JPS5837713B2 - 半導体レ−ザ−装置の製造方法 - Google Patents

半導体レ−ザ−装置の製造方法

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JPS5837713B2
JPS5837713B2 JP53148839A JP14883978A JPS5837713B2 JP S5837713 B2 JPS5837713 B2 JP S5837713B2 JP 53148839 A JP53148839 A JP 53148839A JP 14883978 A JP14883978 A JP 14883978A JP S5837713 B2 JPS5837713 B2 JP S5837713B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体レーザー装置の製造方法に関し、特に半
導体レーザー素子の放熱体上への熱的、機械的結合が良
好κなされる製造方法に一つの提案をするものである。
ガリウム砒素（ＧａＡｓ）系、ガリウム・アルミニウム
・砒素（ＧａＡＩＡｓ）系、あるいはインジウＡ・ガリ
ウム・砒素・燐（ＩｎＧａＡｓＰ）系化合物半導体材料
等を用いて構戒される半導体レーザーは、光通信用装置
等への実用化κつき研究、開発がなされている。
該半導体レーザー素子の例えば光通信用装置への適用に
あたっては該半導体レーザー素子κ高出力化、長寿命化
更に高信頼化が要求される。
このためには、該半導体レーザー素子の電気的特性を改
善するとともκ、大電流密度で駆動される該半導体レー
ザー素子の活性層から発生するジュール熱を効率よく放
散させなければならない。
かかる熱の放散性を改善する一つの手段として、放熱体
材刺として従来使用されてきているところの銅（Ｃｕ）
、銀（Ａｇ）等の金属体に代えて、室温で銅の約５倍と
いう高い熱伝導率を有するダイヤモンド（タイプＩ［ａ
ダイヤモンド）を用いることが提案されている。
このダイヤモンドからなる放熱体に半導体レーザー素子
を搭載固着する際には、該半導体レーザー素子に構造上
の欠陥を与えることなく且つ熱的、電気的な結合を良好
なものとして、該搭載固着を行なうことが要或される。
すなわち該ダイヤモンドからなる放熱体は、その表面に
形成される金属化層（メタライズ層）をもって、半導体
レーザー素子を固着支持するとともに、該半導体レーザ
ー素子の一方の電極の導出を行う。
このような表面に金属化層が形成されたダイヤモンドか
らなる放熱体κ、半導体レーザー素子を搭載固着してな
る構成あるいは搭載固着する手段として、従来次のよう
な技術が提案されている。
すなわち一つκは、該ダイヤモンドからなる放熱体の表
面に金属化層として金（Ａｕ）層を形成し、該金層へ半
導体レーザー素子をインジウム（Ｉｎ）半田によって固
着することが提案されている。
（１）このような手段は、該半導体レーザー素子の放熱
体への固着時の機械的歪が、該半導体レーザー素子の寿
命に与える影響が大きく、インジウム半田による固着は
かかる轡械的歪の発生がほとんどないとして提案された
ものである。
また他の一つκは、該ダイヤモンドからなる放熱体の表
面に金属化層として錫（Ｓｎ）層を形成し、一方半導体
レーザー素子の被固着面に金層をを形成し、両者の錫層
と金層とを接触させて加熱し、金一錫系共晶合金を生或
せしめて、半導体レーザー素子を放熱体κ固着すること
が提案されている。
（２）さらに他の一つには、ダイヤモンドからなる放熱
体の表面に金属化層として、金一アンチモン（ｓｂ）、
錫あるいはインジウムのうちの一つ一金からなる層、あ
るいはアンチモン、錫あるいはインジウムのうちの一つ
一金からなる層を形成し、一方半導体レーザーペレット
の被固着面にクロム（Ｃｒ）一金層を形成し、両者の金
属化層を加圧接触させて加熱し、金−アンチモン系共晶
合金、金一錫系共晶合金あるいは金一インジウム共晶合
金を生成せしめて、半導体レーザー素子を放熱体に固着
することが提案されている。
（３）このような（２）， （３）の手段は金糸共晶合
金による固着に督ける熱抵抗、電気抵抗あるいは機械的
性質の解析に使用された例が掲げられている。
しかしながら、前記（１）に示したインジウム半田を用
いての固着構造並びに固着手段においては、固着状態の
経時変化、特に熱抵抗の増加が大きく、同一レーザー光
出力を得るためにはその駆動電流を大幅に増大させなけ
ればならない。
このため当該レーザー素子の寿命が著しく短かなものと
なっていた。
１た前記（２）に示した半導体レーザー素子の被固着面
に金層を、放熱体の表面に錫層を形成し、両者の金層と
錫層を接触させて加熱する手段においては、該接触、加
熱処理前に錫層表面が酸化され易く、接触、加熱処理を
行なっても半導体レーザー素子と放熱体との間に充分に
良好な熱的、機械的結合が得られないという問題が存在
した。
このため、前記（３）κ示した方法にあっては、放熱体
表面に形成される金属化層を、例えば金一錫−金あるい
は錫一金等、錫（あるいはアンチモン、インジウム）が
表出されず金層によって覆われた多層構造とすることに
より、半導体レーザー素子を接触させ加熱する次前Ｋお
いても錫（あるいはアンチモン、インジウム）が酸化さ
れず、前３改２）に示した方法に存在した問題点を解決
し得る手段が提供されている。
しかしながら、このような方法によれば、少なくとも錫
（あるいはアンチモノ、インジウム）を覆って金層を形
成する工程が必要とされ製造工程の増加はまぬがれない
。
従って、このような方法は大量生産には適さず、より安
価な製品を求める上では実用性の少ないものである。
本発明は、このような従来の技術に代えて、半導体レー
ザーペレットを放熱体上に、より簡単な手段で熱的、機
械的結合を良好になして固着し、該半導体レーザー素子
のより高出力化、長寿命化更には高信頼化を可能とする
固着手段を提供しようとするものである。
このため本発明によれば、半導体レーザー素子の被固着
面に金層を形成し、放熱体の半導体レーザー素子固着面
に金合金層を形成し、前記半導体レーザー素子を該放熱
体の素子固着面に載置し加熱して、半導体レーザー素子
を放熱体に固着する工程を有することを特徴とする半導
体レーザー装置の製造方法が提供される。
すなわち、本発明によれば、半導体レーザー素子を放熱
体上に固着する手段として、該放熱体表面に予め形成さ
れる半導体レーザー素子固着用金属化層を金合金層から
構成し、該金合金層に半導体レーザー素子の被固着面に
形成されている金層を加圧接触しつつ加熱処理して該放
熱体上に半導体レーザー素子を固着する方法がとられる
。
従って，放熱体表面に予め形成される金属化層は、酸化
され難く、また単層で構成され得るので、半導体レーザ
ー素子を該放熱体上に固着する際には、前述の如き従来
の方法に存在した酸化物の存在による熱的、機械的結合
の不足あるいは工程の増加等を招来しない。
しかも後述する如く、固着後の熱抵抗の経時変化が極め
て少なく、寿命特性の改善等多犬の効果が発揮される。
ここで、本発明κおいて述べる金合金とは、金−錫系、
金−’７ンチモン系、金一ゲルマニウム系あるいは金−
シリコン系から選択されるものである。
次に本発明は実施例をもって詳細に説明しよう。
本実施例にあっては、金合金として金一錫合会を適用し
た場合を掲げて説明する。
まず、第１図ａに示されるように、ダイヤモンドからな
り例えば縦０． ７ ［ｍｍ］Ｘ横０． ７ ［ｍｍ］
Ｘ高さ０．４〔一程の大きさを有して例えば銅（Ｃｕ）
製の放熱スタツド１の上面に金−シリコン等ノ司着材刺
κより固着された放熱体２０表面に、金一錫合金層３を
蒸着法等により被着形或する。
この時放熱スタッド１の表面にも同様に且つ放熱本２の
表面に連続して金一錫合金層が被着形或され、該放熱ス
タツド１表面と放熱体２表面とは区気的にも同一電位と
され得るようκ構成される。
なお金一錫合金の蒸着材刺ぱ、市販の金一錫蒸着用合金
材刺を使用することができる。
一方半導体レーザー素子４の啓固着面には、予め金層５
を所望の厚さに、蒸着法あるいは蒸着法とメッキ法の組
合せにより被着形或する。
次いで、前記放熱スタツド１を加熱装置の加熱台（ヒー
トコラム二図示せず）上に真空吸引によって固定し、該
加熱台中に配設された抵抗体に通電して加熱スタツド１
及び該放熱スタツド１上に固着されている放熱体２を加
熱する。
かかる状態において、同図（ｂ）に示される如く真空コ
レット６に吸引保持された半導体レーザー素子４を、放
熱体２表面の金一錫合金層３上に載置し、この状態を維
持して、前記金一錫合金層３及び金層５を溶融そして固
化せしめる。
この結果、同図（ｃ）に示されるように半導体レーザー
素子４は放熱体２上面に固着される。
しかる後、該放熱スタツド１、放熱体２及び半導体レー
ザー素子４等を室温１で冷却する。
次いで、該放熱スタンド１、放熱体２及び半導体レーザ
ー素子４の一体化物を加熱装置から取り出し、通常の方
法によって該半導体レーザー素子４の他方の電極（通常
は該半導素レーザー素子上面において金層をもって配設
形成される）と、放熱スタツド１にガラス等によって絶
縁支持されて植立固着された外部導出線（図示せず）と
を、金線等のリード線（図示せず）によって接続する。
次いで、金属キャンプ（図示せず）準備し、該金属キャ
ップを前記半導体レーザー素子を覆って放熱スタツド上
に配置し、窒素雰囲気中で該金属キャップと放熱スタツ
ドとを溶接し一体化して半導体レーザー素子を気密封止
する。
このような本発明による手段によって、製作された半導
体レーザー装置と、従来の如くインジウ本半田を使用し
て製作された半導体レーザー装置との熱抵抗並びに寿命
特性（駆動電流の経時変化）を比較したところ次のよう
な結果が得られた。
まず、金一錫合金を用いて、前記本発明の方法によって
それぞれダイヤモンドからなる放熱体上に固着された半
導体レーザー素子ｌＯＯ個における該金一錫合金層にむ
ける熱抵抗、金一ゲルマニウム合金を用いて本発明の方
法によってそれぞれダイヤモンドからなる放熱体上に固
着された半導体レーザー素子１００個における金一ゲ？
マニウム合金層における熱抵抗、及びインジウム半田を
用いてそれぞれダイヤモンドからなる放熱体上κ固着さ
れた半導体レーザー素子１００個における該インジウム
半田層における熱抵抗を求めたところ第２図に示す如く
になった。
同図ａは金一錫合金を適用した場合、同図ｂは金−ゲル
マニウム合金を適用した場合、同図Ｃはインジウム半田
を適用した場合である。
この結果より明らかな如く、本発明の製造方法にかかる
金合金層を適用した場合には、従来の如くインジウム半
田を適用した場合に比較して、熱抵抗が低くしかもその
値がより低い値に分布して得られる。
また前述の如き方法によって形成された半導体レーザー
装置に対し周囲温度７０［’Ｃ］で、半導体レーザー素
子の片断面当り５ （ｍＷ）の定出力動作を行なわしめ
、前記固着材刺の熱抵抗の経時変化並びκ当該半導体レ
ーザー装置の駆動電流の経時変化をみたところ、第３図
に示す如くになった。
同図ａは熱抵抗の経時変化特性（初期値Ｒ ｔ （０）
に対する所定時間後の熱抵抗値Ｒｒ（１）の比：Ｒｎ（
ｔ〆Ｒ ｔ （ｏ） ）を示し、同図ｂは駆動電流の経
時変化を示す。
そして同図において、曲線■は金一錫合金を適用した場
合、曲線■は金一ゲルマニウム合金を適用して固着した
場合、曲線■はインジウム半田を適用して固着した場合
を示す。
この結果より明らかな如く、本発明の製造方法にかかる
金合金層を適用した場合には、熱抵坑の値は１０００時
間経過後であってもほとんど変化がみられず、駆動電流
の値も１００００時間経過後にあっても５〔％〕以下の
変化にとど１っている。
これに対し、インジウム半田を適用した場合には、熱抵
抗、駆動電流とも微かな時間後に初期値の２倍以上の著
しい変化を生じてし１つている。
１た前述の如き方法によって、半導体レーザー素子が金
一錫合金あるいはインジウム半田によってダイヤモンド
からなる放熱体上に固着された半導体レーザー装置それ
ぞれ２０個に対し、前述の如き周囲温度７０〔℃〕で半
導体レーザー素子の片端面当り５［ｍＷ］の定出力動作
を２０００時間行なわしめた後の、良品素子数を調査し
たところ本発明κかかる金一錫合金層を適用したものは
残存良品素子数が１９個であったのに対し、インジウム
半田を適用したものは残存良品素子数が８個にとどまっ
ていた。
以上の結果より明らかな如く、本発明による製造方法に
よって形成された半導体レーザー装置は、半導体レーザ
ー素子を放熱体へ固着する固着材刺の装抵抗が低く且つ
その経時変化もないため、駆動電流の経時変化も微量で
あって、その寿命特性が大幅に改善される。
そして従来適用されてきたインジウム半田を用いての固
着方法に比較してもその効果の差は極めて明らかである
。
しかも、前記第３図に示された結果からしても、本発明
による製造方法によれば固着材刺が半導体レーザー素子
に機械的歪等を与えてその長寿命化を阻害していないこ
とは明らかである。
更に従来提案された、例えば半導体レーザー素子被固着
面に金層、放熱体表面に錫層を設けての固着方法あるい
は、放熱体表面に多層金属化層を設けての固着方法に比
較しても、その製造工程の短縮化がなされて且つ固着材
刺の熱抵抗が低くその経時変化もないことにより半導体
レーザー装置の寿命特性が改善される点において多大の
効果を有するものである。
なお以上の本発明の実施例においては放熱体としてダイ
ヤモンドを掲げたが、経済性等の面から該放熱体を銅、
銀等から構成する場合にも本発明を適用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による半導体レーザー装置の製造方法の
工程を示す工程図、第２図及び第３図は、本発明による
製造方法によって製作された半導体レーザー素子と従来
の方法によって製作された半導体レーザー素子の電気的
特性を示すグラフである。 第１図において、１・・・放熱スタツド、２・・・放熱
体、３・・・金合金層、４・・・半導体レーザー素子、
５・・・金層、６・・・真空コレット。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 半導体レーザー素子の被固着面に金層を形戒し、放
    熱体の半導体レーザー素子固着面に金合金層を形或し、
    前記半導体レーザー素子を該放熱体の素子固着面に載置
    し加熱して、半導体レーザー素子を放熱体に固着する工
    程を有することを特徴とする半導体レーザー装置の製造
    方法。
JP53148839A 1978-12-01 1978-12-01 半導体レ−ザ−装置の製造方法 Expired JPS5837713B2 (ja)

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