JPH09260539A - サブマウント装置および半導体装置ならびにそれらの製造方法 - Google Patents
サブマウント装置および半導体装置ならびにそれらの製造方法Info
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- JPH09260539A JPH09260539A JP7189996A JP7189996A JPH09260539A JP H09260539 A JPH09260539 A JP H09260539A JP 7189996 A JP7189996 A JP 7189996A JP 7189996 A JP7189996 A JP 7189996A JP H09260539 A JPH09260539 A JP H09260539A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電子素子を形成し、しかも放熱性を高め、実
装するチップ素子の温度上昇を少なく抑える。 【解決手段】 シリコン半導体基板１のチップ素子取付
面におけるチップ素子取付位置以外の部分に電子素子５
を形成し、シリコン半導体基板１のチップ素子取付面と
反対側の面におけるシリコン半導体基板１のチップ素子
取付位置に対向する位置に設けた凹部１６の中にシリコ
ン半導体基板１より熱伝導率の高い高熱伝導率物質２を
隙間なく充填する。
装するチップ素子の温度上昇を少なく抑える。 【解決手段】 シリコン半導体基板１のチップ素子取付
面におけるチップ素子取付位置以外の部分に電子素子５
を形成し、シリコン半導体基板１のチップ素子取付面と
反対側の面におけるシリコン半導体基板１のチップ素子
取付位置に対向する位置に設けた凹部１６の中にシリコ
ン半導体基板１より熱伝導率の高い高熱伝導率物質２を
隙間なく充填する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザーチ
ップ等のチップ素子の実装に用いるサブマウント装置お
よびチップ素子をサブマウント装置に実装した半導体装
置ならびにそれらの製造方法に関するものである。
ップ等のチップ素子の実装に用いるサブマウント装置お
よびチップ素子をサブマウント装置に実装した半導体装
置ならびにそれらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザーチップは、小型・低電圧
動作で高効率であるため、コンパクトディスク（ＣＤ）
等の光ディスクの光源や光通信に不可欠となっている。
この半導体レーザーチップの発振領域の体積は０．１μ
ｍ×５μｍ×２５０μｍと非常に小さく、この領域に数
十ｍＡの電流を流す必要があるため、放熱対策が非常に
重要になる。しかも、半導体レーザーチップのしきい電
流値は温度の上昇とともに増加するため、放熱が悪いと
半導体レーザーチップの温度が上昇し、その結果しきい
電流値が増加してさらに発熱が増え、このような正のフ
ィードバックにより発振が停止することになる。また、
半導体レーザーチップの温度が１０度上昇すると一般に
寿命は２分の１になると見積もられており、できるだけ
半導体レーザーチップの温度を低くすることが、信頼性
を延ばす上で重要である。
動作で高効率であるため、コンパクトディスク（ＣＤ）
等の光ディスクの光源や光通信に不可欠となっている。
この半導体レーザーチップの発振領域の体積は０．１μ
ｍ×５μｍ×２５０μｍと非常に小さく、この領域に数
十ｍＡの電流を流す必要があるため、放熱対策が非常に
重要になる。しかも、半導体レーザーチップのしきい電
流値は温度の上昇とともに増加するため、放熱が悪いと
半導体レーザーチップの温度が上昇し、その結果しきい
電流値が増加してさらに発熱が増え、このような正のフ
ィードバックにより発振が停止することになる。また、
半導体レーザーチップの温度が１０度上昇すると一般に
寿命は２分の１になると見積もられており、できるだけ
半導体レーザーチップの温度を低くすることが、信頼性
を延ばす上で重要である。
【０００３】図４に半導体レーザーチップをシリコン半
導体基板に実装してベースに搭載した従来の半導体デバ
イスの斜視図を示す。図４において、１１はベース、１
２はベース１１を貫通するように設けたリード、１０は
ベース１１の一面に立設したヒートシンク、８はヒート
シンク１０に固着されたシリコン半導体基板、９はシリ
コン半導体基板８に実装された化合物半導体からなる半
導体レーザーチップ、５はシリコン半導体基板８に設け
られたホトダイオード，トランジスタ等の電子素子、３
はシリコン半導体基板８に設けた電極、４は電極３上に
被着した半田であり、半導体レーザーチップ９に対して
電気的接続を得る。
導体基板に実装してベースに搭載した従来の半導体デバ
イスの斜視図を示す。図４において、１１はベース、１
２はベース１１を貫通するように設けたリード、１０は
ベース１１の一面に立設したヒートシンク、８はヒート
シンク１０に固着されたシリコン半導体基板、９はシリ
コン半導体基板８に実装された化合物半導体からなる半
導体レーザーチップ、５はシリコン半導体基板８に設け
られたホトダイオード，トランジスタ等の電子素子、３
はシリコン半導体基板８に設けた電極、４は電極３上に
被着した半田であり、半導体レーザーチップ９に対して
電気的接続を得る。
【０００４】図４のような半導体レーザーチップを有す
る半導体デバイスにおいては、放熱の観点からすると、
チップ素子である半導体レーザーチップの発振領域をで
きるだけ熱伝導率の良い材料、例えば銀や銅などの金属
やダイヤモンドや窒化ボロンや炭化シリコンなどに接触
させるようにした方がよい。しかし、現実には、図４に
示すように、シリコン半導体基板８の上に半導体レーザ
ーチップ９を載せる構造がよく用いられる。これをサブ
マウント装置と呼んでいる。
る半導体デバイスにおいては、放熱の観点からすると、
チップ素子である半導体レーザーチップの発振領域をで
きるだけ熱伝導率の良い材料、例えば銀や銅などの金属
やダイヤモンドや窒化ボロンや炭化シリコンなどに接触
させるようにした方がよい。しかし、現実には、図４に
示すように、シリコン半導体基板８の上に半導体レーザ
ーチップ９を載せる構造がよく用いられる。これをサブ
マウント装置と呼んでいる。
【０００５】このように、シリコン半導体基板８をサブ
マウント装置として用いる理由は、シリコン半導体基板
８にホトダイオードやトランジスタ等の電子素子を作っ
ておき、シリコン半導体基板８に半導体レーザーチップ
９を実装することによってハイブリッド集積化が可能に
なるからである。この場合、半導体レーザーチップ９の
発振領域で発生した熱はシリコン半導体基板８を伝って
放熱することになる。また、シリコン半導体基板８上に
実装することのもう一つの利点は、シリコンは半導体で
あって、シリコンと半導体レーザーチップ９の熱膨張係
数の差が小さく、半導体レーザーチップ９を実装すると
きの、熱膨張係数の違いによる半導体レーザーチップ９
の歪みを少なくできるという点である。
マウント装置として用いる理由は、シリコン半導体基板
８にホトダイオードやトランジスタ等の電子素子を作っ
ておき、シリコン半導体基板８に半導体レーザーチップ
９を実装することによってハイブリッド集積化が可能に
なるからである。この場合、半導体レーザーチップ９の
発振領域で発生した熱はシリコン半導体基板８を伝って
放熱することになる。また、シリコン半導体基板８上に
実装することのもう一つの利点は、シリコンは半導体で
あって、シリコンと半導体レーザーチップ９の熱膨張係
数の差が小さく、半導体レーザーチップ９を実装すると
きの、熱膨張係数の違いによる半導体レーザーチップ９
の歪みを少なくできるという点である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、電子
素子を作るため、ならびに熱膨張係数の違いによるチッ
プ素子の歪を少なくするために、シリコン半導体基板８
をサブマウント装置として用いているが、シリコンの熱
伝導率は銀や銅などの金属や窒化ボロンや炭化シリコン
などの２分の１から３分の１であるので、放熱が悪くな
り、チップ素子の温度が高くなる。したがって動作でき
る最高温度が制限されたり、温度特性の良くない半導体
レーザーチップの実装にサブマウント装置を用いると、
半導体レーザーチップの温度がかなり上昇し、半導体レ
ーザーチップのしきい値電流が上昇したり、寿命が著し
く短くなることがある。一方、図４の半導体デバイスに
おけるサブマウント装置８として、シリコンの代わりに
熱伝導の良い他の材料を用いると、電子素子を作ること
ができなかったり、熱膨張係数の違いによりチップ素子
に歪が発生し、チップ素子の特性が劣化する。また、電
子素子を作らなくても、熱膨張係数の違いによるチップ
素子の歪を緩和するために、熱膨張係数の差の少ない基
板をサブマウント装置として使用せざるを得ない場合が
ある。
素子を作るため、ならびに熱膨張係数の違いによるチッ
プ素子の歪を少なくするために、シリコン半導体基板８
をサブマウント装置として用いているが、シリコンの熱
伝導率は銀や銅などの金属や窒化ボロンや炭化シリコン
などの２分の１から３分の１であるので、放熱が悪くな
り、チップ素子の温度が高くなる。したがって動作でき
る最高温度が制限されたり、温度特性の良くない半導体
レーザーチップの実装にサブマウント装置を用いると、
半導体レーザーチップの温度がかなり上昇し、半導体レ
ーザーチップのしきい値電流が上昇したり、寿命が著し
く短くなることがある。一方、図４の半導体デバイスに
おけるサブマウント装置８として、シリコンの代わりに
熱伝導の良い他の材料を用いると、電子素子を作ること
ができなかったり、熱膨張係数の違いによりチップ素子
に歪が発生し、チップ素子の特性が劣化する。また、電
子素子を作らなくても、熱膨張係数の違いによるチップ
素子の歪を緩和するために、熱膨張係数の差の少ない基
板をサブマウント装置として使用せざるを得ない場合が
ある。
【０００７】本発明の第１の目的は、元々の熱伝導率が
低い場合でも放熱性を高めることができ、搭載されるチ
ップ素子の温度上昇を少なく抑えることができるサブマ
ウント装置およびその製造方法を提供することである。
本発明の第２の目的は、電子素子を形成することがで
き、しかも元々の熱伝導率が低い場合でも放熱性を高
め、搭載するチップ素子の温度上昇を少なく抑えること
ができるサブマウント装置およびその製造方法を提供す
ることである。
低い場合でも放熱性を高めることができ、搭載されるチ
ップ素子の温度上昇を少なく抑えることができるサブマ
ウント装置およびその製造方法を提供することである。
本発明の第２の目的は、電子素子を形成することがで
き、しかも元々の熱伝導率が低い場合でも放熱性を高
め、搭載するチップ素子の温度上昇を少なく抑えること
ができるサブマウント装置およびその製造方法を提供す
ることである。
【０００８】本発明の第３の目的は、電子素子を形成す
ることができ、しかも元々の熱伝導率が低い場合でも放
熱性を高めことができ、搭載したチップ素子の温度上昇
を少なく抑えることができる半導体装置およびその製造
方法を提供することである。
ることができ、しかも元々の熱伝導率が低い場合でも放
熱性を高めことができ、搭載したチップ素子の温度上昇
を少なく抑えることができる半導体装置およびその製造
方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載のサブマウ
ント装置は、基板のチップ素子取付面と反対側の面にお
ける基板のチップ素子取付位置に対向する位置に設けた
凹部の中に基板より熱伝導率の高い高熱伝導率物質を充
填している。この構成によれば、基板のチップ素子取付
面と反対側の面における基板のチップ素子取付位置に対
向する位置が基板より熱伝導率の高い高熱伝導率物質に
置き換えられるので、元々の熱伝導率が低い場合でも放
熱特性が高められ、実装されるチップ素子から発生した
熱を有効に放出させることが可能となり、チップ素子の
温度上昇を少なく抑えることができる。
ント装置は、基板のチップ素子取付面と反対側の面にお
ける基板のチップ素子取付位置に対向する位置に設けた
凹部の中に基板より熱伝導率の高い高熱伝導率物質を充
填している。この構成によれば、基板のチップ素子取付
面と反対側の面における基板のチップ素子取付位置に対
向する位置が基板より熱伝導率の高い高熱伝導率物質に
置き換えられるので、元々の熱伝導率が低い場合でも放
熱特性が高められ、実装されるチップ素子から発生した
熱を有効に放出させることが可能となり、チップ素子の
温度上昇を少なく抑えることができる。
【００１０】請求項２記載のサブマウント装置は、請求
項１記載のサブマウント装置において、基板がシリコン
半導体基板であり、高熱伝導率物質が銀、銅、アルミニ
ウムもしくは金等の金属、またはダイヤモンド、窒化ボ
ロン、炭化シリコンもしくは窒化アルミニウム等の電気
絶縁性物質である。この構成によれば、請求項１のサブ
マウント装置と同様に作用する。
項１記載のサブマウント装置において、基板がシリコン
半導体基板であり、高熱伝導率物質が銀、銅、アルミニ
ウムもしくは金等の金属、またはダイヤモンド、窒化ボ
ロン、炭化シリコンもしくは窒化アルミニウム等の電気
絶縁性物質である。この構成によれば、請求項１のサブ
マウント装置と同様に作用する。
【００１１】請求項３記載のサブマウント装置は、半導
体基板のチップ素子取付面に電子素子を形成し、半導体
基板のチップ素子取付面と反対側の面における半導体基
板のチップ素子取付位置に対向する位置に設けた凹部の
中に半導体基板より熱伝導率の高い高熱伝導率物質を充
填している。この構成によれば、半導体基板のチップ素
子取付面と反対側の面における半導体基板のチップ素子
取付位置に対向する位置が半導体基板より熱伝導率の高
い高熱伝導率物質に置き換えられるので、元々の熱伝導
率が低い場合でも放熱特性が高められ、実装されるチッ
プ素子から発生した熱を有効に放出させることが可能と
なり、チップ素子の温度上昇を少なく抑えることができ
る。また、半導体基板上には、電子素子を形成している
ので、チップ素子と電子素子とをハイブリッドに集積化
することができる。
体基板のチップ素子取付面に電子素子を形成し、半導体
基板のチップ素子取付面と反対側の面における半導体基
板のチップ素子取付位置に対向する位置に設けた凹部の
中に半導体基板より熱伝導率の高い高熱伝導率物質を充
填している。この構成によれば、半導体基板のチップ素
子取付面と反対側の面における半導体基板のチップ素子
取付位置に対向する位置が半導体基板より熱伝導率の高
い高熱伝導率物質に置き換えられるので、元々の熱伝導
率が低い場合でも放熱特性が高められ、実装されるチッ
プ素子から発生した熱を有効に放出させることが可能と
なり、チップ素子の温度上昇を少なく抑えることができ
る。また、半導体基板上には、電子素子を形成している
ので、チップ素子と電子素子とをハイブリッドに集積化
することができる。
【００１２】請求項４記載のサブマウント装置は、請求
項３記載のサブマウント装置において、半導体基板のチ
ップ素子取付面と反対側の面に設けた凹部は電子素子の
形成位置にも対向させるようにしている。この構成によ
れば、電子素子が発熱量が多い場合において、電子素子
から発生した熱を有効に放出させることが可能となり、
電子素子の発熱がチップ素子に悪影響を及ぼすのを防止
できる。
項３記載のサブマウント装置において、半導体基板のチ
ップ素子取付面と反対側の面に設けた凹部は電子素子の
形成位置にも対向させるようにしている。この構成によ
れば、電子素子が発熱量が多い場合において、電子素子
から発生した熱を有効に放出させることが可能となり、
電子素子の発熱がチップ素子に悪影響を及ぼすのを防止
できる。
【００１３】請求項５記載のサブマウント装置は、請求
項３または請求項４記載のサブマウント装置において、
半導体基板がシリコン半導体基板であり、高熱伝導率物
質が銀、銅、アルミニウムもしくは金等の金属、または
ダイヤモンド、窒化ボロン、炭化シリコンもしくは窒化
アルミニウム等の電気絶縁性物質である。この構成によ
れば、請求項３または請求項４のサブマウント装置と同
様に作用する。
項３または請求項４記載のサブマウント装置において、
半導体基板がシリコン半導体基板であり、高熱伝導率物
質が銀、銅、アルミニウムもしくは金等の金属、または
ダイヤモンド、窒化ボロン、炭化シリコンもしくは窒化
アルミニウム等の電気絶縁性物質である。この構成によ
れば、請求項３または請求項４のサブマウント装置と同
様に作用する。
【００１４】請求項６記載の半導体装置は、半導体基板
のチップ素子取付面に電子素子を形成し、半導体基板の
チップ素子取付面と反対側の面における半導体基板のチ
ップ素子取付位置に対向する位置に設けた凹部の中に半
導体基板より熱伝導率の高い高熱伝導率物質を充填し、
半導体基板のチップ素子取付面のチップ素子取付位置に
チップ素子をマウントしている。
のチップ素子取付面に電子素子を形成し、半導体基板の
チップ素子取付面と反対側の面における半導体基板のチ
ップ素子取付位置に対向する位置に設けた凹部の中に半
導体基板より熱伝導率の高い高熱伝導率物質を充填し、
半導体基板のチップ素子取付面のチップ素子取付位置に
チップ素子をマウントしている。
【００１５】この構成によれば、半導体基板のチップ素
子取付面と反対側の面における半導体基板のチップ素子
取付位置に対向する位置が半導体基板より熱伝導率の高
い高熱伝導率物質に置き換えられるので、元々の熱伝導
率が低い場合であっても放熱特性が高められ、実装され
るチップ素子から発生した熱を有効に放出させることが
可能となり、チップ素子の温度上昇を少なく抑えること
ができる。また、半導体基板上には、電子素子を形成し
ているので、チップ素子と電子素子とをハイブリッドに
集積化することができる。
子取付面と反対側の面における半導体基板のチップ素子
取付位置に対向する位置が半導体基板より熱伝導率の高
い高熱伝導率物質に置き換えられるので、元々の熱伝導
率が低い場合であっても放熱特性が高められ、実装され
るチップ素子から発生した熱を有効に放出させることが
可能となり、チップ素子の温度上昇を少なく抑えること
ができる。また、半導体基板上には、電子素子を形成し
ているので、チップ素子と電子素子とをハイブリッドに
集積化することができる。
【００１６】請求項７記載の半導体装置は、請求項６記
載の半導体装置において、半導体基板のチップ素子取付
面と反対側の面に設けた凹部は電子素子の形成位置にも
対向させるようにしている。この構成によれば、電子素
子が発熱量が多い場合において、電子素子から発生した
熱を有効に放出させることが可能となり、電子素子の発
熱がチップ素子に悪影響を及ぼすのを防止できる。
載の半導体装置において、半導体基板のチップ素子取付
面と反対側の面に設けた凹部は電子素子の形成位置にも
対向させるようにしている。この構成によれば、電子素
子が発熱量が多い場合において、電子素子から発生した
熱を有効に放出させることが可能となり、電子素子の発
熱がチップ素子に悪影響を及ぼすのを防止できる。
【００１７】請求項８記載の半導体装置は、請求項６ま
たは請求項７記載の半導体装置において、半導体基板が
シリコン半導体基板であり、高熱伝導率物質が銀、銅、
アルミニウムもしくは金等の金属、またはダイヤモン
ド、窒化ボロン、炭化シリコンもしくは窒化アルミニウ
ム等の電気絶縁性物質である。この構成によれば、請求
項６または請求項７記載の半導体装置と同様に作用す
る。
たは請求項７記載の半導体装置において、半導体基板が
シリコン半導体基板であり、高熱伝導率物質が銀、銅、
アルミニウムもしくは金等の金属、またはダイヤモン
ド、窒化ボロン、炭化シリコンもしくは窒化アルミニウ
ム等の電気絶縁性物質である。この構成によれば、請求
項６または請求項７記載の半導体装置と同様に作用す
る。
【００１８】請求項９記載の半導体装置は、請求項６，
請求項７または請求項８記載の半導体装置において、チ
ップ素子が半導体レーザーチップであり、電子素子がホ
トダイオードである。この構成によれば、請求項６，請
求項７または請求項８記載の半導体装置と同様に作用す
る。
請求項７または請求項８記載の半導体装置において、チ
ップ素子が半導体レーザーチップであり、電子素子がホ
トダイオードである。この構成によれば、請求項６，請
求項７または請求項８記載の半導体装置と同様に作用す
る。
【００１９】請求項１０記載のサブマウント装置の製造
方法は、基板のチップ素子取付面と反対側の面における
基板のチップ素子取付位置に対向する位置に凹部を設
け、凹部の中に基板より熱伝導率の高い高熱伝導率物質
を充填する。この方法によれば、基板のチップ素子取付
面と反対側の面における基板のチップ素子取付位置に対
向する位置が基板より熱伝導率の高い高熱伝導率物質に
置き換えられるので、サブマウント装置の元々の熱伝導
率が低い場合であってもサブマウント装置の放熱特性が
高められ、実装されるチップ素子から発生した熱を有効
に放出させることが可能となり、チップ素子の温度上昇
を少なく抑えることができる。
方法は、基板のチップ素子取付面と反対側の面における
基板のチップ素子取付位置に対向する位置に凹部を設
け、凹部の中に基板より熱伝導率の高い高熱伝導率物質
を充填する。この方法によれば、基板のチップ素子取付
面と反対側の面における基板のチップ素子取付位置に対
向する位置が基板より熱伝導率の高い高熱伝導率物質に
置き換えられるので、サブマウント装置の元々の熱伝導
率が低い場合であってもサブマウント装置の放熱特性が
高められ、実装されるチップ素子から発生した熱を有効
に放出させることが可能となり、チップ素子の温度上昇
を少なく抑えることができる。
【００２０】請求項１１記載のサブマウント装置の製造
方法は、半導体基板のチップ素子取付面に熱酸化や不純
物拡散、金属蒸着等の工程により電子素子を形成した後
に、半導体基板のチップ素子取付面と反対側の面におけ
る半導体基板のチップ素子取付位置に対向する位置に凹
部を設け、凹部の中に半導体基板より熱伝導率の高い高
熱伝導率物質を充填する。
方法は、半導体基板のチップ素子取付面に熱酸化や不純
物拡散、金属蒸着等の工程により電子素子を形成した後
に、半導体基板のチップ素子取付面と反対側の面におけ
る半導体基板のチップ素子取付位置に対向する位置に凹
部を設け、凹部の中に半導体基板より熱伝導率の高い高
熱伝導率物質を充填する。
【００２１】この方法によれば、半導体基板のチップ素
子取付面と反対側の面における半導体基板のチップ素子
取付位置に対向する位置が半導体基板より熱伝導率の高
い高熱伝導率物質に置き換えられるので、サブマウント
装置の元々の熱伝導率が低い場合であってもサブマウン
ト装置の放熱特性が高められ、チップ素子から発生した
熱を有効に放出させることが可能となり、実装されるチ
ップ素子の温度上昇を少なく抑えることができる。ま
た、半導体基板上には、電子素子を形成しているので、
チップ素子と電子素子とをハイブリッドに集積化するこ
とができる。
子取付面と反対側の面における半導体基板のチップ素子
取付位置に対向する位置が半導体基板より熱伝導率の高
い高熱伝導率物質に置き換えられるので、サブマウント
装置の元々の熱伝導率が低い場合であってもサブマウン
ト装置の放熱特性が高められ、チップ素子から発生した
熱を有効に放出させることが可能となり、実装されるチ
ップ素子の温度上昇を少なく抑えることができる。ま
た、半導体基板上には、電子素子を形成しているので、
チップ素子と電子素子とをハイブリッドに集積化するこ
とができる。
【００２２】請求項１２記載のサブマウント装置は、半
導体基板のチップ素子取付面に熱酸化や不純物拡散、金
属蒸着等の工程により電子素子を形成した後に、半導体
基板のチップ素子取付面と反対側の面における半導体基
板のチップ素子取付位置に対向する位置に凹部を設け、
凹部の中に半導体基板より熱伝導率の高い高熱伝導率物
質を充填し、その後半導体基板のチップ素子取付面のチ
ップ素子取付位置にチップ素子をマウントする。
導体基板のチップ素子取付面に熱酸化や不純物拡散、金
属蒸着等の工程により電子素子を形成した後に、半導体
基板のチップ素子取付面と反対側の面における半導体基
板のチップ素子取付位置に対向する位置に凹部を設け、
凹部の中に半導体基板より熱伝導率の高い高熱伝導率物
質を充填し、その後半導体基板のチップ素子取付面のチ
ップ素子取付位置にチップ素子をマウントする。
【００２３】この方法によれば、半導体基板のチップ素
子取付面と反対側の面における半導体基板のチップ素子
取付位置に対向する位置が半導体基板より熱伝導率の高
い高熱伝導率物質に置き換えられるので、半導体装置の
元々の熱伝導率が低い場合であっても半導体装置の放熱
特性が高められ、実装されるチップ素子から発生した熱
を有効に放出させることが可能となり、チップ素子の温
度上昇を少なく抑えることができる。また、半導体基板
上には、電子素子を形成しているので、チップ素子と電
子素子とをハイブリッドに集積化することができる。
子取付面と反対側の面における半導体基板のチップ素子
取付位置に対向する位置が半導体基板より熱伝導率の高
い高熱伝導率物質に置き換えられるので、半導体装置の
元々の熱伝導率が低い場合であっても半導体装置の放熱
特性が高められ、実装されるチップ素子から発生した熱
を有効に放出させることが可能となり、チップ素子の温
度上昇を少なく抑えることができる。また、半導体基板
上には、電子素子を形成しているので、チップ素子と電
子素子とをハイブリッドに集積化することができる。
【００２４】表１に各物質の熱伝導率を示すが、シリコ
ンの２倍以上の熱伝導率を有する物質を半導体レーザー
チップ等のチップ素子の直下、つまり半導体基板のチッ
プ素子取付面と反対側の面における半導体基板のチップ
素子取付位置に対向する位置に配置することにより、チ
ップ素子の取付部分の熱伝導率が大きくなり、放熱特性
を改善することができることが明らかである。
ンの２倍以上の熱伝導率を有する物質を半導体レーザー
チップ等のチップ素子の直下、つまり半導体基板のチッ
プ素子取付面と反対側の面における半導体基板のチップ
素子取付位置に対向する位置に配置することにより、チ
ップ素子の取付部分の熱伝導率が大きくなり、放熱特性
を改善することができることが明らかである。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１を参照しながら説明する。図１（ａ）に本発明
の実施の形態におけるサブマウント装置の斜視図を示
し、図１（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’断面図を示す。
このサブマウント装置は、図１（ａ）に示すように、シ
リコン半導体基板１上にはホトダイオード，トランジス
タ等の電子素子５が形成されており、チップ素子である
半導体レーザーチップ（図示せず）を実装する箇所（チ
ップ素子取付面のチップ素子取付位置）には、電極３が
形成され、その上にパターン化した半田４が被着されて
いる。なお、サブマウント装置に半導体レーザーチップ
を実装した状態のもの（図４参照）を半導体装置と呼
ぶ。
て、図１を参照しながら説明する。図１（ａ）に本発明
の実施の形態におけるサブマウント装置の斜視図を示
し、図１（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’断面図を示す。
このサブマウント装置は、図１（ａ）に示すように、シ
リコン半導体基板１上にはホトダイオード，トランジス
タ等の電子素子５が形成されており、チップ素子である
半導体レーザーチップ（図示せず）を実装する箇所（チ
ップ素子取付面のチップ素子取付位置）には、電極３が
形成され、その上にパターン化した半田４が被着されて
いる。なお、サブマウント装置に半導体レーザーチップ
を実装した状態のもの（図４参照）を半導体装置と呼
ぶ。
【００２７】また、このサブマウント装置は、詳細を示
すと、図１（ｂ）に示すように、シリコン半導体基板１
の半導体レーザーチップを実装する面（チップ素子取付
面）には、ＳｉＯ2 膜６が形成され、その上に電極３が
形成され、さらにその上に半田４が被着されている。一
方、シリコン半導体基板１の半導体レーザーチップを実
装する面（チップ素子取付面）の反対側の面に例えば溝
状の凹部１６があり、凹部１６の中には高熱伝導率物質
２が隙間なくかつ表面が平坦になるように充填されてい
る。そして、平坦になった表面に電極７が形成されてい
る。なお、凹部１６は、半導体レーザーチップを実装す
る面（チップ素子取付面）と反対側の面における、半導
体レーザーチップを実装する箇所（チップ素子取付位
置）に対向する位置に設けられている。また、この凹部
１６は、電子素子５の形成位置に対向する位置にも設け
られていて、電子素子５がトランジスタ等のように、発
熱量が多い場合にも、その熱を有効に放出することがで
き、この結果、電子素子５の発熱が半導体レーザーチッ
プに悪影響を及ぼすのを防止できる。
すと、図１（ｂ）に示すように、シリコン半導体基板１
の半導体レーザーチップを実装する面（チップ素子取付
面）には、ＳｉＯ2 膜６が形成され、その上に電極３が
形成され、さらにその上に半田４が被着されている。一
方、シリコン半導体基板１の半導体レーザーチップを実
装する面（チップ素子取付面）の反対側の面に例えば溝
状の凹部１６があり、凹部１６の中には高熱伝導率物質
２が隙間なくかつ表面が平坦になるように充填されてい
る。そして、平坦になった表面に電極７が形成されてい
る。なお、凹部１６は、半導体レーザーチップを実装す
る面（チップ素子取付面）と反対側の面における、半導
体レーザーチップを実装する箇所（チップ素子取付位
置）に対向する位置に設けられている。また、この凹部
１６は、電子素子５の形成位置に対向する位置にも設け
られていて、電子素子５がトランジスタ等のように、発
熱量が多い場合にも、その熱を有効に放出することがで
き、この結果、電子素子５の発熱が半導体レーザーチッ
プに悪影響を及ぼすのを防止できる。
【００２８】つぎに、このサブマウント装置の製造方法
を図２（ａ）〜（ｆ）を参照しながら説明する。まず、
シリコン半導体基板１に熱酸化によるＳｉＯ2 膜１４や
不純物拡散領域１３や蒸着による金属電極１５を形成し
て電子素子等を作製する（図２（ａ），（ｂ））。つぎ
に、シリコン半導体基板１を所定の厚さに研磨する。そ
の厚さは、１５０μｍから２００μｍとする。シリコン
半導体基板１は、薄い程放熱には有利であるが、割れや
すくなって取り扱いが難しくなる。
を図２（ａ）〜（ｆ）を参照しながら説明する。まず、
シリコン半導体基板１に熱酸化によるＳｉＯ2 膜１４や
不純物拡散領域１３や蒸着による金属電極１５を形成し
て電子素子等を作製する（図２（ａ），（ｂ））。つぎ
に、シリコン半導体基板１を所定の厚さに研磨する。そ
の厚さは、１５０μｍから２００μｍとする。シリコン
半導体基板１は、薄い程放熱には有利であるが、割れや
すくなって取り扱いが難しくなる。
【００２９】シリコン半導体基板１の研磨後、エッチン
グによって溝状の凹部１６を形成する。エッチングは化
学エッチングによる方法とドライエッチングよる方法と
がある。凹部１６の底のシリコンの残し厚はできるだけ
少ない方が放熱は良くなるが、強度が弱くなって以下の
プロセス時に破壊するおそれがあるため、少なくとも１
０μｍは残すようにする（図２（ｃ））。
グによって溝状の凹部１６を形成する。エッチングは化
学エッチングによる方法とドライエッチングよる方法と
がある。凹部１６の底のシリコンの残し厚はできるだけ
少ない方が放熱は良くなるが、強度が弱くなって以下の
プロセス時に破壊するおそれがあるため、少なくとも１
０μｍは残すようにする（図２（ｃ））。
【００３０】凹部１６を形成した後に、凹部１６の中に
熱伝導率の良い高熱伝導率物質２を充填するのである
が、その方法として、溶射や真空蒸着や気相堆積法（Ｃ
ＶＤ法）やメッキによる方法等がある。金属を充填する
場合は溶射や蒸着かメッキを用いるが、凹部１６の中の
みに被着させるために、溶射や蒸着では金属マスクを、
メッキではレジストでマスクをすればよい。メッキの場
合はあらかじめ金属膜を蒸着で付けておく必要がある。
絶縁体を充填するにはＣＶＤ法を用いるとよい。ＣＶＤ
法によりダイヤモンドを充填するのが放熱には最適であ
る（図２（ｄ））。充填は表面が平坦になるようにし、
サブマウント装置をさらにパッケージ等に実装するため
に電極７や半田１７を形成する（図２（ｅ），
（ｆ））。なお、半導体レーザーチップは、サブマウン
ト装置が完成後に実装され、半導体装置が完成する。
熱伝導率の良い高熱伝導率物質２を充填するのである
が、その方法として、溶射や真空蒸着や気相堆積法（Ｃ
ＶＤ法）やメッキによる方法等がある。金属を充填する
場合は溶射や蒸着かメッキを用いるが、凹部１６の中の
みに被着させるために、溶射や蒸着では金属マスクを、
メッキではレジストでマスクをすればよい。メッキの場
合はあらかじめ金属膜を蒸着で付けておく必要がある。
絶縁体を充填するにはＣＶＤ法を用いるとよい。ＣＶＤ
法によりダイヤモンドを充填するのが放熱には最適であ
る（図２（ｄ））。充填は表面が平坦になるようにし、
サブマウント装置をさらにパッケージ等に実装するため
に電極７や半田１７を形成する（図２（ｅ），
（ｆ））。なお、半導体レーザーチップは、サブマウン
ト装置が完成後に実装され、半導体装置が完成する。
【００３１】図３に本発明の実施の形態のサブマウント
装置を用いた場合と従来例のサブマウント装置を用いた
場合とにおける半導体レーザーチップの８０℃の高温環
境下での電流−光出力特性の違いを示す。曲線Ａは実施
の形態で、曲線Ｂは従来例である。凹部に充填する材料
には銅を用いた。従来のサブマウント装置を用いたレー
ザーチップでは、２０ｍＷ程度で光出力が飽和している
のに対し、本発明の実施の形態のサブマウント装置を用
いた半導体レーザーチップでは、３０ｍＷ近い光出力が
得られていることがわかる。
装置を用いた場合と従来例のサブマウント装置を用いた
場合とにおける半導体レーザーチップの８０℃の高温環
境下での電流−光出力特性の違いを示す。曲線Ａは実施
の形態で、曲線Ｂは従来例である。凹部に充填する材料
には銅を用いた。従来のサブマウント装置を用いたレー
ザーチップでは、２０ｍＷ程度で光出力が飽和している
のに対し、本発明の実施の形態のサブマウント装置を用
いた半導体レーザーチップでは、３０ｍＷ近い光出力が
得られていることがわかる。
【００３２】なお、上記実施の形態では、サブマウント
装置がシリコン半導体基板であって、表面にホトダイオ
ード等の電子素子を作り込んだものをあげたが、特に電
子素子を作り込んでおく必要はなく、単なる基板にチッ
プ素子を実装するものについてもこの発明を適用でき
る。また、サブマウント装置に実装するチップ素子とし
ては、半導体レーザーチップに限らず、発熱量の多い素
子であれば、どのようなものを実装しても所期の効果が
得られる。また、電子素子をサブマウント装置に作り込
む必要がなければ、基板としては半導体基板を用いる必
要はなく、セラミック基板等、どのような基板でもこの
発明を適用可能である。また、電子素子についても、ホ
トダイオードやトランジスタに限らず、どのような素子
でもよい。また、電子素子をサブマウント装置の表面に
露出させる必要がなければ、電子素子の上にチップ素子
を重ねて配置してもよい。
装置がシリコン半導体基板であって、表面にホトダイオ
ード等の電子素子を作り込んだものをあげたが、特に電
子素子を作り込んでおく必要はなく、単なる基板にチッ
プ素子を実装するものについてもこの発明を適用でき
る。また、サブマウント装置に実装するチップ素子とし
ては、半導体レーザーチップに限らず、発熱量の多い素
子であれば、どのようなものを実装しても所期の効果が
得られる。また、電子素子をサブマウント装置に作り込
む必要がなければ、基板としては半導体基板を用いる必
要はなく、セラミック基板等、どのような基板でもこの
発明を適用可能である。また、電子素子についても、ホ
トダイオードやトランジスタに限らず、どのような素子
でもよい。また、電子素子をサブマウント装置の表面に
露出させる必要がなければ、電子素子の上にチップ素子
を重ねて配置してもよい。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、サブマウント装置の放
熱性を高めることができ、サブマウント装置に実装した
チップ素子の温度上昇を低く抑えることができる。この
サブマウント装置を半導体レーザーチップの実装に用い
れば、半導体レーザーチップと電子素子とをハイブリッ
ドに集積化でき、半導体レーザーチップの放熱にも優れ
る。しかも、トランジスタ等の発熱を伴う電子素子と集
積した時も半導体レーザーチップに悪影響を与えること
が軽減される。特に使用温度が高い場合や、半導体レー
ザーチップの温度特性があまり良くない場合に信頼性に
対して大きな効果を発揮する。
熱性を高めることができ、サブマウント装置に実装した
チップ素子の温度上昇を低く抑えることができる。この
サブマウント装置を半導体レーザーチップの実装に用い
れば、半導体レーザーチップと電子素子とをハイブリッ
ドに集積化でき、半導体レーザーチップの放熱にも優れ
る。しかも、トランジスタ等の発熱を伴う電子素子と集
積した時も半導体レーザーチップに悪影響を与えること
が軽減される。特に使用温度が高い場合や、半導体レー
ザーチップの温度特性があまり良くない場合に信頼性に
対して大きな効果を発揮する。
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態におけるサブマウ
ント装置の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図で
ある。
ント装置の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図で
ある。
【図２】本発明の実施の形態におけるサブマウント装置
の製造工程を示す工程順断面図である。
の製造工程を示す工程順断面図である。
【図３】本発明の実施の形態と従来例とにおける半導体
レーザーチップの電流−光出力特性図である。
レーザーチップの電流−光出力特性図である。
【図４】従来のサブマウント装置に半導体レーザーチッ
プを実装した半導体デバイスの斜視図である。
プを実装した半導体デバイスの斜視図である。
１ シリコン半導体基板 ２ 高熱伝導率物質 ３ 電極 ４ 半田 ５ 電子素子 ６ ＳｉＯ2 膜 ７ 電極 ８ シリコン半導体基板 ９ 半導体レーザーチップ １０ ヒートシンク １１ ベース １２ リード １３ 不純物拡散領域 １４ ＳｉＯ2 膜 １５ 電極 １６ 凹部 １７ 半田
Claims (12)
- 【請求項１】 基板のチップ素子取付面と反対側の面に
おける前記基板のチップ素子取付位置に対向する位置に
設けた凹部の中に前記基板より熱伝導率の高い高熱伝導
率物質を充填したことを特徴とするサブマウント装置。 - 【請求項２】 基板がシリコン半導体基板であり、高熱
伝導率物質が銀、銅、アルミニウムもしくは金等の金
属、またはダイヤモンド、窒化ボロン、炭化シリコンも
しくは窒化アルミニウム等の電気絶縁性物質である請求
項１記載のサブマウント装置。 - 【請求項３】 半導体基板のチップ素子取付面に電子素
子を形成し、前記半導体基板のチップ素子取付面と反対
側の面における前記半導体基板のチップ素子取付位置に
対向する位置に設けた凹部の中に前記半導体基板より熱
伝導率の高い高熱伝導率物質を充填したことを特徴とす
るサブマウント装置。 - 【請求項４】 半導体基板のチップ素子取付面と反対側
の面に設けた凹部は電子素子の形成位置にも対向させる
ようにした請求項３記載のサブマウント装置。 - 【請求項５】 半導体基板がシリコン半導体基板であ
り、高熱伝導率物質が銀、銅、アルミニウムもしくは金
等の金属、またはダイヤモンド、窒化ボロン、炭化シリ
コンもしくは窒化アルミニウム等の電気絶縁性物質であ
る請求項３または請求項４記載のサブマウント装置。 - 【請求項６】 半導体基板のチップ素子取付面に電子素
子を形成し、前記半導体基板のチップ素子取付面と反対
側の面における前記半導体基板のチップ素子取付位置に
対向する位置に設けた凹部の中に前記半導体基板より熱
伝導率の高い高熱伝導率物質を充填し、前記半導体基板
のチップ素子取付面のチップ素子取付位置にチップ素子
をマウントした半導体装置。 - 【請求項７】 半導体基板のチップ素子取付面と反対側
の面に設けた凹部は電子素子の形成位置にも対向させる
ようにした請求項６記載の半導体装置。 - 【請求項８】 半導体基板がシリコン半導体基板であ
り、高熱伝導率物質が銀、銅、アルミニウムもしくは金
等の金属、またはダイヤモンド、窒化ボロン、炭化シリ
コンもしくは窒化アルミニウム等の電気絶縁性物質であ
る請求項６または請求項７記載の半導体装置。 - 【請求項９】 チップ素子が半導体レーザーチップであ
り、電子素子がホトダイオードである請求項６，請求項
７または請求項８記載の半導体装置。 - 【請求項１０】 基板のチップ素子取付面と反対側の面
における前記基板のチップ素子取付位置に対向する位置
に凹部を設け、前記凹部の中に前記基板より熱伝導率の
高い高熱伝導率物質を充填することを特徴とするサブマ
ウント装置の製造方法。 - 【請求項１１】 半導体基板のチップ素子取付面に熱酸
化や不純物拡散、金属蒸着等の工程により電子素子を形
成した後に、前記半導体基板のチップ素子取付面と反対
側の面における前記半導体基板のチップ素子取付位置に
対向する位置に凹部を設け、前記凹部の中に前記半導体
基板より熱伝導率の高い高熱伝導率物質を充填すること
を特徴とするサブマウント装置の製造方法。 - 【請求項１２】 半導体基板のチップ素子取付面に熱酸
化や不純物拡散、金属蒸着等の工程により電子素子を形
成した後に、前記半導体基板のチップ素子取付面と反対
側の面における前記半導体基板のチップ素子取付位置に
対向する位置に凹部を設け、前記凹部の中に前記半導体
基板より熱伝導率の高い高熱伝導率物質を充填し、その
後前記半導体基板のチップ素子取付面のチップ素子取付
位置にチップ素子をマウントすることを特徴とする半導
体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7189996A JPH09260539A (ja) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | サブマウント装置および半導体装置ならびにそれらの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7189996A JPH09260539A (ja) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | サブマウント装置および半導体装置ならびにそれらの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09260539A true JPH09260539A (ja) | 1997-10-03 |
Family
ID=13473853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7189996A Pending JPH09260539A (ja) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | サブマウント装置および半導体装置ならびにそれらの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09260539A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002368277A (ja) * | 2001-06-05 | 2002-12-20 | Rohm Co Ltd | チップ型半導体発光装置 |
| JP2005191373A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Ricoh Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP2006049057A (ja) * | 2004-08-04 | 2006-02-16 | Hitachi Displays Ltd | 有機ｅｌ表示装置 |
| JP2006054410A (ja) * | 2004-07-12 | 2006-02-23 | Nichia Chem Ind Ltd | 半導体装置 |
| JP2006245084A (ja) * | 2005-03-01 | 2006-09-14 | Mitsubishi Electric Corp | 発光装置 |
| JP2007242864A (ja) * | 2006-03-08 | 2007-09-20 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体装置 |
| JP2008289509A (ja) * | 2007-05-22 | 2008-12-04 | Daito Giken:Kk | 遊技台 |
| US7723137B2 (en) | 2002-03-29 | 2010-05-25 | Panasonic Corporation | Optical device, method of manufacturing the same, optical module, optical transmission system |
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| US10156728B2 (en) | 2015-04-24 | 2018-12-18 | Ricoh Company, Ltd. | Information provision device, information provision method, and recording medium |
| US11107685B2 (en) | 2017-02-02 | 2021-08-31 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor manufacturing method and semiconductor manufacturing device |
-
1996
- 1996-03-27 JP JP7189996A patent/JPH09260539A/ja active Pending
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