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JP2009111065A - Optical semiconductor equipment - Google Patents

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JP2009111065A
JP2009111065A JP2007280408A JP2007280408A JP2009111065A JP 2009111065 A JP2009111065 A JP 2009111065A JP 2007280408 A JP2007280408 A JP 2007280408A JP 2007280408 A JP2007280408 A JP 2007280408A JP 2009111065 A JP2009111065 A JP 2009111065A
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Japan
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layer
stress relaxation
semiconductor device
optical semiconductor
gaas
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JP2007280408A
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Yasushi Takizawa
泰 滝沢
Hideo Taguchi
英夫 田口
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Opnext Japan Inc
Original Assignee
Opnext Japan Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the property of a multiple beam laser diode element. <P>SOLUTION: A stress relaxation layer 30 comprising an Au-plated layer is formed on a p-type electrode 21 of a GaAs chip 4. The same stress relaxation layer 42 is provided on an element fixing portion 40 formed on a chip mounting surface of a sub-mount 9. Since the Young's modulus of Au constituting the stress relaxation layers 30 and 42 is lower than the Young's modulus of GaAs, residual stress resulting from the difference of linear expansion coefficients between the GaAs chip 4 and the sub-mount 9 is absorbed and eased by these stress relaxation layers 30 and 42. Since the residual stress of the GaAs chip 4 is reduced, the property change of a laser diode element is controlled. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光半導体装置に関し、特に、半導体レーザダイオード(Laser Diode;LD)素子を有する光半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to an optical semiconductor device, and more particularly to a technique effective when applied to an optical semiconductor device having a semiconductor laser diode (LD) element.

光通信システムの光源や情報処理機器の光源として多用されているレーザダイオード素子は、GaAsなどからなる化合物半導体基板の主面にAlGaInP、GaInP、GaAsなどからなる多層の半導体層をエピタキシャル成長させた構造になっている。   Laser diode elements that are frequently used as light sources for optical communication systems and information processing equipment have a structure in which a multilayer semiconductor layer made of AlGaInP, GaInP, GaAs, etc. is epitaxially grown on the main surface of a compound semiconductor substrate made of GaAs or the like. It has become.

上記多層の半導体層の中層には活性層が設けられており、活性層を挟む層の一方を第1導電型の半導体層とし、他方を第2導電型の半導体層とすることによって、pn接合(pnジャンクション)を形成している。また、レーザ発振をさせるための共振器(光導波路)を形成するために、リッジ構造を採用するなど、種々の構造が採用されている。   An active layer is provided in the middle layer of the multilayer semiconductor layer, and one of the layers sandwiching the active layer is a first conductivity type semiconductor layer and the other is a second conductivity type semiconductor layer, whereby a pn junction is formed. (Pn junction) is formed. Various structures such as a ridge structure are employed to form a resonator (optical waveguide) for causing laser oscillation.

上記レーザダイオード素子が形成された化合物半導体基板(チップ)は、パッケージ内に配置されるサブマウントと呼称される熱伝導性の良好な材料(例えばAlN、SiCなど)からなる支持基板に半田で固定されて使用される。また、レーザダイオード素子の発光時に発生する熱を効率的に外部に放散するために、熱発生源となるpn接合(ジャンクション)が支持基板に近接した状態で固定するジャンクションダウン方式を採用することが多い。   The compound semiconductor substrate (chip) on which the laser diode element is formed is fixed by solder to a support substrate made of a material having good thermal conductivity (eg, AlN, SiC, etc.) called a submount disposed in the package. Have been used. Further, in order to efficiently dissipate heat generated when the laser diode element emits light, it is possible to adopt a junction down method in which a pn junction (junction) serving as a heat generation source is fixed in the state of being close to the support substrate. Many.

上記したAlNやSiCなどのサブマウント材料は、レーザダイオード素子の発光時に発生する熱を放熱する機能としては十分な材料であるが、GaAsの線膨張係数が5.9×10−6/℃であるの対し、AlNとSiCの線膨張係数は、それぞれ4.6×10−6/℃、4.0×10−6/℃と小さい。そのため、半導体基板を支持基板に半田接合した後は、半導体基板と支持基板の上記した線膨張係数差に起因して半導体基板に歪み応力が残留し、これがレーザダイオード素子の特性変動を引き起こす。 The above-described submount materials such as AlN and SiC are sufficient for the function of dissipating heat generated during light emission of the laser diode element, but the linear expansion coefficient of GaAs is 5.9 × 10 −6 / ° C. located in contrast, the linear expansion coefficient of AlN and SiC, respectively 4.6 × 10 -6 /℃,4.0×10 -6 / ℃ and small. Therefore, after the semiconductor substrate is solder-bonded to the support substrate, strain stress remains in the semiconductor substrate due to the above-described difference in linear expansion coefficient between the semiconductor substrate and the support substrate, which causes fluctuations in the characteristics of the laser diode element.

特開2006−278694号公報(特許文献1)に記載された光半導体装置は、半導体基板の電極(支持基板に接続される側の電極)に厚いAuメッキ層からなる応力緩和層を設けることによって、上記した歪み応力の残留を低減する技術を開示している。
特開2006−278694号公報
An optical semiconductor device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-278694 (Patent Document 1) is provided by providing a stress relaxation layer made of a thick Au plating layer on an electrode of a semiconductor substrate (an electrode connected to a support substrate). Discloses a technique for reducing the residual strain stress described above.
JP 2006-278694 A

レーザダイオード素子が形成された半導体基板をサブマウントに実装する際には、従来よりPb−Sn半田が広く使用されてきた。Pb−Sn半田は、比較的低温(約200℃)での接合が可能であり、また、実装後に半田がクリープ変形することによって応力緩和を図ることが可能であった。   Conventionally, when mounting a semiconductor substrate on which a laser diode element is formed on a submount, Pb-Sn solder has been widely used. The Pb—Sn solder can be bonded at a relatively low temperature (about 200 ° C.), and stress relaxation can be achieved by the creep deformation of the solder after mounting.

しかし、近年の環境対策(Pbフリー化)によってPb−Sn半田が使用できなくなっていることから、上記光半導体装置の分野においても、Au−Sn半田のようなPbフリー半田への転換が進められている。ところが、Au−Sn半田は、実装温度が300℃〜350℃と高いことから、前記特許文献1に記載された技術では、実装後の半導体基板に残留する歪み応力を低減することが困難になっている。   However, since Pb-Sn solder cannot be used due to recent environmental measures (Pb-free), the field of optical semiconductor devices is also being converted to Pb-free solder such as Au-Sn solder. ing. However, since the mounting temperature of Au—Sn solder is as high as 300 ° C. to 350 ° C., it is difficult to reduce the strain stress remaining on the semiconductor substrate after mounting by the technique described in Patent Document 1. ing.

このため、特に、半導体基板に複数の共振器を形成したマルチビームレーザダイオード素子においては、上記残留歪みの影響で、波長や偏光特性がビーム毎に異なってしまうという問題が生じている。また、シングルビームの場合は、単ビーム内の特性としては問題にならないが、ロット単位で見ると偏光特性にばらつきが生じ、信頼性や歩留まりが低下する原因となっている。   For this reason, in particular, in a multi-beam laser diode element in which a plurality of resonators are formed on a semiconductor substrate, there is a problem that the wavelength and polarization characteristics differ from beam to beam due to the influence of the residual distortion. In the case of a single beam, there is no problem as a characteristic within the single beam, but when viewed in lot units, the polarization characteristic varies, causing a decrease in reliability and yield.

本発明の目的は、光半導体装置において、半導体基板と支持基板の線膨張係数差に起因して半導体基板に歪み応力が残留し、レーザダイオード素子の特性が変動するという不具合を解消する技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique for solving the problem that in an optical semiconductor device, distortion stress remains in a semiconductor substrate due to a difference in linear expansion coefficient between the semiconductor substrate and a support substrate, and the characteristics of the laser diode element fluctuate. There is to do.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明の光半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の第1の面に形成され、かつレーザ発振する共振器が形成される多層の半導体層と、前記多層の半導体層上に形成される導体層を多層に積層した第1の電極と、前記半導体基板の前記第1の面の反対面となる第2の面に形成される第2の電極とを有するレーザダイオード素子と、前記第1の面に前記レーザダイオード素子の前記第1の電極を固定するための導体層からなる素子固定部を有する支持基板とを有し、前記支持基板の前記素子固定部に接合材を介して前記レーザダイオード素子の前記第1の電極が接続される光半導体装置であって、前記支持基板の前記素子固定部には、前記半導体基板と前記支持基板との熱膨張係数差に起因して、前記半導体基板に加わる応力を緩和・吸収するための第1の応力緩和層が設けられているものである。   An optical semiconductor device according to the present invention is formed on a semiconductor substrate, a multilayer semiconductor layer formed on a first surface of the semiconductor substrate and having a resonator for laser oscillation, and the multilayer semiconductor layer. A laser diode element having a first electrode in which conductor layers are stacked in multiple layers, and a second electrode formed on a second surface opposite to the first surface of the semiconductor substrate; A support substrate having an element fixing portion made of a conductor layer for fixing the first electrode of the laser diode element on the surface of the laser diode element, and the laser is interposed between the element fixing portion of the support substrate and a bonding material. An optical semiconductor device to which the first electrode of a diode element is connected, wherein the element fixing portion of the support substrate has a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor substrate and the support substrate. Relax and absorb stress applied to the substrate First stress relieving layer to is one that is provided.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

支持基板の素子固定部に応力緩和層を設けることにより、半導体基板と支持基板との熱膨張係数差に起因して、前記半導体基板に加わる応力を緩和・吸収することができる。   By providing the stress relaxation layer in the element fixing portion of the support substrate, the stress applied to the semiconductor substrate due to the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor substrate and the support substrate can be relaxed and absorbed.

これにより、半導体基板と支持基板の線膨張係数差に起因して半導体基板に残留する歪み応力を低減することができるので、レーザダイオード素子の特性変動を低減することができる。   As a result, the strain stress remaining on the semiconductor substrate due to the difference in linear expansion coefficient between the semiconductor substrate and the support substrate can be reduced, so that the characteristic variation of the laser diode element can be reduced.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

(実施の形態1)
図1は、本実施の形態の光半導体装置を示す要部破断斜視図である。光半導体装置1は、円盤状のステム2と、このステム2の上面を覆うキャップ3とを備えたパッケージ(封止容器)を有しており、キャップ3の内部にはGaAsチップ4が封止されている。ステム2は、直径が5.6mm程度、厚さが1.2mm程度のFe合金からなる。キャップ3の底部の外周に設けられたフランジ部5は、図示しない接合材によってステム2の上面に固定されている。キャップ3の上面の中央部分には、透明なガラス板6が接合された丸穴7が設けられている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a fragmentary perspective view showing an optical semiconductor device of the present embodiment. The optical semiconductor device 1 has a package (sealing container) including a disc-shaped stem 2 and a cap 3 that covers the upper surface of the stem 2, and a GaAs chip 4 is sealed inside the cap 3. Has been. The stem 2 is made of an Fe alloy having a diameter of about 5.6 mm and a thickness of about 1.2 mm. The flange portion 5 provided on the outer periphery of the bottom portion of the cap 3 is fixed to the upper surface of the stem 2 by a bonding material (not shown). A round hole 7 to which a transparent glass plate 6 is joined is provided in the central portion of the upper surface of the cap 3.

ステム2の上面の中央近傍には、例えばCuのような熱伝導性が良好な金属からなるヒートシンク8が搭載されている。このヒートシンク8は、ロウ材(図示せず)を介してステム2の上面に接合されている。ヒートシンク8の一側面には、半田(図示せず)を介してサブマウント(支持基板)9が固定されており、このサブマウント9の一面には、半導体レーザ素子が形成されたGaAsチップ4が実装されている。   Near the center of the upper surface of the stem 2, a heat sink 8 made of a metal having good thermal conductivity such as Cu is mounted. The heat sink 8 is joined to the upper surface of the stem 2 via a brazing material (not shown). A submount (support substrate) 9 is fixed to one side of the heat sink 8 via solder (not shown), and a GaAs chip 4 on which a semiconductor laser element is formed is formed on one side of the submount 9. Has been implemented.

サブマウント9は、GaAsチップ4の支持基板となるもので、熱伝導性が良好で、かつ熱膨張係数がGaAsチップ4のそれに近い材料、例えばAlN(窒化アルミニウム)、SiC(炭化珪素)などからなる。なお、GaAsチップ4の線膨張係数は、5.9×10−6/℃である。また、AlNとSiCの線膨張係数は、それぞれ4.6×10−6/℃、4.0×10−6/℃である。 The submount 9 serves as a support substrate for the GaAs chip 4 and is made of a material having good thermal conductivity and a thermal expansion coefficient close to that of the GaAs chip 4, such as AlN (aluminum nitride), SiC (silicon carbide). Become. The linear expansion coefficient of the GaAs chip 4 is 5.9 × 10 −6 / ° C. The linear expansion coefficient of AlN and SiC are each 4.6 × 10 -6 /℃,4.0×10 -6 / ℃ .

GaAsチップ4の表面には、図1には示さない電極(n型電極)が形成されており、この電極とヒートシンク8とがAuワイヤ10によって電気的に接続されている。後述するように、GaAsチップ4は、発光部となる主面側をサブマウント9と対向させるジャンクションダウン方式によって、サブマウント9の表面に実装されている。   An electrode (n-type electrode) not shown in FIG. 1 is formed on the surface of the GaAs chip 4, and this electrode and the heat sink 8 are electrically connected by an Au wire 10. As will be described later, the GaAs chip 4 is mounted on the surface of the submount 9 by a junction down system in which a main surface serving as a light emitting portion is opposed to the submount 9.

GaAsチップ4は、その両端部(図1では上端部および下端部)からレーザ光を出射する。そのため、GaAsチップ4を支持するサブマウント9は、チップ実装面がステム2の上面に対して垂直な方向を向くようにヒートシンク8に固定されている。GaAsチップ4の上端部から放射されたレーザ光は、キャップ3の丸穴7を通じて外部に放射される。   The GaAs chip 4 emits laser light from its both ends (upper end and lower end in FIG. 1). Therefore, the submount 9 that supports the GaAs chip 4 is fixed to the heat sink 8 so that the chip mounting surface faces a direction perpendicular to the upper surface of the stem 2. Laser light emitted from the upper end of the GaAs chip 4 is emitted to the outside through the circular hole 7 of the cap 3.

ステム2の下面には、3本のリード12a、12b、12cが取り付けられている。そのうち、2本のリード12a、12bは、絶縁体13を介してステム2に貫通状態で固定されている。ステム2の上面側に突出したリード12aの上端部とヒートシンク8とは、Auワイヤ11によって電気的に接続されている。図には示さないが、Auワイヤ11は、ヒートシンク8を介してGaAsチップ4の電極(p型電極)に電気的に接続されている。一方、リード12cは、ステム2の下面に固定されており、ステム2と電気的に等電位状態になっている。   Three leads 12a, 12b, and 12c are attached to the lower surface of the stem 2. Among them, the two leads 12 a and 12 b are fixed to the stem 2 through the insulator 13 in a penetrating manner. The upper end portion of the lead 12 a protruding to the upper surface side of the stem 2 and the heat sink 8 are electrically connected by the Au wire 11. Although not shown in the drawing, the Au wire 11 is electrically connected to the electrode (p-type electrode) of the GaAs chip 4 via the heat sink 8. On the other hand, the lead 12 c is fixed to the lower surface of the stem 2 and is in an electrically equipotential state with the stem 2.

図2は、GaAsチップ4とサブマウント9の接合部を示す拡大断面図である。ここでは、マルチビームレーザダイオード素子の一例として、2ビームの構造を有するGaAsチップ4を示している。   FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a joint portion between the GaAs chip 4 and the submount 9. Here, a GaAs chip 4 having a two-beam structure is shown as an example of a multi-beam laser diode element.

GaAsチップ4は、n型のGaAs基板4aの表面に形成された化合物半導体からなる多層の半導体層と、GaAs基板4aの裏面に形成されたn型電極20とを有している。共通電極であるn型電極20は、例えばGaAs基板4aに近い側からAuGeNi層とCr層とAu層とを順次積層した構造になっている。GaAs基板4aの厚さは、100μm程度である。   The GaAs chip 4 has a multilayer semiconductor layer made of a compound semiconductor formed on the surface of an n-type GaAs substrate 4a, and an n-type electrode 20 formed on the back surface of the GaAs substrate 4a. The n-type electrode 20 that is a common electrode has a structure in which, for example, an AuGeNi layer, a Cr layer, and an Au layer are sequentially stacked from the side close to the GaAs substrate 4a. The thickness of the GaAs substrate 4a is about 100 μm.

また、半導体層は、例えばGaAs基板4aに近い側からn型バッファ層23、n型クラッド層24、活性層25、p型クラッド層26、p型エッチストップ層27とを順次積層した構造になっており、p型エッチストップ層27の上部には、凸状のリッジ部28が所定の間隔を置いて2個形成されている。この多層の半導体装置の中層には、レーザ発振をする共振器が形成されている。   The semiconductor layer has a structure in which, for example, an n-type buffer layer 23, an n-type cladding layer 24, an active layer 25, a p-type cladding layer 26, and a p-type etch stop layer 27 are sequentially stacked from the side close to the GaAs substrate 4a. In the upper part of the p-type etch stop layer 27, two convex ridges 28 are formed at a predetermined interval. A resonator that performs laser oscillation is formed in the middle layer of the multilayer semiconductor device.

上記多層の半導体層のうち、n型バッファ層23は厚さ0.5μmのGaAs層で形成され、n型クラッド層24は厚さ2.0μmのAlGaInPで形成されている。活性層25は厚さ5nmのAlGaInP層からなる障壁層と、厚さ6nmのGaInP層からなり井戸層とで形成されている。この井戸層は、3層の多重量子井戸構造を有している。p型クラッド層26は厚さ0.3μmのAlGaInP層で形成され、p型エッチストップ層27は厚さ5nmのGaInP層で形成されている。凸状のリッジ部28は、厚さ1.2μmのAlGaInP層と、厚さ0.4μmのGaAs層からなるp型コンタクト層とで形成されている。   Of the multilayer semiconductor layers, the n-type buffer layer 23 is formed of a GaAs layer having a thickness of 0.5 μm, and the n-type cladding layer 24 is formed of AlGaInP having a thickness of 2.0 μm. The active layer 25 is formed of a barrier layer made of an AlGaInP layer having a thickness of 5 nm and a well layer made of a GaInP layer having a thickness of 6 nm. This well layer has a three-layer multiple quantum well structure. The p-type cladding layer 26 is formed of an AlGaInP layer having a thickness of 0.3 μm, and the p-type etch stop layer 27 is formed of a GaInP layer having a thickness of 5 nm. The convex ridge portion 28 is formed of an AlGaInP layer having a thickness of 1.2 μm and a p-type contact layer made of a GaAs layer having a thickness of 0.4 μm.

上記リッジ部28の上部には、密着層29を介して応力緩和層30が形成されている。また、応力緩和層30の上部、すなわちGaAsチップ4の最表面には、バリア層31を介してAu層32が形成されている。密着層29、応力緩和層30、バリア層31およびAu層32は、GaAsチップ4のp型電極21を構成し、それぞれ周知の蒸着技術によって形成される。   A stress relaxation layer 30 is formed on the ridge portion 28 via an adhesion layer 29. An Au layer 32 is formed on the upper part of the stress relaxation layer 30, that is, on the outermost surface of the GaAs chip 4 with a barrier layer 31 interposed therebetween. The adhesion layer 29, the stress relaxation layer 30, the barrier layer 31, and the Au layer 32 constitute the p-type electrode 21 of the GaAs chip 4, and are each formed by a known vapor deposition technique.

上記応力緩和層30は、GaAsチップ4とサブマウント9の線膨張係数差に起因して発生する応力を吸収・緩和するために設けられており、本実施の形態では、例えば厚さが3μm以上のAuメッキ層で形成されている。密着層29は、半導体層と応力緩和層30との剥離を防ぐために設けられており、例えばTi/Pt/Auの3層膜で形成されている。また、バリア層31は、例えばTi/Ptの2層膜で形成されており、応力緩和層30を構成するAuメッキ層とAu層32との相互拡散を防ぐために設けられている。   The stress relaxation layer 30 is provided to absorb and relieve stress generated due to the difference in linear expansion coefficient between the GaAs chip 4 and the submount 9. In this embodiment, for example, the thickness is 3 μm or more. The Au plating layer. The adhesion layer 29 is provided in order to prevent the semiconductor layer and the stress relaxation layer 30 from peeling off, and is formed of, for example, a three-layer film of Ti / Pt / Au. The barrier layer 31 is formed of, for example, a two-layer film of Ti / Pt, and is provided to prevent mutual diffusion between the Au plating layer and the Au layer 32 constituting the stress relaxation layer 30.

一方、サブマウント9のチップ実装面には、GaAsチップ4が固定される素子固定部40が形成されている。素子固定部40は、サブマウント9に近い側から密着層41、応力緩和層42およびバリア層43の順に蒸着形成された3層膜からなる。応力緩和層42は、GaAsチップ4に設けられた応力緩和層30と同じく、GaAsチップ4とサブマウント9の線膨張係数差に起因して発生する応力を吸収・緩和するために設けられており、本実施の形態では、例えば厚さが3μm以上のAuメッキ層で形成されている。密着層41は、サブマウント9と応力緩和層42との剥離を防ぐために設けられており、応力緩和層42がAuの場合、例えばTi/Pt/Auの3層膜で形成されている。また、バリア層43は、例えばPt膜で形成されている。   On the other hand, an element fixing portion 40 to which the GaAs chip 4 is fixed is formed on the chip mounting surface of the submount 9. The element fixing portion 40 is formed of a three-layer film formed by vapor deposition in the order of the adhesion layer 41, the stress relaxation layer 42 and the barrier layer 43 from the side close to the submount 9. Similar to the stress relaxation layer 30 provided on the GaAs chip 4, the stress relaxation layer 42 is provided to absorb and relax the stress generated due to the difference in linear expansion coefficient between the GaAs chip 4 and the submount 9. In this embodiment, for example, it is formed of an Au plating layer having a thickness of 3 μm or more. The adhesion layer 41 is provided to prevent the submount 9 and the stress relaxation layer 42 from being peeled off. When the stress relaxation layer 42 is made of Au, it is formed of, for example, a three-layer film of Ti / Pt / Au. The barrier layer 43 is formed of, for example, a Pt film.

GaAsチップ4をサブマウント9の表面に実装するには、GaAsチップ4のp型電極21とサブマウント9の素子固定部40との間にAuSn半田34を介在させ、300℃〜350℃の温度でAuSn半田34を溶融させる。これにより、p型電極21の表面のAu層32と、溶融したAuSn半田34とが相互拡散・共晶化することによって、GaAsチップ4とサブマウント9が接合される。   In order to mount the GaAs chip 4 on the surface of the submount 9, AuSn solder 34 is interposed between the p-type electrode 21 of the GaAs chip 4 and the element fixing portion 40 of the submount 9, and a temperature of 300 ° C. to 350 ° C. Then, the AuSn solder 34 is melted. As a result, the Au layer 32 on the surface of the p-type electrode 21 and the molten AuSn solder 34 are interdiffused and eutectic, whereby the GaAs chip 4 and the submount 9 are joined.

図2には示さないが、GaAsチップ4のn型電極20には、図1に示したAuワイヤ10がボンディングされている。また、GaAsチップ4のp型電極21に電気的に接続されているサブマウント9の表面には、図1に示したAuワイヤ11がボンディングされている。そして、Auワイヤ10、11を通じてn型電極20とp型電極21の間に所定の電圧を印加することにより、リッジ部28の延在方向に直交するGaAsチップ4の両端面からレーザ光が出射される。   Although not shown in FIG. 2, the Au wire 10 shown in FIG. 1 is bonded to the n-type electrode 20 of the GaAs chip 4. Further, the Au wire 11 shown in FIG. 1 is bonded to the surface of the submount 9 electrically connected to the p-type electrode 21 of the GaAs chip 4. Then, by applying a predetermined voltage between the n-type electrode 20 and the p-type electrode 21 through the Au wires 10 and 11, laser light is emitted from both end faces of the GaAs chip 4 orthogonal to the extending direction of the ridge portion 28. Is done.

このように、本実施の形態では、GaAsチップ4のp型電極21に応力緩和層30を設け、かつサブマウント9のチップ実装面に形成した素子固定部40に応力緩和層42を設けている。ここで、応力緩和層30、42を構成するAuのヤング率は81GPaであり、GaAsのヤング率(=85.5GPa)よりも低い。従って、GaAsチップ4とサブマウント9の線膨張係数差に起因する残留応力は、これらの応力緩和層30、42によって吸収・緩和されることになる。これにより、GaAsチップ4の残留応力が低減されるので、2つのビーム間の波長特性、FFP特性、偏光特性などが均一化された2ビームレーザダイオードが得られる。   Thus, in this embodiment, the stress relaxation layer 30 is provided on the p-type electrode 21 of the GaAs chip 4, and the stress relaxation layer 42 is provided on the element fixing portion 40 formed on the chip mounting surface of the submount 9. . Here, the Young's modulus of Au constituting the stress relaxation layers 30 and 42 is 81 GPa, which is lower than that of GaAs (= 85.5 GPa). Therefore, the residual stress resulting from the difference in linear expansion coefficient between the GaAs chip 4 and the submount 9 is absorbed and relaxed by these stress relaxation layers 30 and 42. As a result, the residual stress of the GaAs chip 4 is reduced, so that a two-beam laser diode with uniform wavelength characteristics, FFP characteristics, polarization characteristics, etc. between the two beams can be obtained.

また、本実施の形態では、GaAsチップ4の応力緩和層30を厚さが3μm以上のAuメッキ層で形成しているので、最表面のAu層32を極めて薄く形成することができる。これにより、GaAsチップ4をサブマウント9に実装する際に、溶融したAuSn半田34とAu層32との過度な相互拡散が抑制されるので、偏析や拡散状態のばらつきによる接合部の信頼性の低下が抑制される。   In this embodiment, since the stress relaxation layer 30 of the GaAs chip 4 is formed of an Au plating layer having a thickness of 3 μm or more, the outermost Au layer 32 can be formed extremely thin. Thereby, when the GaAs chip 4 is mounted on the submount 9, excessive interdiffusion between the molten AuSn solder 34 and the Au layer 32 is suppressed, so that the reliability of the joint due to segregation or dispersion of the diffusion state is suppressed. Reduction is suppressed.

上記したGaAsチップ4のp型電極21は、最表面に従来と同じくAu層32を設けた構造になっており、素子固定部40も、応力緩和層42の両面に密着層41およびバリア層43を設けた構造になっている。従って、応力緩和層30、42を設けたことによって、GaAsチップ4とサブマウント9の接合強度が低下したり、ワイヤボンディング性が低下したりすることはない。   The p-type electrode 21 of the GaAs chip 4 has a structure in which the Au layer 32 is provided on the outermost surface in the same manner as in the past. The structure is provided. Therefore, by providing the stress relaxation layers 30 and 42, the bonding strength between the GaAs chip 4 and the submount 9 does not decrease, and the wire bonding property does not decrease.

(実施の形態2)
前記実施の形態1では、素子固定部40の応力緩和層42をAuメッキ層で形成したが、本実施の形態では、この応力緩和層42をAuよりもさらにヤング率が低い半田材料で形成している。Auよりも低ヤング率の半田材料としては、低融点半田(融点:139℃)として使用されているBi−Sn半田(ヤング率:33GPa)を例示することができる。また、Bi−Sn半田以外の低ヤング率の半田材料として、Sn−Ag系半田やSn−Ag−Cu系半田などを使用することもできる。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the stress relaxation layer 42 of the element fixing portion 40 is formed of an Au plating layer. In this embodiment, the stress relaxation layer 42 is formed of a solder material having a Young's modulus lower than that of Au. ing. As a solder material having a Young's modulus lower than that of Au, Bi-Sn solder (Young's modulus: 33 GPa) used as a low melting point solder (melting point: 139 ° C.) can be exemplified. In addition, Sn—Ag solder, Sn—Ag—Cu solder, or the like can be used as a solder material having a low Young's modulus other than Bi—Sn solder.

本実施の形態によれば、GaAsチップ4とサブマウント9の線膨張係数差に起因する残留応力を応力緩和層30、42によって吸収・緩和することができるので、前記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。   According to the present embodiment, the residual stress caused by the difference in linear expansion coefficient between the GaAs chip 4 and the submount 9 can be absorbed and relaxed by the stress relaxation layers 30 and 42, so that the same as in the first embodiment. An effect can be obtained.

(実施の形態3)
前記実施の形態1では、素子固定部40の応力緩和層42をAuメッキ層で形成したが、本実施の形態では、この応力緩和層42をAuよりもさらにヤング率が低いポリイミド樹脂(ヤング率:7GPa)で形成している。ポリイミド樹脂は、有機材料であるが、その溶融温度は、AuSn半田34の溶融温度よりも高いので、GaAsチップ4をサブマウント9に実装する際の高温にも耐えることができる。なお、ポリイミド樹脂は、絶縁材料であることから、GaAsチップ4とサブマウント9の電気的な導通性を確保するために、その膜厚を薄くすることが望ましい。
(Embodiment 3)
In the first embodiment, the stress relaxation layer 42 of the element fixing portion 40 is formed of an Au plating layer. However, in this embodiment, the stress relaxation layer 42 is formed of a polyimide resin having a Young's modulus lower than that of Au (Young's modulus). : 7 GPa). Although the polyimide resin is an organic material, its melting temperature is higher than the melting temperature of the AuSn solder 34, so that it can withstand high temperatures when the GaAs chip 4 is mounted on the submount 9. Since polyimide resin is an insulating material, it is desirable to reduce the film thickness in order to ensure electrical continuity between the GaAs chip 4 and the submount 9.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

前記実施の形態では、GaAsチップ4のp型電極21に応力緩和層30を設け、サブマウント9の素子固定部40に応力緩和層42を設けたが、サブマウント9の素子固定部40のみに応力緩和層42を設けるだけでもよく、p型電極21の応力緩和層30は、必ずしも必要ではない。   In the above embodiment, the stress relaxation layer 30 is provided on the p-type electrode 21 of the GaAs chip 4 and the stress relaxation layer 42 is provided on the element fixing portion 40 of the submount 9, but only on the element fixing portion 40 of the submount 9. Only the stress relaxation layer 42 may be provided, and the stress relaxation layer 30 of the p-type electrode 21 is not necessarily required.

前記実施の形態では、2ビームの構造を有するレーザダイオード素子に適用した例を説明したが、3ビーム以上の構造を有するマルチビームレーザダイオード素子に適用できることは勿論である。また、応力緩和層42は、同様の効果が得られるものであれば、Auメッキ層、半田、ポリイミド樹脂に限定されるものではない。   In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a laser diode element having a two-beam structure has been described, but it is needless to say that the present invention can be applied to a multi-beam laser diode element having a three-beam structure or more. Further, the stress relaxation layer 42 is not limited to an Au plating layer, solder, or polyimide resin as long as the same effect can be obtained.

本発明は、マルチビームレーザダイオード素子のみならず、シングルビームレーザダイオード素子に適用することもできる。この場合は、ロット間での偏光特性のばらつきを抑制することができる。   The present invention can be applied not only to a multi-beam laser diode element but also to a single beam laser diode element. In this case, variation in polarization characteristics between lots can be suppressed.

本発明は、レーザダイオード素子を有する光半導体装置に適用することができる。   The present invention can be applied to an optical semiconductor device having a laser diode element.

本発明の一実施の形態である光半導体装置を示す要部破断斜視図である。It is a principal part fracture perspective view showing an optical semiconductor device which is one embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態である光半導体装置の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the optical semiconductor device which is one embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 光半導体装置
2 ステム
3 キャップ
4 GaAsチップ
4a GaAs基板
5 フランジ部
6 ガラス板
7 丸穴
8 ヒートシンク
9 サブマウント
10、11 Auワイヤ
12a、12b、12c リード
13 絶縁体
20 n型電極
20a AuGeNi層
20b Cr層
20c Au層
21 p型電極
23 n型バッファ層
24 n型クラッド層
25 活性層
26 p型クラッド層
27 p型エッチストップ層
28 リッジ部
29 密着層
30 応力緩和層
31 バリア層
32 Au層
34 AuSn半田
40 素子固定部
41 密着層
42 応力緩和層
43 バリア層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical semiconductor device 2 Stem 3 Cap 4 GaAs chip 4a GaAs substrate 5 Flange part 6 Glass plate 7 Round hole 8 Heat sink 9 Submount 10, 11 Au wire 12a, 12b, 12c Lead 13 Insulator 20 N-type electrode 20a AuGeNi layer 20b Cr layer 20c Au layer 21 p-type electrode 23 n-type buffer layer 24 n-type cladding layer 25 active layer 26 p-type cladding layer 27 p-type etch stop layer 28 ridge portion 29 adhesion layer 30 stress relaxation layer 31 barrier layer 32 Au layer 34 AuSn solder 40 Element fixing part 41 Adhesion layer 42 Stress relaxation layer 43 Barrier layer

Claims (8)

半導体基板と、
前記半導体基板の第1の面に形成され、かつレーザ発振する共振器が形成される多層の半導体層と、
前記多層の半導体層上に形成される導体層を多層に積層した第1の電極と、
前記半導体基板の前記第1の面の反対面となる第2の面に形成される第2の電極とを有するレーザダイオード素子と、
前記第1の面に前記レーザダイオード素子の前記第1の電極を固定するための導体層からなる素子固定部を有する支持基板とを有し、
前記支持基板の前記素子固定部に接合材を介して前記レーザダイオード素子の前記第1の電極が接続される光半導体装置であって、
前記支持基板の前記素子固定部には、前記半導体基板と前記支持基板との熱膨張係数差に起因して、前記半導体基板に加わる応力を緩和・吸収するための第1の応力緩和層が設けられていることを特徴とする光半導体装置。
A semiconductor substrate;
A multi-layered semiconductor layer formed on the first surface of the semiconductor substrate and formed with a laser that oscillates;
A first electrode in which a conductor layer formed on the multilayer semiconductor layer is laminated in multiple layers;
A laser diode element having a second electrode formed on a second surface opposite to the first surface of the semiconductor substrate;
A support substrate having an element fixing portion made of a conductor layer for fixing the first electrode of the laser diode element on the first surface;
An optical semiconductor device in which the first electrode of the laser diode element is connected to the element fixing portion of the support substrate via a bonding material,
The element fixing portion of the support substrate is provided with a first stress relaxation layer for relaxing and absorbing stress applied to the semiconductor substrate due to a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor substrate and the support substrate. An optical semiconductor device.
前記レーザダイオード素子の前記第1の電極には、前記半導体基板と前記支持基板との熱膨張係数差に起因して、前記半導体基板に加わる応力を緩和・吸収するための第2の応力緩和層が設けられていることを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。   The first electrode of the laser diode element has a second stress relaxation layer for relaxing and absorbing stress applied to the semiconductor substrate due to a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor substrate and the support substrate. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the optical semiconductor device is provided. 前記半導体基板の前記第1の面には、前記共振器が複数形成されていることを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。   2. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the resonators are formed on the first surface of the semiconductor substrate. 前記第1の応力緩和層は、Au層からなることを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。   The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the first stress relaxation layer is made of an Au layer. 前記第1の応力緩和層は、前記半導体基板よりもヤング率が小さい半田層からなることを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。   2. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the first stress relaxation layer comprises a solder layer having a Young's modulus smaller than that of the semiconductor substrate. 前記半田層は、Bi−Sn半田であることを特徴とする請求項5記載の光半導体装置。   6. The optical semiconductor device according to claim 5, wherein the solder layer is Bi-Sn solder. 前記第1の応力緩和層は、ポリイミド樹脂からなることを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。   The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the first stress relaxation layer is made of a polyimide resin. 前記第2の応力緩和層は、Au層からなることを特徴とする請求項2記載の光半導体装置。   The optical semiconductor device according to claim 2, wherein the second stress relaxation layer is made of an Au layer.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010278364A (en) * 2009-05-29 2010-12-09 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor device
WO2018016164A1 (en) * 2016-07-22 2018-01-25 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Element structure body and light emitting device
JP2018152454A (en) * 2017-03-13 2018-09-27 株式会社リコー Light source device and light source apparatus

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0740569A (en) * 1993-07-30 1995-02-10 Kyocera Corp Electronic component mounting structure
JPH08252688A (en) * 1995-03-17 1996-10-01 Fujitsu Ltd Solder alloy for low temperature bonding, electronic device using the same, and method of manufacturing the same
JP2002057401A (en) * 2000-08-10 2002-02-22 Sony Corp Semiconductor laser and semiconductor device
JP2003258365A (en) * 2001-12-25 2003-09-12 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor laser device, manufacturing method of thereof and semiconductor laser module

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0740569A (en) * 1993-07-30 1995-02-10 Kyocera Corp Electronic component mounting structure
JPH08252688A (en) * 1995-03-17 1996-10-01 Fujitsu Ltd Solder alloy for low temperature bonding, electronic device using the same, and method of manufacturing the same
JP2002057401A (en) * 2000-08-10 2002-02-22 Sony Corp Semiconductor laser and semiconductor device
JP2003258365A (en) * 2001-12-25 2003-09-12 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor laser device, manufacturing method of thereof and semiconductor laser module

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010278364A (en) * 2009-05-29 2010-12-09 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor device
WO2018016164A1 (en) * 2016-07-22 2018-01-25 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Element structure body and light emitting device
JPWO2018016164A1 (en) * 2016-07-22 2019-05-16 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Element structure and light emitting device
US11418004B2 (en) 2016-07-22 2022-08-16 Sony Semiconductor Solutions Corporation Element structure and light-emitting device
JP2018152454A (en) * 2017-03-13 2018-09-27 株式会社リコー Light source device and light source apparatus

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