JP2622029B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
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Description
Beam)半導体レーザ(Laser)装置に係わり、各ビーム
を独立に駆動するのに利用するマウント(Mount)用電
極金属に好適なものである。
ザ装置の従来技術の第1図を参照して説明する。マルチ
ビーム半導体レーザ装置用チップ(Chip)1は電気的絶
縁性サブマウント(Submount)2を介してヒートシンク
(Heat Sink)3に取付けて構成されている。このよう
な積層構造を形成するにはサブマウント2の一面全体を
被覆する半田層例えばAu−Sn合金層4がマルチビーム半
導体レーザ装置用チップ1の表面に形成した電極5と接
触・固着して一体としている。半田層4はプリフォーム
(Preform)と呼ばれるチップ状のものを利用する場合
と、真空蒸着法やスパッタリング(Sputtering)法など
により堆積した薄膜を利用する例がある。また、マルチ
ビーム半導体レーザ装置では複数のビームを独立して発
光させるためにいわゆるジャンクションアップ(Juncti
on Up)方式を採用している。このために第1図に示す
ようにマルチビーム半導体レーザ装置用チップ1頂面に
形成した電極7に固着した金属細線8を経て電流を供給
している。
に形成する発光部9は厚さが70μm〜100μmの基板に
いわゆるLPE(Liquid Phase Epitaxy)法により結晶を
堆積後、ビームを分離し易くするために発光部9からマ
ルチビーム半導体レーザ装置用チップ1頂面までの距離
は5μm〜10μmと小さいのに対して、電気的絶縁性サ
ブマウント2までのそれは70μm〜100μmと大きくし
ている。
ジャンクションダウン(Junction Down)方式が知られ
ている。この例では第2図a、bに示したように発光部
9を電気的絶縁性サブマウント2に近付けて配置し更
に、第1図の例と同様に独立して動作させるためにやは
り分離溝10を設置している。しかも、第2図bに明らか
なように電気的絶縁性サブマウント2に対称的の形状に
パターニング(Patterning)した電極11に半田層12を重
ねて形成して、マルチビーム半導体レーザ装置用チップ
1(第2図b参照)のマウントに備えている。これに対
する金属細線のボンダビリティ(Bondability)が良く
ないために半田層12の存在が好ましくない。従って、半
田層12を電気的絶縁性サブマウント2に形成するのには
電極金属例えばAuと半田層12が混ざることがなく、しか
も選択的に除去する方法を採らざるを得ない。
レーザ装置用チップ1を電気的絶縁性サブマウント2に
マウントした場合には発光点からの距離が大きいことに
起因して各発光点で発生する熱放散効果が薄れてマルチ
ビーム半導体レーザ装置用チップ1の温度が上昇して信
頼性が低下すると共に、各発光点間の熱干渉も大きくな
って夫々が独立して駆動するのに支障をきたすなどの難
点がある。
例えばAuと半田層が混ざることがなく、しかも選択的に
除去することが不可欠になるが、現在の技術水準では極
めて難しい。また、金属マスク(Mask)を使用した真空
蒸着法により半田層を形成する方法も考えられるが、精
密なパターニングが困難であり、その上マルチビーム半
導体レーザの発光点間隔が100μm以下になると電気的
分離が難しくなる。
散が良好でしかも各発光点間の熱干渉が小さくてどのよ
うな発光点間隔でも容易に動作できる半導体発光装置を
提供することを目的とする。
シンクに固着する電気的絶縁性のサブマウントと,前記
サブマウントに選択的に形成され電気的に絶縁された複
数の配線用金属層と,前記電極配線用金属層の一部に重
ねて固着する半導体発光装置用チップと,前記電極配線
用金属層に隣接する前記半導体発光装置用チップ表面か
ら内部にかけて形成され前記サブマウントの表面部分を
露出した分離帯と,前記半導体発光装置用チップの他の
表面に選択的に形成するオーミックコンタクト電極及び
半田層と,前記オーミックコンタクト電極と半田層間に
設置され半田層の融点以上の融点をもつ一種類以上の高
融点金属層とを具備し,前記分離帯により区分され電気
的に分離された両発光センターより光放射を行う点に特
徴がある。
成する点に特徴がある。
クト電極間に一層以上のチタン層を設置する点に特徴が
ある。
気的絶縁製サブマウントに固着するために半田層の融点
以上に温度を上げた際に、第1の高融点金属であるモリ
ブデン層によりオーミックコンタクト電極用金属層と半
田層が混ざることが防げるので、オーミックコンタクト
電極抵抗の上昇が起こらず、その上半田層とサブマウン
ト面に選択的に形成した電極用配線金属層との接触不良
も発生しないとの知見に基ずいて完成され、信頼性の高
い半導体発光装置が得られる。
融点金属層の間に設置した第2の高融点金属の作用効果
について説明すると、オーミックコンタクト電極用金属
層と第1の高融点金属層を半導体発光装置用チップに選
択的に形成する際には夫々専用の等方性エッチング液が
必要になる。しかし、オーミックコンタクト電極用金属
層と第1の高融点金属層の界面が例えば蒸着工程時僅か
でも混ざり合うと、専用のエッチング液でも処理できな
くなる。そこで第1の高融点金属層より融点が低い第2
の高融点金属層を設置することによりオーミックコンタ
クト電極用金属層と第1の高融点金属層の界面が混ざら
ず、専用の等方性エッチング液の使用が可能になる。し
かも、第1の高融点金属層より融点が低い第2の高融点
金属はオーミックコンタクト電極用金属層との混ざりを
極力抑えることができる。
のは半導体基板として利用する例えばGaAsと熱膨張係数
が近似しており、更に等方性エッチングによるパターニ
ングが白金やタングステン(Tungsten)よりし易い利点
があるためである。
て説明する。第3図と第4図に示した2ビーム半導体レ
ーザ用半導体チップ20に偏平状に形成される発光部21…
間には電気的な分離を行う分離溝22を公知の異方性エッ
チング例えば反応性ドライエッチング法により形成さ
れ、電気的絶縁性サブマウント23を介してヒートシンク
24に固着する。ところで、シリコンから成り高抵抗の電
気的絶縁性サブマウント23にいわゆるジャンクションダ
ウン方式によって2ビーム半導体レーザ用半導体チップ
20を取付けるにはGeを12%程度含有したAu−Ge半田層25
によっており、蒸着法などで約2μm堆積したものが好
適である。更に2ビーム半導体レーザ用半導体チップ20
のオーミックコンタクト電極として機能する厚さが0.5
μm程度のAu−Zn合金層26をAu−Ge半田層25に隣接して
形成する。このAu−Ge半田層25及びAu−Zn合金層26の分
離溝22に対応する部分はフォトリソグラフィ(Photo Li
thography)技術によるパターニング工程により除去す
る。
から成るp型半導体基板で構成し、電気的絶縁性サブマ
ウント23と固着する表面はn型半導体に変換されるの
で、Au−Ge半田層25がオーミック電極層を兼ねることも
可能である。また、積層体の上端には厚さが約1μmの
Au−Ge合金から成る共通電極27を設置して2ビーム半導
体レーザ用半導体チップ20のオーミックコンタクト電極
を形成すると共に、2ビームの共通電極として機能させ
る。また電気的絶縁性サブマウント23の裏面を被覆する
のはヒートシンク24との固着用として設置する厚さが3
μm程度のAu−Sn合金製の半田層29である。更に本発明
にとって最も重要な構成要件である第1の高融点金属層
28について説明する。即ちオーミックコンタクト電極と
して機能するAu−Zn合金層とAu−Ge半田層25が混ざるの
を防止する厚さがほぼ0.2μmのMo層28を蒸着法などに
より堆積して形成する。
高融点金属層28はいずれも一般的な抵抗加熱蒸着法やE
(Electron)ガン(Gun)蒸着法により2ビーム半導体
レーザ用半導体チップ20表面に堆積後、通常のレジスト
(Resist)をマスクとしてまた、Au−Ge半田層25とAu−
Zn合金層26をシアン(Cyane)を含むAuのエッチング液
を用いてパターニングする。第1の高融点金属層28及び
Au−Zn合金層26は蒸着時混ざり合うとエッチングが難し
くなるので、蒸着工程では極力温度上昇を抑える必要が
ある。
を第5図の斜視図により簡単に説明すると、n型GaAs基
板30の一面にはp型GaAsから成る電流ブロック(Bloc
k)層31を、更に以下の部品を記載順にLPE法により積層
する。即ち、n型GaAlAsクラッド層32、p型GaAlAs活性
層33、p型GaAlAsクラッド層34、p型GaAsオーミック層
35及び電極26で構成する。
導体チップ20と固着する電気的絶縁性サブマウント23表
面には選択的に電極配線用金属層36が形成されており、
Au−Ge半田層25とにより一体とする。
厚さが0.1μm位のTi層37即ち第2の高融点金属層を追
加した他の実施例を示した。このTi金属層37もEガン蒸
着法により堆積後、レジストをマスクとし弗酸系の等方
性エッチング液によりパターニングして形成するが、し
かしTiはMoより融点が低いために蒸着中の温度上昇が極
端に抑えられる。この結果、蒸着工程中にAu−Zn合金層
26とTi層37が混じることがないので、専用の等方性エッ
チング液が使用でき、パターン精度が向上する。即ち従
来技術により得られるパターン精度は5μmのパターン
に対して2μm〜3μmであったのが、第1及び第2の
実施例では±1μm以下の値に向上することができる。
体レーザ用半導体チップ20の剥離現象がなくなる外に、
コンタクトが採れないような電気抵抗の悪化が防止で
き、ひいては信頼性の向上をもたらす効果が得られる。
更に、オーミックコンタクト電極であるAu−Zn合金層26
と半田層25を共通化した2ビーム半導体レーザ用半導体
チップ20が考えられるが、これと同等な初期特性と信頼
性が得られる。
トシンク24に取付けた2ビーム半導体レーザ用半導体チ
ップ20は第6図に明らかにしたようにステム(Stem)37
にマウントして他の電子機器と接続可能になる。このた
めに、金属製の支持部38に複数個のリード39をガラス
(Glass)層43(第7図参照)を利用してハーメチック
シール(Harmetic Seal)しており、電気的絶縁性サブ
マウント23を介してヒートシンク24に取付けた2ビーム
半導体レーザ用半導体チップ20は支持部38にマウントす
る。更にこれらを覆い中央が開口した遮蔽体40を設置し
て外囲器として機能させる。
レーザ用半導体チップ20の上面図が示されており、第6
図における電気的絶縁性サブマウント23に形成した電極
41からリード39へのAu細線42による接続状況及び2ビー
ム半導体レーザ用半導体チップ20からヒートシンク24へ
のAu細線42による接続状況を拡大して示した図である。
ーメチックシール用ガラス層43が明らかにされている。
ニングされた電極41にはAu細線42がボンディング法(Bo
nding)法により熱圧着または超音波圧着されている様
子を示している。このような接続状態にあると、発光部
42夫々に電流が印加されることになる。更にまた2ビー
ム半導体レーザ用半導体チップ20とヒートシンク24を別
のAu細線44により接続することにより各発光部の共通電
極とする。
μmにすることができ、一方から光出力10mWを取出しな
がら、他方から光出力10mWが得られるような電流を付勢
した際、熱の影響により先に発光していた光出力が低下
する率を示す熱的クロストーク(closstalk)量は5%
以下(発光部間間隔30μm)であった。この値は従来の
いわえるジャンクションアップ型に比べて半分以下の数
値である。
が、その外のいかなる発光装置にも適用できるし更に、
発光部が2個より多い装置にも利用できる。なお半導体
レーザ装置以外のどのような発光装置にも応用できる。
体発光装置用チップを用いても高い信頼性が容易に得ら
れ、マルチビーム半導体レーザ装置でも同じように形成
できる。
断面図と斜視図、第3図及び第4図は本発明の実施例を
示す断面図、第5図は本発明の2ビーム半導体レーザ装
置用チップの斜視図、第6図は2ビーム半導体レーザ装
置用チップを電気的絶縁性サブマウントを介して取付け
たヒートシンクを固着する状況を明らかにした斜視図、
第7図は2ビーム半導体レーザ装置用チップの上面図で
ある。 1、20:半導体チップ、 2、23:電気的絶縁性サブマウント、 3、24:ヒートシンク、5、7、11、27:電極、 6、12、25、29:半田層、 28、37:高融点金属層、9、21:発光点、 10、22:分離溝、37:ステム、38:支持部、 39:リード、40:遮蔽体、42、44:金属細線、 43:ガラス層。
Claims (3)
- 【請求項1】ヒートシンクに固着する電気的絶縁性のサ
ブマウントと,前記サブマウントに選択的に形成され電
気的に絶縁された複数の配線用金属層と,前記電極配線
用金属層の一部に重ねて固着する半導体発光装置用チッ
プと,前記電極配線用金属層に隣接する前記半導体発光
装置用チップ表面から内部にかけて形成され前記サブマ
ウントの表面部分を露出した分離帯と,前記半導体発光
装置用チップの他の表面に選択的に形成するオーミック
コンタクト電極及び半田層と,前記オーミックコンタク
ト電極と半田層間に設置され半田層の融点以上の融点を
もつ一種類以上の高融点金属層とを具備し,前記分離帯
により区分され電気的に分離された両発光センターより
光放射を行うことを特徴とする半導体発光装置 - 【請求項2】前記高融点金属層をモリブデン層で構成す
ることを特徴とする前記請求項1記載の半導体発光装置 - 【請求項3】前記モリブデン層とオーミックコンタクト
電極間に一層以上のチタン層を設置することを特徴とす
る前記請求項1記載の半導体発光装置
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