electrodes, a barrier layer for preventing diffusion into the inside of the semiconductor element. The method further includes the step of forming Thus, a highly reliable semiconductor device can be manufactured.
本発明の半導体装置によれば、高精度の位置決めがなされているので、信頼性が高い。 According to the semiconductor device of the present invention, high-precision positioning is performed, so that the reliability is high.
また、好ましくは、前記半田層は、AuとSnとの合金を含み、Auの総量に対するSnの含有率が20wt%近傍である。それにより、サブマウントと半導体素子とが、低温で固着されている。そのため、半導体装置は、信頼性が高い。 Preferably, the solder layer contains an alloy of Au and Sn, and the content of Sn relative to the total amount of Au is around 20 wt%. Thus, the submount and the semiconductor element are fixed at a low temperature. Therefore, the semiconductor device has high reliability.
また、好ましくは、前記半田層は、AgとSnとの合金を含み、Agの総量に対するSnの含有率が95wt%近傍である。それにより、サブマウントと半導体素子とが、低温で固着されている。そのため、半導体装置は、信頼性が高い。 Preferably, the solder layer contains an alloy of Ag and Sn, and the content of Sn with respect to the total amount of Ag is around 95 wt%. Thus, the submount and the semiconductor element are fixed at a low temperature. Therefore, the semiconductor device has high reliability.
また、前記被覆層は、Auリッチ層よりなる。それにより、半導体素子の、高精度の位置決めがなされている。そのため、半導体装置の信頼性が高い。 The coating layer is made of an Au-rich layer. Thereby, high-precision positioning of the semiconductor element is performed. Therefore, the reliability of the semiconductor device is high.
また、好ましくは、前記Auリッチ層は、Auの含有率が90wt%以上である。それにより、Auリッチ層の表面に十分な凹凸が形成されている。そのため、半導体素子の、高精度の位置決めがなされ、半導体装置の信頼性が高い。 Preferably, the Au-rich layer has an Au content of 90 wt% or more. Thereby, sufficient irregularities are formed on the surface of the Au-rich layer. Therefore, the semiconductor element is positioned with high accuracy, and the reliability of the semiconductor device is high.
また、好ましくは、前記表面電極上における前記半田層の形成領域は、前記半導体素子の前記表面電極が形成されている面の内側である。それにより、半導体素子の側壁部への半田層の回り込みがなく、半導体素子の信頼性を低下させることがない。 Also, preferably, the formation region of the solder layer on the surface electrode is inside a surface of the semiconductor element on which the surface electrode is formed. This prevents the solder layer from wrapping around the side wall of the semiconductor element, and does not reduce the reliability of the semiconductor element.
また、前記半導体素子は半導体レーザ素子としてもよい。 Further, the semiconductor element may be a semiconductor laser element.
また、好ましくは、前記半導体レーザ素子において、レーザ光を発する活性層は、前記表面電極側に形成されている。それにより、発熱をする活性層が、サブマウウントに近づく構成となるので、それにより、放熱効率が高い。 Preferably, in the semiconductor laser device, an active layer that emits laser light is formed on the surface electrode side. Thereby, the active layer that generates heat is configured to approach the submount, so that the heat radiation efficiency is high.
また、好ましくは、放熱体であるベースをさらに備え、前記ベース上にサブマウントと前記半導体素子が順次積層され、固着されている。それにより、放熱効率が高い。 Preferably, a base as a heat radiator is further provided, and a submount and the semiconductor element are sequentially laminated and fixed on the base. Thereby, heat radiation efficiency is high.
また、好ましくは、前記表面電極は複数の層構造であり、前記表面電極のうちの少なくとも一つの層が、前記半田層に含まれる金属が、前記半導体素子内部に拡散することを防ぐためのバリア層である。それにより、半導体素子の信頼性の低下を防ぐことができる。 Preferably, the surface electrode has a multilayer structure, and at least one of the surface electrodes has a barrier for preventing metal contained in the solder layer from diffusing into the semiconductor element. Layer. Thereby, it is possible to prevent a decrease in the reliability of the semiconductor element.
以下、本発明のさらに具体的な実施形態について説明する。 Hereinafter, more specific embodiments of the present invention will be described.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る半導体装置およびその製造方法について、図を用いて説明する。なお、実施の形態1では、本発明の半導体装置として、サブマウントに半導体レーザ素子を実装した構成の半導体レーザ装置を例示するが、本発明は、これに限定されるわけではなく、サブマウントに他の半導体素子が実装されている構成の半導体装置であってもよい。
(Embodiment 1)
First Embodiment A semiconductor device according to a first embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described with reference to the drawings. In the first embodiment, a semiconductor laser device having a configuration in which a semiconductor laser element is mounted on a submount is illustrated as the semiconductor device of the present invention. However, the present invention is not limited to this. A semiconductor device having a configuration in which another semiconductor element is mounted may be used.
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体レーザ装置の積層構造を示す側断面図である。実施の形態1の半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子1、サブマウント2およびベース3を備え、半田層4で半導体レーザ素子1とサブマウント2とを固着し、半田層5でサブマウント2とベース3とを固着することで形成されている。
FIG. 1 is a side sectional view showing a laminated structure of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor laser device according to the first embodiment includes a
半導体レーザ素子1は、共振器長800μm、チップ幅300μm、厚み100μmの高出力赤色半導体レーザであり、活性層11を含む半導体層が形成された側である表面側が、サブマウント2と固着されるJunction−down(以下、J−downとする)組立方式となっている。J−down方式は、活性層11に近い側の電極である表面電極6を、サブマウント2と固着させる構成である。そのため、発熱する活性層11が、放熱体であるベース3により近づく構成となるため、半導体レーザ装置の放熱効率が高くなる。
The
また、半導体レーザ素子1は、半導体積層体20と、表面電極6と、半田層4と、裏面電極7を有する。半導体積層体20の表面側には、表面から、0.05μmの厚さのCr層6a、0.1μmの厚さのPt層6b、0.05μmの厚さのAu層6c、3μmの厚みのAuSn合金を主な主成分とした半田層4がこの順に積層されている。なお、半田層4に含まれる、AuおよびSn以外の成分は、例えばCuやZn等とすればよい。
In addition, the
ここで、Cr層6a、Pt層6bおよびAu層6cは、半導体レーザ素子1表面に全面形成されて、表面電極6を形成している。また、AuSn合金を含む半田層4は、半導体レーザ素子1の表面の四辺からそれぞれ20μm内側に形成されている。ただし、半田層4の形状は矩形に限らず、島状、くし状でもよい。また、Pt層6bは、半田層4中のAuおよびSn、さらにAu層6c中のAuが半導体レーザ素子1中に拡散するのを防止するバリア層の役割も果たしている。
Here, the
また、半田層4は、Auの総量に対するSnの含有率が20%近傍となるように組成制御がなされている。また、半導体レーザ素子1の裏面には複数層からなる裏面電極7が全面に形成されている。
The composition of the
半田層4の厚みは、1μm〜10μmの範囲が好ましい。1μm未満では、半導体レーザ素子1とサブマウント2との間に十分な接着強度を得ることが難しい。また、半田層4の厚みが10μmを超えると、半導体レーザ素子1の実装時に、半導体レーザ素子1の側壁部に半田材料が回りこむ懸念がある。1μm〜10μmの厚さであれば、十分な接着力を有し、さらに、半導体レーザ素子1の側壁部に半田材料が回り込むこともない。
The thickness of the
さらに、半田層4を、半導体レーザ素子1の表面の四辺からそれぞれ20μm内側の領域内に形成すれば、実装時の半田材料のはみ出しが発生しない。また、半田層4は、実装時の半田材料のはみ出しが発生しない範囲に形成すればよく、例えば、半導体レーザ素子1の表面の四辺からそれぞれ10μm内側であっても構わない。半田層4のパターン形状が大きければ、サブマウント2との接着面積が大きくなるため、放熱性をより向上させることが可能となる。
Furthermore, if the
また、半田層4においてAuの総量に対するSnの含有率は20wt%近傍が好ましく、この場合は、300℃以下の低温での実装が可能となる。なお、Auの総量に対するSnの含有率が18wt%〜26wt%の範囲であっても、半導体レーザ素子1の実装温度を350℃以下とすることができる。
Further, the content of Sn with respect to the total amount of Au in the
サブマウント2は、高熱伝導性の電気絶縁材料21と、表面電極8と裏面電極9と半田層5を有する。例えば、電気絶縁材料21は、SiCからなり、厚みは300μmである。サブマウント2の半導体レーザ素子1が固着される側の表面には、表面電極8が形成されている。表面電極8は、Ti層8a、Pt層8bおよびAu層8cで構成されていて、サブマウント2の表面から、0.1μmの厚さのTi層8a、0.2μmの厚さのPt層8b、0.05μmの厚さのAu層8cがこの順に積層されている。また、サブマウント2のベース3に固着される側(裏面)には、裏面電極9が形成され、さらに、半田層5が形成されている。裏面電極9は、Ti層9a、Pt層9bおよびAu層9cから構成されている。サブマウント2の裏面から、0.1μmの厚さのTi層9a、0.2μmの厚さのPt層9b、0.05μmの厚さのAu層9c、3μm厚のAuSn合金を含む半田層5がこの順に積層されている。これらは裏面の全面に形成されている。ここで、半田層5は、AuSn合金以外の半田を用いてもよく、また、Agペースト等であっても構わない。
The
また、ベース3はCu等の放熱体22と金属膜10を有する。放熱体22の表面には、2μm厚のNiめっき上に、0.2μm厚のAu層が被覆されて構成された金属膜10が形成されている。
The
なお、半導体レーザ装置以外の半導体装置であっても、サブマウントおよびベースは、半導体素子の熱を放熱する働きがある。例えば、半導体装置が、GaAs電子デバイスであった場合には、サブマウントとしてAINやAl2O3等を用いる。 Note that even in a semiconductor device other than the semiconductor laser device, the submount and the base have a function of radiating heat of the semiconductor element. For example, when the semiconductor device is a GaAs electronic device, AIN, Al 2 O 3 or the like is used as a submount.
以下に実施の形態1におけるAuSn合金の半田層4の形成手順について図2を用いて説明する。活性層11を含む半導体層が形成された半導体積層体20の表面全面に、EB蒸着にてCr層6a、Pt層6b、Au層6cを所定の膜厚にて順次成膜する。その後、レジストを塗布してマスク露光し、開口パターンを形成する。ここで、レジストパターンの開口形状は、矩形のほか、必要に応じて、島状、くし状等であってもよく、限定されていない。
The procedure for forming the AuSn
次に、3点噴流式ウエハめっき装置を用いて、レジスト開口パターンが形成された表面電極6表面にAuSn合金よりなる半田層4を3μmの厚みになるまで形成する。
Next, a
その後、レジストパターンを除去し、さらに、ヨードと水の混合液であるエッチング液にて、エッチングを行う。例えば、ヨードと水とが1:1の割合で混合されたエッチング液を用いればよい。その結果、半田層4で覆われていない部分のAu層6cが除去され、Pt層6bが表面に露出する。
Thereafter, the resist pattern is removed, and etching is further performed using an etching solution that is a mixture of iodine and water. For example, an etchant in which iodine and water are mixed at a ratio of 1: 1 may be used. As a result, the portion of the
一方、半田層4にて覆われていた部分のAu層6cはそのまま残り、かつ半田層4はエッチング液にて変質することはない。以上の方法によって、表面電極6および半田層4が形成される。
On the other hand, the portion of the
なお、AuSn合金を含む半田層4の形成に用いられるめっき液には、例えば、Auの錯化剤として亜硫酸ナトリウムが含まれるシアンフリーの亜硫酸錯体が用いられる。半田層4は、例えば、めっき液の流速が15L/分、電流密度が0.4A/dm2、めっき浴温が35℃、pHが9.0というめっき条件で形成することができる。なお、めっき浴温およびpHは、レジスト膜への影響を考慮して決定される。なお、めっき条件は上記記載の条件に限られるものではない。
As the plating solution used for forming the
前記めっき条件で作製した半田層4のSnの含有率は21wt%、すなわち、Au(79wt%)−Sn(21wt%)の組成であった。また、成膜レートは10μm/時であった。さらに、半田層4は、きわめて平滑、かつ緻密であり、暗緑色の鏡面光沢を呈した。また、X線回折での評価によって、AuSnとAu5Snのみの混合物であることが確認された。また、得られた半田層4は、280℃付近で瞬時に溶解し、優れた溶融性が得られた。また、溶融後もAuSnとAu5Snしか検出されず、Au単体やSn単体のピークはみられず、Snの偏析等の無い安定したAuSn合金が形成されていることが確認された。
The Sn content of the
なお、半田層4の濡れ性を向上させるために半田層4の下面にNi等の層を設けてもかまわない。この場合は、NiとSnの相互拡散により、Au−Sn−Ni合金層が形成される。
Note that a layer of Ni or the like may be provided on the lower surface of the
以上のように、めっきプロセスにて半田層4の合金中の組成を予め制御しているので、半導体レーザ素子1とサブマウント2との固着温度を低く安定化させることができる。
As described above, since the composition of the
また、実施の形態1においてAuSn合金の代りにAgSn合金により半田層4を形成してもよい。AgSn合金を用いることで実装温度をAuSn合金の場合よりも下げることができ、実装時の半導体レーザ素子1に加わる歪をさらに低減できる。そのため、半導体レーザ素子1の信頼性をさらに向上させることが可能となる。
In the first embodiment, the
なお、AgSn合金をめっきする場合は、AuSn合金の場合と同様に、3点噴流式ウェハめっき装置を用いて、レジスト開口パターンが形成された表面電極6表面にAgSn合金めっき層を3μmの厚みになるまで形成する。
When plating the AgSn alloy, similarly to the case of the AuSn alloy, the AgSn alloy plating layer is formed to a thickness of 3 μm on the surface of the
AgSn合金を含む半田層4の形成に用いられるめっき液には、Agの錯化剤として亜硫酸ナトリウムが含まれるシアンフリーの亜硫酸錯体が用いられる。AgSn合金めっき層は、例えば、めっき液の流速が10L/分、電流密度が3A/dm2、めっき浴温が25℃、pHが9.0というめっき条件で形成できる。めっき浴温およびpHは、レジスト膜への影響を考慮して決定される。なお、めっき条件は上記記載の条件に限定されるものではない。
As a plating solution used for forming the
上記めっき条件で作製された半田層4のSnの含有率は96wt%、すなわち、Ag(4wt%)−Sn(96wt%)の組成であった。また、成膜レートは10μm/時であった。なお、AgとSnとを含む半田層4において、Agの総量に対するSnの含有率が95wt%近傍が望ましい。このような場合に、半田層4の急激な融点の降下がみられる。
The Sn content of the
なお、実施の形態1では、半田層4、5の合金半田めっき材料としてAuSnあるいはAgSnを用いたが、予め組成の制御された合金めっき材料であれば同様の効果が得られる。例えば、PbSn、InSn、AuGe、AuSi等の合金半田材料を用いればよい。 In the first embodiment, AuSn or AgSn is used as the alloy solder plating material for the solder layers 4 and 5. However, similar effects can be obtained with an alloy plating material whose composition is controlled in advance. For example, an alloy solder material such as PbSn, InSn, AuGe, or AuSi may be used.
図3は、実施の形態1に係る他の半導体レーザ装置各部品の積層構造を示す側断面図である。図3に示す半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子1に共振器長600μm、チップ幅500μm、厚み100μmのGaN青色半導体レーザを用いている点が、図2の半導体レーザ装置と異なる。そのため、表面電極が、p型電極6pとn型電極6nの2つに分割されている。それぞれの電極上に、半田層4p、4nが形成されている。半導体積層体20の表面側には、表面から、0.05μmの厚さのCr層6ap、6anと、0.1μmの厚さのPt層6bp、6bnと、0.05μmの厚さのAu層6cp、6cnと、3μmの厚みのAuSn合金よりなる半田層4p、4nが形成されている。これらp型電極6pとn型電極6nの間隔は、175μmである。
FIG. 3 is a side sectional view showing a laminated structure of each component of another semiconductor laser device according to the first embodiment. The semiconductor laser device shown in FIG. 3 differs from the semiconductor laser device of FIG. 2 in that a GaN blue semiconductor laser having a resonator length of 600 μm, a chip width of 500 μm, and a thickness of 100 μm is used for the
また、サブマウント2の半導体レーザ素子1側に形成された表面電極も、p型電極8pとn型電極8nの2つに分割されている。電気的絶縁材料21の表面側には、表面から、0.1μmの厚さのTi層8ap、8anと、0.2μmの厚さのPt層8bp、8bnと、0.05μmの厚さのAu層8cp、8cnが形成されている。このように、表面電極が、2つに分割されたp型電極6pとn型電極6nであっても、前述のように、厚みが1μm〜10μmの範囲となるように半田層4p、4nが形成されているので、半導体レーザ素子1とサブマウント2とを固着させても半田層4p、4nの広がりが少ないので、p型電極6pとn型電極間6nでの短絡不良が生じない。
The surface electrode formed on the side of the
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る半導体レーザ装置およびその製造方法について説明する。
(Embodiment 2)
Second Embodiment A semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described.
実施の形態2の半導体レーザ装置は、半田層4の表面にさらにAuリッチ層を備えた点が実施の形態1の半導体レーザ装置と異なり、それ以外は、同様の構成である。
The semiconductor laser device according to the second embodiment is different from the semiconductor laser device according to the first embodiment in that an Au-rich layer is further provided on the surface of the
実施の形態2の半導体レーザ装置は、半田層4を認識しやすくするための加工を行っている。実施の形態1で説明した方法で形成したAuSn合金を含む半田層4の表面は暗緑色の光沢性を有しており、また、エッチング液によって変質されることが無いため、その他の領域の表面層であるPt層6bに比べて平坦性に差がない。そのため、半導体レーザ素子を作製時に、複数の半導体レーザ素子を一体で形成し、個々の半導体レーザ素子に分割する際(へき開工程)に、電極パターン認識ができなかった。そこで、半田層4とPt層6b表面とのパターン認識を容易にするために、半田層4とPt層6bとの平坦性に差異を設けることが好ましい。
In the semiconductor laser device according to the second embodiment, processing is performed to make the
ここで、めっき表面の平坦性を制御する従来の一般的な方法について説明する。めっき表面の光沢はめっき結晶の粒子サイズに依存しているため、光学的に十分な程の微粒子化が促進されると、平坦性が高くなり、光の乱反射の小さい表面が得られる。さらに、めっき結晶の微粒子化は、金属イオンの電極への到達数が多いことにより達成される。金属イオンの電極への到達数を増加させるためには、めっき浴中での電流密度を増大させればよい。例えば、電極に流す電流を増加させたり、めっき浴中の金属イオンの濃度を上げる等すればよい。また、吸着性の高い有機物イオンをめっき液中に添加することによっても、金属イオンの電極への到達を促進することができる。さらに、めっき結晶の結晶調整効果を有する添加剤を使用することで、半光沢で平滑な小さな結晶粒径を有するAuSn合金の結晶が得られる。 Here, a conventional general method for controlling the flatness of the plating surface will be described. Since the gloss of the plating surface depends on the particle size of the plating crystal, if the fine particles are sufficiently optically promoted, the flatness becomes higher and a surface with less diffuse reflection of light is obtained. Further, the fineness of the plating crystal can be achieved by increasing the number of metal ions reaching the electrode. In order to increase the number of metal ions reaching the electrode, the current density in the plating bath may be increased. For example, the current flowing through the electrode may be increased, or the concentration of metal ions in the plating bath may be increased. In addition, the addition of organic ions having a high adsorptivity to the plating solution can also promote the arrival of metal ions at the electrode. Further, by using an additive having an effect of adjusting a crystal of a plating crystal, a crystal of an AuSn alloy having a semi-glossy, smooth and small crystal grain size can be obtained.
上述のように、めっき浴中での電流密度の低減やめっき液中の添加物量を低減するよう調整して、めっき結晶の粒子サイズを大きくし、AuSn合金を含む半田層表面に凹凸を形成することができる。 As described above, by adjusting the current density in the plating bath or the amount of the additive in the plating solution to be reduced, the particle size of the plating crystal is increased, and the unevenness is formed on the surface of the solder layer containing the AuSn alloy. be able to.
上述の方法を用いて、Au(79wt%)−Sn(21wt%)の組成を有した半田層を得ることができた。さらに、その表面凹凸を増大させることができ、周囲のPt層に対する平坦性が低くできる。その結果、前述のへき開工程や、半導体レーザ素子1の実装等の以降の工程にて問題なくパターン認識を行うことができる。
Using the above method, a solder layer having a composition of Au (79 wt%)-Sn (21 wt%) was obtained. Furthermore, the surface irregularities can be increased, and the flatness with respect to the surrounding Pt layer can be reduced. As a result, pattern recognition can be performed without any problem in the above-described cleavage step and subsequent steps such as mounting of the
しかし、実施の形態1の半導体レーザ装置のAuSn合金を含む半田層が、280℃にて安定して溶融されたのに対し、この方法による半田層では、同一組成でありながら、340℃まで温度を上げないと溶融することができず、濡れ性も低かった。これは、AuSn合金内のめっき結晶の粒子サイズのばらつきに起因するものと考えられる。つまり、上述の金属イオンの電極への到達数を減少させる方法で、AuSn合金めっき層表面の凹凸を増大させると、低融点半田層を形成することができない。 However, while the solder layer containing the AuSn alloy of the semiconductor laser device according to the first embodiment was stably melted at 280 ° C., the solder layer according to this method had the same composition and temperature up to 340 ° C. Unless raised, melting could not be achieved and wettability was low. This is considered to be due to the variation in the particle size of the plating crystals in the AuSn alloy. That is, if the surface roughness of the AuSn alloy plating layer is increased by the above-described method of reducing the number of metal ions reaching the electrode, a low melting point solder layer cannot be formed.
そこで発明者らは、以下に示す方法によって、AuSn合金を含む半田層4の最表面とPt層6bとの平坦性に差を設けた。図4および図5は、本発明の実施の形態2に係る半導体レーザ装置の半田層の側断面図の一例を示している。
Therefore, the inventors made a difference in flatness between the outermost surface of the
図4に示す構成は、以下の方法によって形成される。実施の形態1と同様の方法にて、レジストパターン膜が形成された半導体積層体20を作製したのち、3点噴流式ウエハめっき装置を用いてAuSn合金を含む半田層4を、2.8μmの厚みになるまで形成した。その後、半導体積層体20を浸漬したまま、例えば、0.4A/dm2であった電流密度を、0.1A/dm2程度に下げる。それにより、AuSn合金を含む半田層4上に、0.2μmの厚みのAuリッチ層25を形成した。なお、Auリッチ層25とは、Auの含有率が、少なくとも、80wt%以上である層である。得られたAuリッチ層25は、表面は薄い金色の光沢性を有している。Auリッチ層25はSnの含有率が3wt%のAu(97wt%)−Sn(3wt%)であり、ほぼAuの組成が得られた。
The structure shown in FIG. 4 is formed by the following method. After manufacturing a
その後、レジスト膜を除去し、さらに、ヨードと水の混合液であるエッチング液にて、エッチングを行った。例えば、ヨードと水とが1:1の割合で混合されたエッチング液を用いればよい。このとき、EB蒸着で形成されたAu層6cが除去されるとともに、Auリッチ層25の表面からの厚さおよそ0.1μmがエッチングされた。したがって、Auリッチ層25は、0.1μm残るとともに、その表面には凹凸が形成された。
Thereafter, the resist film was removed, and etching was further performed using an etching solution that was a mixture of iodine and water. For example, an etchant in which iodine and water are mixed at a ratio of 1: 1 may be used. At this time, the
Cr層6aとPt層6bが全面に形成され、その上のAu層6cと半田層4は同一形状にてパターン状に形成され、その最表面は、凹凸を有するAuリッチ層25となっている。Auリッチ層25は凹凸を有しているため、周囲のPt層6bに比べて平坦性が低く、一次へき開工程および半導体レーザ素子1の実装工程等において、容易にパターン認識を行うことができる。
The
なお、Auリッチ層25のSnの含有率が10wt%、すなわち、Au(90wt%)−Sn(10wt%)を超えると、エッチング液にてエッチングを行っても、表面に十分な凹凸を形成することができず、必要なパターン認識率を得ることが難しくなる。したがって、Auリッチ層25のAuの含有率は、90wt%以上が好ましい。 If the content of Sn in the Au-rich layer 25 exceeds 10 wt%, that is, exceeds Au (90 wt%)-Sn (10 wt%), sufficient irregularities are formed on the surface even when etching is performed with an etchant. And it becomes difficult to obtain a required pattern recognition rate. Therefore, the Au content of the Au-rich layer 25 is preferably 90 wt% or more.
また、半田層4は、Au(79wt%)−Sn(21wt%)の組成を有しており、Auリッチ層25を含む全体の組成制御がなされているため、Auリッチ層25が形成されていない場合と同様に安定して280℃で溶融した。これは、Auリッチ層25が形成された半田層4が、実施の形態1と同じく均一に形成された粒子サイズの小さいめっき結晶であるために溶融ばらつきが発生しなかったと考えられる。
Also, the
また、同一めっき作製工程中にめっき条件を変更することで、組成と加工性に優れためっき層を得ることができる。なお、めっき電流値を変更することで、めっき条件を変更することができる。 Also, by changing the plating conditions during the same plating production step, a plated layer having excellent composition and workability can be obtained. The plating conditions can be changed by changing the plating current value.
なお、酸化防止のためには、エッチングにより表面を荒らした後のAuリッチ層25の厚みは少なくとも0.02μm以上であることが好ましい。これより薄い膜厚では、Auリッチ層25が島状に形成され、酸化防止の役目を果たさない可能性がある。 In order to prevent oxidation, the thickness of the Au-rich layer 25 after the surface is roughened by etching is preferably at least 0.02 μm or more. If the film thickness is smaller than this, the Au-rich layer 25 is formed in an island shape, and may not function to prevent oxidation.
また、Auリッチ層25のAuの含有率が高ければ高いほど、表面に十分な凹凸を形成することができるため好ましい。当然、Auリッチ層25の代りに、AuのみからなるAuめっき層26を用いても構わない。この場合は、蒸着等ではなく別のAuめっき装置に浸漬されることが望ましい。つまり、図5に示すように、組成が単一のAuSn合金を含む半田層4を形成したのち、連続してAuのみを含むAuめっき液を用い、AuのみからなるAuめっき層26を形成すればよい。これは、同一のレジスト膜を被覆したまま、両方の膜(半田層4およびAuめっき層26)を形成することが可能なためである。
In addition, the higher the Au content of the Au-rich layer 25 is, the more preferable the unevenness can be formed on the surface. Naturally, instead of the Au-rich layer 25, an
また、蒸着により、Auめっき層26を形成する場合には、Au層で被覆されたレジスト膜をリフトオフ等の方法によって後から除去する必要がある。また、本方法によって得られた層についても、図4に示すAuリッチ層25形成の場合と同様の溶融性とパターン認識性を得ることができた。
When the
このように、Auリッチ層25またはAuめっき層26を最表面に設けることにより、酸化されやすいSnを含むAuSn合金を含む半田層4の耐環境性を向上させることが可能となり、めっき形成後から時間経過しても、直後に溶融させた場合と同等の溶融性を得ることができる。
As described above, by providing the Au-rich layer 25 or the
半田層4がAuSn合金を含んでいる場合について上述したが、以下に、半田層4がAgSn合金を含んでいる場合について説明する。AgおよびSnはともに酸化されやすい材料である。そのため、半田層4がAgSn合金を含んでいる場合は、半田層4の最表面にAuリッチ層25を設けることで、特に大きな酸化防止効果を得ることができる。したがって、半田層4形成後に時間が経過しても、直後に溶融させた場合と同等の溶融性を得ることができ、接着強度のばらつきを低減することが可能となる。
Although the case where the
また、最表面のAuリッチ層25は、上述したAuSn合金からなる半田層4の場合と同様に、半田層4に形成した後ヨードと水の混合液であるエッチング液にてエッチングを行い、表面に凹凸を設けることが好ましい。それにより、周囲のPt層6bに比べて平坦性が低く、一次へき開工程および半導体レーザ素子1の実装工程等において、容易にパターン認識を行うことができる。
The Au-rich layer 25 on the outermost surface is formed on the
なお、Auリッチ層25をエッチングする場合には、Auリッチ層25のAuの含有率が90wt%よりも小さいと、表面に十分な凹凸を形成することができず、必要なパターン認識率を得ることが難しいため、Auリッチ層25のAuの含有率は90wt%以上が望ましい。 When the Au-rich layer 25 is etched, if the Au content of the Au-rich layer 25 is less than 90 wt%, sufficient irregularities cannot be formed on the surface, and a required pattern recognition rate is obtained. Therefore, the Au content of the Au-rich layer 25 is desirably 90 wt% or more.
また、AgSn合金を含む半田層4の酸化防止のためには、エッチングにより表面を荒らした後のAuリッチ層25の厚みは少なくとも0.02μm以上であることが望ましい。これより薄い膜厚では、Auリッチ層25が島状に形成され、酸化防止の役目を果たさない可能性がある。
In order to prevent the oxidation of the
また、Auリッチ層25のAuの含有率が高ければ高いほど、表面に十分な凹凸を形成することができるため好ましい。また、上述したAuSn合金からなる半田層4の場合と同様に、Auリッチ層25の代りに、AuのみからなるAuめっき層26を用いても構わない。この場合は、蒸着により形成するか、またはAuめっき装置に浸漬することでAuめっき層26を形成することが望ましい。
In addition, the higher the Au content of the Au-rich layer 25 is, the more preferable the unevenness can be formed on the surface. Further, similarly to the case of the
なお、実施の形態2では、半田層4の合金半田めっき材料としてAuSnおよびAgSn合金を用いたが、予め組成の制御された合金めっき材料であれば同様の効果が得られる。例えば、AuGe、AuSi等の合金半田材料を用いればよい。
In the second embodiment, AuSn and AgSn alloys are used as the alloy solder plating material of the
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3では、実施の形態1または実施の形態2に係る半導体レーザ装置の製造方法について、図を用いて説明する。なお、ここでは、サブマウントに半導体レーザ素子を実装した半導体装置の製造例を説明するが、本発明はこれに限定されるわけではなく、サブマウントに他の半導体素子が実装されている構成の半導体装置の製造方法にも適用できる。
(Embodiment 3)
In the third embodiment of the present invention, a method for manufacturing the semiconductor laser device according to the first or second embodiment will be described with reference to the drawings. Here, an example of manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor laser element is mounted on a submount will be described. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to a method for manufacturing a semiconductor device.
図6は実施の形態3における半導体レーザ装置組立装置の構成を示す平面図である。図7は、半導体レーザ装置組立装置のテープの拡大斜視図である。テープ搬送ライン50上を、金属製のテープ100が移動している。なお、テープ100は、図6においては、右から左に移動している。テープ100上には、図7に示しているようにベース3が複数個載せられていて、テープ100が、移動することで、各ベース3が搬送される。
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a semiconductor laser device assembling apparatus according to the third embodiment. FIG. 7 is an enlarged perspective view of a tape of the semiconductor laser device assembling apparatus. A
サブマウント移載アーム54の先端には、サブマウント吸着コレット29が設置されている。サブマウント移載アーム54は可動であり、サブマウント吸着コレット29は、テープ100の上のサブマウント固着位置53、サブマウント認識位置52およびサブマウント供給位置51へと移動することができる。また、レーザ素子移載アーム58の先端には、レーザ素子吸着コレット30が設置されている。レーザ素子移載アーム58は可動であり、レーザ吸着コレット30は、テープ100上のレーザ素子固着位置57、レーザ素子認識位置56およびレーザ素子供給位置55へと移動することができる。また、サブマウント2および半導体レーザ素子1の方向認識を行うためのカメラ59aおよび59bが設置されている。
A
また、サブマウント固着位置53およびレーザ素子固着位置57には、めっきによる半田層を溶融するための加熱機構が設置されている。
Further, a heating mechanism for melting the solder layer by plating is installed at the
半導体レーザ装置組立装置による半導体レーザ装置の組立手順について、図8および図9を参照しながら説明する。図8(a)〜図8(c)および図9(a)〜図9(c)は、それぞれ半導体レーザ装置組立装置による半導体レーザ装置の組立工程を説明する平面図である。 The procedure for assembling the semiconductor laser device by the semiconductor laser device assembling apparatus will be described with reference to FIGS. 8 (a) to 8 (c) and FIGS. 9 (a) to 9 (c) are plan views illustrating the steps of assembling the semiconductor laser device by the semiconductor laser device assembling apparatus.
図8(a)に示すように、一番先頭であるベース3がサブマウント固着位置53に到達すると、サブマウント吸着コレット29がサブマウント供給位置51に移動して、サブマウント2を、サブマウント吸着コレット29にてピックアップする。なお、サブマウント吸着コレット29は、サブマウント移載アーム54が移動することで移動する。
As shown in FIG. 8A, when the
図8(b)に示すように、サブマウント吸着コレット29は、サブマウント2を保持して、サブマウント認識位置52に移動する。サブマウント認識位置52で、サブマウント吸着コレット29にて保持されたサブマウント2の方向認識を、CCDあるいはイメージセンサ等を搭載したカメラ59aにより行う。
As shown in FIG. 8B, the
サブマウント吸着コレット29は、サブマウント2を保持して、図8(c)に示しているように、サブマウント固着位置53に移動し、サブマウント固着位置53に到達しているベース3上の所定位置にサブマウント2を配置する。そして、サブマウント吸着コレット29にて、ベース3方向(下方向)に、サブマウント2は、15gの荷重が付与される。その状態で、サブマウント固着位置53に設置された加熱機構によって、サブマウント2およびベース3は310℃まで加熱され、サブマウント2の半田層5とベース3表面を覆うAuめっき層10は互いに溶融し、反応してサブマウント2とベース3が固着される。このとき、サブマウント2のサブマウント吸着コレット29側は、表面はめっき層が形成されていない表面電極8であるため、加熱によって変形せず、サブマウント吸着コレット29の痕等も形成されない。なお、ベース3とサブマウント2の固着温度を310℃としたが、サブマウント2の固着温度がこれより高くても、半導体レーザ素子1の信頼性には影響しないため、めっき層の材料や組成、固着温度については特に制約はない。
The
1番目のベース3とサブマウント2が固着されると、テープ100はピッチ送りされ、2番目のベース3がサブマウント固着位置に到達し、上記動作が繰り返される。
When the
また、図9(a)に示すように、サブマウント2が固着されたベース3が、レーザ素子固着位置57に到達すると、レーザ素子吸着コレット30は、レーザ素子供給位置55に移動して、半導体レーザ素子1を、レーザ素子吸着コレット30にてピックアップする。なお、レーザ素子吸着コレット30は、レーザ素子移載アーム58が移動することで移動する。
As shown in FIG. 9A, when the
半導体レーザ素子1を保持しているレーザ素子吸着コレット30は、図9(b)に示すように、レーザ素子認識位置56に移動する。レーザ素子認識位置56で、レーザ素子吸着コレット30に保持された半導体レーザ素子1の方向認識を、CCDあるいはイメージセンサ等を搭載したカメラ59bにより行う。
The laser-
さらに、図9(c)に示すように、レーザ素子吸着コレット30は、半導体レーザ素子1を保持して、レーザ素子固着位置57に移動し、レーザ素子固着位置57に到達しているサブマウント2上の所定位置に半導体レーザ素子1を配置する。
Further, as shown in FIG. 9C, the laser
半導体レーザ素子1が、実施の形態2に示したように、Auリッチ層25またはAuめっき層26を有する場合は、表面が荒らされているため、光の強度差によるパターン認識が可能である。したがって、問題なく位置決めおよび方向規正を行うことができる。
When the
サブマウント2の所定位置に半導体レーザ素子1が配置されると、レーザ素子吸着コレット30にて、サブマウント2方向(下方向)に、半導体レーザ素子1に対して、10gの荷重が付与される。その状態で、レーザ素子固着位置57に設置された加熱機構によって、サブマウント2、ベース3および半導体レーザ素子1は、310℃に加熱され、半導体レーザ素子1の半田層4が溶融し、サブマウント2のAu層8cと半田層4は互いに反応してサブマウント2と半導体レーザ素子1を固着する。このとき、レーザ素子吸着コレット30にて保持された、半導体レーザ素子1の裏面電極7は、加熱によって変質することはない。
When the
また、半田層4が半導体レーザ素子1に形成されているため、半導体レーザ素子1の位置ずれが生じたとしても、半田層4が半導体レーザ素子1の側面に回り込むことがない。
Further, since the
また、ベース3とサブマウント2を固着しているAuSn合金よりなる半田層5は半導体レーザ素子1とサブマウント2とを固着しているAuSn合金よりなる半田層4よりもAuの含有率が高く、融点が高い状態となっているため、この場合の加熱によって再溶融することはない。なお、ベース3とサブマウント2との固着時に、半田層5には金属膜10からAuが溶け出して、半田層5の融点は高くなるため、半田層4と半田層5とは、もとは同じ組成であってもよい。
The
これ以降同様に、サブマウント2とベース3との固着作業、および、半導体素子1とサブマウント2との固着作業が並列して順次行われ、実施の形態1または実施の形態2の半導体レーザ装置が作製される。
Thereafter, similarly, the fixing work between the
このような製造方法によれば、ベース3上へのそれぞれの部品であるサブマウント2および半導体レーザ素子1の固着が、別々に確実に行えるとともに、不要なめっき層の溶融は発生しない。また、ひとつの組立装置内で並行して動作を行うことができるので、短時間で、安定した温度により、正確な位置精度で半導体レーザ装置を組立ることが可能となる。
According to such a manufacturing method, the
なお、このような半導体レーザ装置組立装置を実際に作製し、作動させた場合の半導体レーザ装置の組立に要する時間は、10秒/個であった。一方、図13(a)〜図13(c)に示したベース103上にサブマウント102と半導体レーザ素子101を連続して配置し、その後、同時に加熱する従来の方法を用いた装置では、27秒/個であった。したがって、組立速度を約1/3に低減することができた。
The time required for assembling the semiconductor laser device when such a semiconductor laser device assembling device was actually manufactured and operated was 10 seconds / piece. On the other hand, in an apparatus using a conventional method in which the
なお、実施の形態3では半田層4、5に、AuSn合金めっきを用いた場合について説明したが、実施の形態1の場合と同様にAgSnを用いてもよい。その場合には、金属膜10がAgを含むこととするのが望ましい。それにより、ベース3とサブマウント2との固着時に半田層5には、金属膜10からAgが溶け出して、半田層5の融点が高くなる。したがって、半田層4と半田層5とが同じ組成であっても、それぞれの固着工程を別々に行うことができる。
In the third embodiment, the case where AuSn alloy plating is used for the solder layers 4 and 5 has been described. However, AgSn may be used as in the case of the first embodiment. In that case, it is desirable that the
また、実施の形態3において、ベース3とサブマウント2、サブマウント2と半導体レーザ素子1とを別々に組立てているが、必要に応じてベース3、サブマウント2および半導体レーザ素子1を同時に固着してもよい。また、サブマウント2と半導体レーザ素子1とを半田層4を介して固着した後に、ベース3とサブマウント2とを半田層5を介して固着してもよい。
In the third embodiment, the
また、実施の形態3において、サブマウント2および半導体レーザ素子1をサブマウント吸着コレット29およびレーザ素子吸着コレット30にて保持、加圧しているが、これらサブマウント吸着コレット29およびレーザ素子吸着コレット30は、サブマウント2および半導体レーザ素子1の移動にのみ使用し、別の機構により、サブマウント2および半導体レーザ素子1の位置規正や固定を行ってもかまわない。
In the third embodiment, the
なお、実施の形態1〜3では半導体レーザ素子1をサブマウント2上に設置する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、サブマウント上に素子を固着してなる半導体装置およびその製造方法に広く適用することができる。
In the first to third embodiments, the case where the
また、本発明の実施形態1〜3において、サブマウント2の、半導体レーザ素子1に対向する面には、めっき層は形成されていないが、必要に応じて形成されていてもかまわない。
In the first to third embodiments of the present invention, a plating layer is not formed on the surface of the
本発明の実施形態1〜3に係る半導体装置は、信頼性が高く、低コストで製造できる。また、本発明の実施形態1〜3に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の加工歩留および生産性を向上させることが可能である。 The semiconductor devices according to the first to third embodiments of the present invention have high reliability and can be manufactured at low cost. Further, according to the semiconductor device manufacturing methods according to the first to third embodiments of the present invention, it is possible to improve the processing yield and productivity of the semiconductor device.
なお、実施の形態で具体的に示した、材料や構造は、あくまでも一例であり、本発明はこれらの具体例のみに限定されるものではない。 The materials and structures specifically described in the embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to these specific examples.
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体装置の加工歩留および生産性を向上させることが可能なので、様々な半導体装置を製造する際に用いることができる。 The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention can improve the processing yield and productivity of the semiconductor device, and can be used when manufacturing various semiconductor devices.
1 半導体レーザ素子
2 サブマウント
3 ベース
4 半田層
5 半田層
6 表面電極
6a、6ap、6an Cr層
6b、6bp、6bn Pt層
6c、6cp、6cn Au層
7 裏面電極
8 表面電極層
8a、8ap、8an Ti層
8b、8bp、8bn Pt層
8c、8cp、8cn Au層
9 裏面電極
9a Ti層
9b Pt層
9c Au層
10 金属膜
11 活性層
12 発光点
6p、8p p型電極
6n、8n n型電極
20 半導体積層体
21 電気絶縁材料
22 放熱体
25 Auリッチ層
26 Auめっき層
29 サブマウント吸着コレット
30 レーザ素子吸着コレット
50 テープ搬送ライン
51 サブマウント供給位置
52 サブマウント認識位置
53 サブマウント固着位置
54 サブマウント移載アーム
55 レーザ素子供給位置
56 レーザ素子認識位置
57 レーザ素子固着位置
58 レーザ素子移載アーム
59a、59b カメラ
100 テープ
101 半導体レーザ素子
102 サブマウント
103 ベース
104 半田層
105 半田層
106 表面電極
107 裏面電極
108 表面電極
109 裏面電極
110 金属膜
111 活性層
112 発光点
120 半導体積層体
121 へき開用溝部
122 スクライブ傷
123 バー状素子結合体
129 吸着コレット
130 吸着コレット
131 半導体積層体
132 電気絶縁材料
133 放熱体
1
Claims (31)
前記表面電極の一つの主面にめっきにより半田層を形成する工程と、
サブマウントの主面に前記半田層が接するように、前記半導体素子を前記サブマウント上に載置する工程と、
前記半田層を介して前記サブマウントと前記半導体素子とを固着する工程とを備えた半導体装置の製造方法。 Forming a surface electrode on the semiconductor element;
Forming a solder layer by plating on one main surface of the surface electrode,
Mounting the semiconductor element on the submount so that the solder layer is in contact with the main surface of the submount,
Fixing the submount and the semiconductor element via the solder layer.
前記半導体素子を前記サブマウント上に載置する前に、前記半田層上に、前記表面電極とは平坦性が異なる被覆層を形成する、請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 The solder layer is partially formed on the surface electrode, and the surface electrode has an exposed portion,
3. The manufacturing of the semiconductor device according to claim 1, wherein a covering layer having a flatness different from that of the surface electrode is formed on the solder layer before the semiconductor element is mounted on the submount. 4. Method.
前記半田層の表面に、Auリッチ層をめっきにより形成し、
前記Auリッチ層の表面を荒らすためのエッチング処理をする、請求項4に記載の半導体装置の製造方法。 After forming a solder layer, which is a plating of an alloy of Au and Sn,
Forming an Au-rich layer on the surface of the solder layer by plating;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein an etching process is performed to roughen the surface of the Au-rich layer.
前記めっき液中での電流密度を調整することで、前記AuとSnとの合金の組成を変化させ、
前記半田層の表面に被覆層である、Auリッチ層を形成する、請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 Forming the solder layer, which is a plating of an alloy of Au and Sn, by passing a current through the surface electrode immersed in a plating solution;
By adjusting the current density in the plating solution, the composition of the alloy of Au and Sn is changed,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein an Au-rich layer, which is a coating layer, is formed on a surface of the solder layer.
前記半田層の表面に、Auリッチ層を形成し、
前記Auリッチ層の表面を荒らすためのエッチング処理をする、請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 After forming a solder layer, which is a plating of an alloy of Ag and Sn,
Forming an Au-rich layer on the surface of the solder layer;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein an etching process is performed to roughen the surface of the Au-rich layer.
前記サブマウントと前記ベースの他方には、前記ベース用半田層がAuとSnとの合金を含む場合にはAuを、前記ベース用半田層がAgとSnとの合金を含む場合にはAgを含むめっき層が形成されていて、
前記ベースと前記サブマウントとを固着させるために、前記ベース用半田層および前記めっき層が溶融するように加熱する、請求項16に記載の半導体装置の製造方法。 The base solder layer is formed on one of the submount and the base,
The other of the submount and the base contains Au when the base solder layer contains an alloy of Au and Sn, and Ag when the base solder layer contains an alloy of Ag and Sn. Containing plating layer is formed,
17. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein heating is performed so that the base solder layer and the plating layer are melted in order to fix the base and the submount.
ベースと前記サブマウントとをベース用半田層で固着する工程を有する、請求項4または請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 After the step of fixing the submount and the semiconductor element via the solder layer,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising a step of fixing the base and the submount with a base solder layer.
前記表面電極のうちの少なくとも一つの層として、前記半導体素子内部に拡散することを防ぐためのバリア層を形成する工程をさらに備える、請求項1ないし請求項20のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 In the step of forming the surface electrode, the surface electrode has a plurality of layer structures,
21. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of forming, as at least one layer of the surface electrodes, a barrier layer for preventing diffusion into the inside of the semiconductor element. Production method.
前記半導体素子のサブマウント側の主面に形成された表面電極と、
前記表面電極上に、部分的に形成された半田層と、
前記半田層上の全面に形成された被覆層とを備え、
前記表面電極の一部が露出していることを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device having a submount and a semiconductor element fixed via a solder layer,
A surface electrode formed on the main surface on the submount side of the semiconductor element,
On the surface electrode, a solder layer partially formed,
A coating layer formed on the entire surface of the solder layer,
A semiconductor device, wherein a part of the surface electrode is exposed.
前記ベース上にサブマウントと前記半導体素子が順次積層され、固着されている、請求項22ないし請求項29のいずれかに記載の半導体装置。 It further includes a base that is a radiator,
30. The semiconductor device according to claim 22, wherein the submount and the semiconductor element are sequentially stacked and fixed on the base.
前記表面電極のうちの少なくとも一つの層が、前記半田層に含まれる金属が、前記半導体素子内部に拡散することを防ぐためのバリア層である、請求項22ないし請求項30のいずれかに記載の半導体装置。 The surface electrode has a multilayer structure,
31. The semiconductor device according to claim 22, wherein at least one of the surface electrodes is a barrier layer for preventing a metal contained in the solder layer from diffusing into the semiconductor element. Semiconductor device.
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