JPS60157284A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体装置、特に熱放射性に優れ、安定した性
能の得られる半導体装置に関する。

〔発明の背景〕

半導体装置の一例である半導体レーザ素子は、最近特に
光通信の分野で注目されている。これは半導体以外の発
光素子に比べて出力レベルが低い点を除けば、（１）低
電力駆動が可能、（２）直接変調が可能、（３）高効率
化が可能、（４）長寿命化が可能、（５）小形、軽量化
が可能、という種々の利点を有することに基づく。半導
体レーザ素子は例えばＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡ’ＲＡ
ｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等で代表されるような■−■族化合
物や、ＰｂＳＳｅ、Ｐｂ５ｎＴｅ等で代表されるような
ＩＶ−Ｖｌ族化合物のごとき半導体単結晶材料からなり
、この材料中に形成されたＰｎ接合に順方向電流を流し
、この際注入されたキャリヤの再結合により発光させ、
これにより生じた光の一部を反射鏡によって接合近傍の
発光領域中に帰還し、この帰還光がさらにキャリヤの再
結合を促進して新たな発光を促す、誘導放出過程をくり
返すことによってレーザ発振に至らしめようとするもの
である。

この種の半導体レーザ素子の高率化をはかるためには、
レーザ発振に至るしきい値電流を下げることが有効であ
るが、このためには注入電流によって励起されたキャリ
ヤを発光領域に有効に閉じ込めることや誘導放出光を有
効に閉じ込め、光子とキャリヤの相互作用され促進せし
める必要がある。しかし、このような方策を施してもな
お発振しきい値電流密度は、例えば室温で連続発振させ
る場合には１〜３　Ｋ　Ａ　／　ｃ♂程にも及ぶため、
当然のことながら接合部の発熱を伴なうこととなり、安
定的にレーザ発振さらるには半導体レーザ基体を効率的
に冷却、又は半導体レーザ基体で生じた熱を効率的に放
散させる必要がある。同時に、半導体レーザ素子の動作
及び休止にともなう発熱及び冷却のサイクルにより、半
導体レーザ基体と同基体を搭載するための支持部材との
間に両部材の熱膨張係数差に基づく熱歪によって接着界
面の熱疲労破壊、例えば接着層におけるクラックの発生
に至る。このような接着層は半導体レーザ基体の主要な
放熱経路の一部を兼ねでいること及び電気的な導体領域
を兼ねていて、レーザ基体自身の過熱、通電不能を生ず
るため、安定的なレーザ発振を続けることが困難となる
。

上述の問題点を克服するため、従来は第１図に示すよう
に、鋼材等からなる金属支持部材１上に熱伝導性に優れ
かつ半導体レーザ基体２と熱膨張係数が略近似したダイ
ヤモンド条片のごとき中間部材３を介して半導体レーザ
基体２を接着する構造がとられていた。この際、半導体
レーザ基体２は、レーザ素子と受光素子あるいはレーザ
素子と受光素子の間を中継する光フアイバケーブルとの
光結合を容易にするため、中間部材３の端部３１に載置
されるとともに、放熱効率を高めるため発熱源となるｐ
ｎ接合部２１が放熱路に近くなるように配置され、ろう
材を用いて接着される。中間部材３には金属化層３２が
設けられ中間部材３に対する接着強度が保持されると同
時にろう材に対するぬれ性が付与されている。中間部材
３は一般にＡｕ−８ｉｙ　Ａｕ−Ｇｅ、Ａｕ−５ｎの如
き金糸ソルダやＰ　ｂ　−Ｓ　ｎ系はんだの如き材料に
より金属支持部材１上にろう付けされている。又、半導
体レーザ基体２には導電路構成部材５や当該部材５と半
導体レーザ基体２との電気的機械的接続を可能にする電
極層及び半導体レーザ基体２と中間部材３との電気的及
び機械的接続をするためろう材に対するぬれ性を付与す
る電極層が設けられている。半導体レーザ基体２と中間
部材３の間のろう材は上記ろう材と同質同系の物が用い
られる。

更に、中間部材３上には上記半導体レーザ基体２以外に
導電路構成部材５に電気接続するための中継金属板６が
半導体レーザ基体２と同様に接着されている。

半導体レーザ基体２は通常エピタキシャル成長法や拡散
法によってｐｎ接合を形成される関係上、発光領域は基
体の厚さ方向における中央部ではなく、表面に極めて近
い部分に形成される。ところが、放熱効率を高めるのに
半導体レーザ基体２のｐｎ接合が形成されている側の面
を上述の中間部材３上にろう付けする構造をとるため、
次のような問題を生ずる。問題点の第１は半導体レーザ
基体２のろう付けによってレーザ光放出部の光路がしゃ
断される点、そして問題点の第２はレーザ光放出部が理
想的な反射面となるように壁開面で形成されていてｐｎ
接合が露出しているため同接合がろう材により短絡され
る点である。このような問題を生ずる原因は、半導体レ
ーザ基体２、中間部材３の間のろう材接着部端部に放出
され、ろう材が盛上ることによる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上述の問題点を改善し、性能の安定した
半導体装置を歩留りよく製造することの可能な構造を有
する半導体装置を提供することである。

〔発明の概要〕

上記目的を達成する本発明半導体装置は、互いに対向し
た一対の主面と上記両主面に対して直角な側面を有する
半導体基体が、互いに対向した一対の主面と上記両主面
に対して略直角な少なくとも１の側面を有する無機質絶
縁体又は無機質半導体からなる中間部材上に、半導体基
体と中間部材の側面が略同一平面上に位置するようにろ
う材を用いて接着された部分を有し、中間部材の側面の
少なくとも接着部の近傍に、上記ろう材に対するぬれ性
が付与された領域を具備していることを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下１本発明を実施例を用いて詳紬に説明する。

第２図は本発明の一実施例の半導体レーザ素子を示す。

図において、第１図と同一ないし同等の部分には第１図
と同、じ符号を用い、詳しい説明は省略する。

第２図において、金めつきを施した銅支持部材１上に、
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ上にエピタキシャル成長により形成され
たＧ　ａ　Ａ　（ｌ　Ａ　ｓを含む半導体レーザ基体２
　（０，３ｍｍＸ０．３ｍｎＸ厚さ０．１ｍｍ）がＳｉ
Ｃ条片からなる中間部材３を介して接着されている。こ
のＳｉＣ条片は０．８＋ｎｍＸ１．６ｎｗｎＸ厚さ０．
３であり、両主面には蒸着法により形成されたＣｒ−Ｎ
ｉ−Ａｕ多層金属化Ｊ１３２が設けられ、上記両主面に
対して略直角な側面３１には金属化層３２から延長して
設けられた同質の金属化層３３が設けられている。半導
体レーザ基体２はＡ　ｕ　−Ｓ　ｎ系ソルダにより中間
部材３上にダイボンディングされている。半導体レーザ
基体２の主面には最上層をＡｕ層とする電極層が設けら
れている。又、中間部材３は支持部材１上にＰｂ−８ｎ
系はんだ材により接着されている。導電路構成部材５は
直径３０μｍのＡｕ線からなり熱圧着法により半導体レ
ーザ基体２め上側の電極層から他の導電部材へと接続さ
れ、他方半導体レーザ基体２の下側の他の電気領域は金
めつきされた鋼中継板６を介して導電路構成部材５によ
り他の導電部材へと接続される。ここで、重要な点は中
間部材３の側面３１に金属化層３２から延長して設けら
れた金属化層３３を有し半導体レーザ基体２と中間部材
３の間のろう材に対するぬれ性が付与されていることで
ある。

このような構造にすることにより、このろう材が半導体
レーザ基体２の端部にはみ出た後金属化層３３上に流出
し、垂下るため端部に盛上ることがない。したがってレ
ーザ光放出部の光路がしゃ断されたりｐｎ接合を電気的
に短絡したりすることがない。この効果を定量的に例示
すると、従来の第１図構造を採用した場合の光路しゃ断
及びＰｎ接合短絡に基づく不良発生率が約５％であった
のに対し、本発明の第２図構造を採用した場合の不良発
生率は０．０５％以下に低減された。又、従来構造の場
合半導体レーザ基体２と中間部材３の間のろう材の端部
における盛上りを軽減するためろう材の使用量を少なく
する配慮がなされていたが、このことは逆に半導体レー
ザ基体２と中間部材３間の接着の不完全性を誘発する。

しかし、本発明構造ではろう材の使用量をあまり少なく
する必要がないため上記接着が完全に行なわれる。例え
ば第１図構造の場合、半導体レーザ基体２から支持部材
１に至る間の熱抵抗が０．５℃／Ｗ以上となる割合が５
％以上と高かったのに対して、本発明の第２図構造では
０９０５％程度と低くなった。

又、第１表は本発明の他の実施例の半導体レーザ素子に
適用した中間部材３用素材、複合層としたときの金属化
層３３相当部、そしてソルダ４相当部を形成する金属の
構成である。

ＳｉＣに接する第１の層、第１の層に接する第２の層、
第２の層及びソルダに接する第３の層を同表に示した各
種組合せで蒸着形成させた。このようにしても、上記実
施例の場合と全く同じ効果が得られた。

更に、第１表の金属構成を中間部材３用素材としてのＡ
Ｑ２０：ｌ、ＡＱＮ、Ｂｅｄ、Ｓ　ｉ、Ｎ４゜ＭｇＯ，
ダイヤモンド等のセラミックに適用した場合や、Ｓｉ、
Ｇｅ、ＳｉＣ等の半導体に適用した場合であっても上記
実施例と同様な効果が得られた。

次に、第３図は本発明のレーザダイオードの製法におけ
る中間部材３の製法に関する実施例を説明する断面図で
ある。同図（ａ）は厚さ０．３何のＳｉＣ板３００であ
りＳｉＣ粉末とともにＢｅＯ粉末を微量添加した混合粉
末を２０５０℃、真空中のもとてホットプレスして得た
ものである。このようにして得たＳｉＣ板３００は相対
密度９８％以上で、熱伝導率０．７　ｃａｌ／　ｃｍ・
℃・Ｓと金属並みの熱伝導性を有している。ＳｉＣ板３
００は互いに並行な主面３０１及び３０２を有している
。このＳｉＣ板３００の主面３０１側にこれに略直角な
面３０３を有する溝３０４を形成した。溝３０４は幅約
５０ｐｍ、深さ約１５０μｍであり、回転砥石による研
磨で形成した。次いで、主面３０１側及び３０２側に真
空蒸着法による金属化層３２を形成した。この際主面３
０１側の蒸着時に溝３０４の側面３０３にも回り込み蒸
着され金属化層３３が同時形成される。この後、回転砥
石による研磨を進め、溝３０３がＳｉＣ板３００を貫通
するようにした。この際の溝幅は３０μｍである。更に
、溝３０３と直角な方向にも貫通溝を形成して条片状（
０，８ｍｍ　Ｘｌ、　Ｇ　ｎｗｎ　Ｘ厚さ０．３ｉｎ）
の中間部材３を作成した。金属化層３２．３３はＣｒ：
０．０５ｐｍ、　Ｎ　ｉ　：　０．４　ｐｍ、　Ａｕ　
：　０．５　μｍの積層構造に形成されている。以降、
中間部材３上に半導体レーザ基体（０，３ｍｍＸ０．３
＋＋ｒａＸ厚さ０．１ｉｉｎ）２とＡｕめつき鋼中継板
６をＡ　ｕ　−Ｓ　ｎ系ろう材により接着した。この場
合の雰囲気は窒素ガスに数％の水素ガスを添加した混合
ガスであり、接着温度は２８０℃である。更に、中間部
材３をｐｂ−８ｎ系はんだ材により接着し導電路構成部
材５のワイヤボンディング配線を施して半導体レーザ素
子を完成した。

以上に本発明の詳細を実施例により説明したが本発明は
次のような態様でも実施できる。

先ず、上述の中間部材３用素材としてはＳｉＣである必
要はなく、例えばＳｉ、Ａｇ２Ｏ３，ダイヤモンドＢｅ
Ｏ等で代表されるような無機質絶縁体あるいは無機質半
導体を適用でき、金属化層３２及び３３も蒸着法による
金属である必要はなく、例えばテレフンケン法として知
られる厚膜焼成による金属化層、スパッタリング法や気
相成長法による金属化層であってもよい。又、溝３０４
の形成法や分割法としては回転砥石による方法の他、例
えばレーザビーム照射による方法やサンドブラスト吹付
法、超音波加工法等を適用できる。

更に、本発明の半導体装置はレーザダイオードに限定さ
れるものではなく、本発明は半導体基体の側面にｐｎ接
合が露出している場合に特に有効になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、性能及び安定し
た半導体装置を歩留りよく製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の半導体装置を説明する図、第２図は本発
明の一実施例の半導体装置を説明する図、第３図は本発
明の一実施例の半導体装置の製法を説明する図である。 １・・・金属支持部材、２・・・半導体レーザ基体、３
・・・中間部材、５・・・導電路構成部材、６・・・中
継金属板、第　１　図 第２　図 め３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互に対向した一対の主面と上記両生面に対して直角
   な側面を有する半導体基体が、互に対向した一対の主面
   と上記両生面に対して略直角な少なくとも１の側面を有
   する無機質絶縁体又は無機質半導体からなる中間部材上
   に、半導体基体と中間部材の各側面とが略同一平面上に
   位置するようにろう月を用いて接着された部分を有し、
   中間部材の側面の少なくとも接着部の近傍に、上記ろう
   材に対するぬれ性が付与された領域を具備していること
   を特徴とする半導体装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、中間部材がＳｉＣ
   ，ＡＱ、２０．、ＡＱＮ、Ｂ　ｅｏ、Ｓｉ：＋　Ｎ４ｔ
   ＭｇＯ，Ｃからなる群から選択された少なくとも１の材
   料からなるセラミック又はＳ　ｉ　ｙ　Ｇ　ｅ　５Ｓｉ
   Ｃの群から選択された少なくとも１の材料からなる半導
   体であり、中間部材の側面の少なくとも半導体基体接着
   部の近傍に、上記セラミック又は半導体に接するＣｒ、
   Ｔｉ、ＡＱ、Ｍｏ、Ｎ　ｉ。 Ｗ、Ａｇからなる群から選ばれた１の材料からなる第１
   の層と、第１の層に接するＣｒ、Ｔｉ。 ＡＱ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ。 Ａｕからなる群から選ばれたｌの材料からなる第２の層
   と、第２の層及びろう材に接するＡ　ｇ　＋Ａｕ、Ｐｔ
   からなる群から選ばれた１の材料からなる第３の層を順
   次積層した金属領域を具備していることを特徴とする半
   導体装置。