(57)【要約】【課題】  製造時に生じる半導体チップへの残留応力を抑制することができつつ、駆動時の排熱の効率を維持することができる半導体装置を提供する。【解決手段】  接合体５は、サブマウント３を挟むように配置されてサブマウント３の側部にそれぞれ接合される一対の接合部５１，５１と、一対の接合部５１，５１がサブマウント３を挟む方向に沿って配置され、一対の接合部５１，５１を連結する連結部５２とを備える。そして、サブマウント３の線熱膨張率が、当該挟む方向において、半導体チップ２の線熱膨張率よりも大きい場合には、接合体５のうち、少なくとも連結部５２の線熱膨張率は、当該挟む方向において、サブマウント３の線熱膨張率よりも小さい。【選択図】  図１
2015191950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
前記半導体チップが搭載されるサブマウントと、
前記サブマウントに接合される接合体と、を備え、
前記接合体は、前記サブマウントを挟むように配置されて前記サブマウントの側部にそれぞれ接合される一対の接合部と、前記一対の接合部が前記サブマウントを挟む方向に沿って配置され、前記一対の接合部を連結する連結部とを備え、
前記サブマウントの線熱膨張率は、前記挟む方向において、前記半導体チップの線熱膨張率よりも大きく、
前記接合体のうち、少なくとも前記連結部の線熱膨張率は、前記挟む方向において、前記サブマウントの線熱膨張率よりも小さい半導体装置。
【請求項２】
半導体チップと、
前記半導体チップが搭載されるサブマウントと、
前記サブマウントに接合される接合体と、を備え、
前記接合体は、前記サブマウントを挟むように配置されて前記サブマウントの側部にそれぞれ接合される一対の接合部と、前記一対の接合部が前記サブマウントを挟む方向に沿って配置され、前記一対の接合部を連結する連結部とを備え、
前記サブマウントの線熱膨張率は、前記挟む方向において、前記半導体チップの線熱膨張率よりも小さく、
前記接合体のうち、少なくとも前記連結部の線熱膨張率は、前記挟む方向において、前記サブマウントの線熱膨張率よりも大きい半導体装置。
【請求項３】
前記接合体のうち、少なくとも前記連結部の線熱膨張率は、前記挟む方向において、前記半導体チップの線熱膨張率よりも小さい請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記接合体のうち、少なくとも前記連結部の線熱膨張率は、前記挟む方向において、前記半導体チップの線熱膨張率よりも大きい請求項２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップと、半導体チップが搭載されるサブマウントとを備える半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置として、半導体チップと、半導体チップが搭載され、半導体チップと異なる線熱膨張率を有するサブマウントとを備える半導体装置が知られている。斯かる半導体装置において、製造時には、半導体チップとサブマウントとがハンダ等で接合されるため、半導体チップとサブマウントとが加熱及び冷却される。
【０００３】
このとき、半導体チップとサブマウントとの線熱膨張率が異なるため、半導体装置として完成した際に、半導体チップに大きい残留応力が生じる。これにより、半導体チップが損傷することもある。そこで、サブマウントの上面及び下面に被覆層を備える半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１）。これにより、半導体装置として完成した際に、半導体チップに生じる残留応力を抑制することができる。
【０００４】
ところで、斯かる半導体装置において、駆動時には、半導体チップから発生する熱は、サブマウントを経由して、サブマウントに接合されているヒートシンクから排出される。しかしながら、特許文献１に係る半導体装置においては、半導体チップ及びサブマウント間や、サブマウント及びヒートシンク間に、被覆層が介在しているため、その排熱の効率が低下するという問題を生じさせている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２７８３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
よって、本発明は、斯かる事情に鑑み、製造時に生じる半導体チップへの残留応力を抑制することができると共に、駆動時の排熱の効率を維持することができる半導体装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップが搭載されるサブマウントと、前記サブマウントに接合される接合体と、を備え、前記接合体は、前記サブマウントを挟むように配置されて前記サブマウントの側部にそれぞれ接合される一対の接合部と、前記一対の接合部が前記サブマウントを挟む方向に沿って配置され、前記一対の接合部を連結する連結部とを備え、前記サブマウントの線熱膨張率は、前記挟む方向において、前記半導体チップの線熱膨張率よりも大きく、前記接合体のうち、少なくとも前記連結部の線熱膨張率は、前記挟む方向において、前記サブマウントの線熱膨張率よりも小さい。
【０００８】
本発明に係る半導体装置によれば、一対の接合部は、サブマウントを挟むように配置され、サブマウントの側部にそれぞれ接合されている。また、連結部は、一対の接合部がサブマウントを挟む方向に沿って配置され、一対の接合部を連結している。そして、接合体のうち、少なくとも連結部の線熱膨張率は、当該挟む方向において、サブマウントの線熱膨張率よりも小さい。
【０００９】
これにより、製造時に、サブマウントが昇温して熱膨張する際に、接合体は、サブマウントが当該挟む方向で熱膨張することを抑制できる。したがって、当該挟む方向において、サブマウントの線熱膨張率が半導体チップの線熱膨張率よりも大きいのに対して、サブマウントの実際の熱膨張がその線熱膨張率に基づく熱膨張よりも小さくなる。
【００１０】
その結果、当該挟む方向において、半導体チップとサブマウントとの熱膨張差が緩和されるため、製造時に生じる半導体チップへの残留応力を抑制することができる。しかも、接合体が半導体チップとサブマウントとの間に介在していないため、駆動時の排熱の効率を維持することもできる。
【００１１】
また、本発明に係る半導体装置においては、前記接合体のうち、少なくとも前記連結部の線熱膨張率は、前記挟む方向において、前記半導体チップの線熱膨張率よりも小さい、という構成でもよい。
【００１２】
斯かる構成によれば、接合体のうち、少なくとも連結部の線熱膨張率が、挟む方向において、半導体チップの線熱膨張率よりも小さいため、半導体チップとサブマウントとの熱膨張差が、さらに緩和される。したがって、製造時に生じる半導体チップへの残留応力を効果的に抑制することができる。
【００１３】
また、本発明に係る半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップが搭載されるサブマウントと、前記サブマウントに接合される接合体と、を備え、前記接合体は、前記サブマウントを挟むように配置されて前記サブマウントの側部にそれぞれ接合される一対の接合部と、前記一対の接合部が前記サブマウントを挟む方向に沿って配置され、前記一対の接合部を連結する連結部とを備え、前記サブマウントの線熱膨張率は、前記挟む方向において、前記半導体チップの線熱膨張率よりも小さく、前記接合体のうち、少なくとも前記連結部の線熱膨張率は、前記挟む方向において、前記サブマウントの線熱膨張率よりも大きい。
【００１４】
本発明に係る半導体装置によれば、一対の接合部は、サブマウントを挟むように配置され、サブマウントの側部にそれぞれ接合されている。また、連結部は、一対の接合部がサブマウントを挟む方向に沿って配置され、一対の接合部を連結している。そして、接合体のうち、少なくとも連結部の線熱膨張率は、当該挟む方向において、サブマウントの線熱膨張率よりも大きい。
【００１５】
これにより、製造時に、サブマウントが昇温して熱膨張する際に、接合体は、サブマウントが当該挟む方向で熱膨張することを促進できる。したがって、当該挟む方向において、サブマウントの線熱膨張率が半導体チップの線熱膨張率よりも小さいのに対して、サブマウントの実際の熱膨張がその線熱膨張率に基づく熱膨張よりも大きくなる。
【００１６】
その結果、当該挟む方向において、半導体チップとサブマウントとの熱膨張差が緩和されるため、製造時に生じる半導体チップへの残留応力を抑制することができる。しかも、接合体が半導体チップとサブマウントとの間に介在していないため、駆動時の排熱の効率を維持することもできる。
【００１７】
また、本発明に係る半導体装置においては、前記接合体のうち、少なくとも前記連結部の線熱膨張率は、前記挟む方向において、前記半導体チップの線熱膨張率よりも大きい、という構成でもよい。
【００１８】
斯かる構成によれば、接合体のうち、少なくとも連結部の線熱膨張率は、挟む方向において、半導体チップの線熱膨張率よりも大きいため、半導体チップとサブマウントとの熱膨張差が、さらに緩和される。したがって、製造時に生じる半導体チップへの残留応力を効果的に抑制することができる。
【００１９】
以上の如く、本発明に係る半導体装置は、製造時に生じる半導体チップへの残留応力を抑制することができると共に、駆動時の排熱の効率を維持することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の斜視図である。
【図２】同実施形態に係る半導体装置の平面図である。
【図３】同実施形態に係る半導体装置の図２におけるIII−III線断面図である。
【図４】同実施形態に係る半導体チップの残留応力を検証した位置を示す斜視図である。
【図５】同実施形態に係る半導体チップにおいて、長手方向の位置に対する残留応力のグラフを示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る半導体装置の縦断面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係る半導体装置の斜視図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態に係る半導体装置の斜視図である。
【図９】同実施形態に係る半導体装置の図８におけるIX−IX線断面図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態に係る半導体装置の斜視図である。
【図１１】同実施形態に係る半導体装置の図１０におけるXI−XI線断面図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態に係る半導体装置の斜視図である。
【図１３】同実施形態に係る半導体装置の図１２におけるXIII−XIII線断面図である。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態に係る半導体装置の斜視図である。
【図１５】同実施形態に係る半導体装置の図１４におけるXV−XV線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る半導体装置における一実施形態について、図１〜図５を参酌して説明する。なお、各図（図６〜図１５も同様）において、図面の寸法比と実際の寸法比とは、必ずしも一致していない。
【００２２】
図１〜図３に示すように、本実施形態に係る半導体装置１は、発光する半導体チップ２と、半導体チップ２が表面（一方面）側に搭載されるサブマウント３と、例えばＡｕ−Ｓｎハンダ等で構成され、半導体チップ２とサブマウント３とを接合する第１の接合層４とを備えている。そして、半導体装置１は、サブマウント３に接合される接合体５を備えている。
【００２３】
また、半導体装置１は、半導体チップ２とサブマウント３とを電気的に接続する複数のワイヤ６を備えている。さらに、半導体装置１は、半導体チップ２で発生する熱を放出するためのヒートシンク７と、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕハンダ等で構成され、サブマウント３とヒートシンク７とを接合する第２の接合層８とを備えている。なお、ヒートシンク７及び第２の接合層８は、図３のみに図示している。
【００２４】
半導体チップ２は、その大部分を構成する半導体チップ基材２１と、半導体チップ基材２１の内部に形成され、光エミッタを構成する光半導体素子２２と、アレイ状に配置され、光半導体素子２２からの光を取り出すための複数の光取り出し部２３とを備えている。また、半導体チップ２は、半導体チップ基材２１の表面（一方面）側に形成される第１の電極層２４と、半導体チップ基材２１の裏面（他方面）側に形成される第２の電極層２５とを備えている。
【００２５】
半導体チップ２は、長尺に形成されている。具体的には、半導体チップ２は、矩形状に形成されている。なお、複数(本実施形態においては、２０個)の光取り出し部２３は、半導体チップ２の長手方向に沿って並列されている。また、半導体チップ２は、板状に形成されている。
【００２６】
半導体チップ２の線熱膨張率（線熱膨張係数）は、サブマウント３の線熱膨張率よりも小さい。例えば、半導体チップ基材２１は、ＧａＡｓ（線熱膨張率：５．６ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率：５２Ｗ／（ｍ・Ｋ））等で形成され、光半導体素子２２は、ＧａＡｓ系化合物等で形成され、第１の電極層２４は、Ａｕ等で形成され、そして、第２の電極層２５は、Ａｕ等で形成されている。なお、半導体チップ２の線熱膨張率は、大部分を構成する半導体チップ基材２１の線熱膨張率と略同じである。
【００２７】
サブマウント３は、その大部分を構成するサブマウント基材３１を備えている。また、サブマウント３は、サブマウント基材３１の表面側に形成される第１の導電層３２と、サブマウント基材３１の表面側に形成され、第１の導電層３２と離間する第２の導電層３３とを備えている。
【００２８】
サブマウント３は、長尺に形成されている。具体的には、サブマウント３は、矩形状に形成されている。そして、サブマウント３は、長手方向が半導体チップ２の長手方向と平行となるように、配置されている。また、サブマウント３は、板状に形成されている。
【００２９】
サブマウント３の線熱膨張率は、半導体チップ２の線熱膨張率よりも大きい。また、サブマウント３の熱伝導率は、半導体チップ２の熱伝導率よりも大きい。
【００３０】
例えば、サブマウント基材３１は、Ｃｕ（線熱膨張率：１７ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率：３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ））や配向性炭素系材料（積層方向の線熱膨張率：２５ｐｐｍ／Ｋ、積層面内方向の熱伝導率：１７００Ｗ／（ｍ・Ｋ））等で形成され、第１の導電層３２は、Ａｕ等で形成され、そして、第２の導電層３３は、Ａｕ等で形成されている。なお、サブマウント３の線熱膨張率及び熱伝導率は、大部分を構成するサブマウント基材３１の線熱膨張率及び熱伝導率と略同じである。
【００３１】
接合体５は、サブマウント３の側部にそれぞれ接合される一対の接合部５１，５１と、一対の接合部５１，５１を連結する連結部５２，５２とを備えている。各接合部５１と各連結部５２とは、同じ材料で形成され、具体的には、一体成形されている。
【００３２】
各接合部５１は、サブマウント３の短手方向に沿う側部に接合（不動に固定）されている。具体的には、各接合部５１は、サブマウント３の短手方向に沿う側面の全面を覆うようにして（即ち、側面の短手方向の全体及び厚み方向の全体に亘って）配置されている。そして、一対の接合部５１，５１は、サブマウント３の長手方向で離間するようにして、配置されている。これにより、一対の接合部５１，５１は、サブマウント３の長手方向でサブマウント３を挟むようにして、配置されている。
【００３３】
各連結部５２は、一対の接合部５１，５１がサブマウント３を挟む方向（即ち、サブマウント３の長手方向）に沿って配置されている。そして、各連結部５２は、一対の接合部５１，５１の端部同士を連結し、サブマウント３の長手方向に沿う側部に沿って配置されている。
【００３４】
また、各連結部５２は、サブマウント３の長手方向に沿う側面の全面を覆うようにして（即ち、側面の長手方向の全体及び厚み方向の全体に亘って）配置されている。なお、各連結部５２は、サブマウント３の長手方向に沿う側部と接触している一方、接合（不動に固定）されていない。
【００３５】
接合体５の線熱膨張率は、サブマウント３の長手方向の線熱膨張率よりも小さい。具体的には、接合体５の線熱膨張率は、半導体チップ２の長手方向の線熱膨張率よりも小さい。また、接合体５の熱伝導率は、サブマウント３の厚み方向の熱伝導率よりも小さいものから選択される。
【００３６】
例えば、接合体５は、ＡｌＮ（線熱膨張率：４．４ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率：１８０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ＣＶＤダイヤモンド（線熱膨張率：１．０ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率：１１００Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ｓｉ（線熱膨張率：２．６ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率：１５６Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ＳｉＣ（線熱膨張率：３．３ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率：１３５Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ＳｉＯ２（線熱膨張率：０．５ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率：１．３８Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ｉｎｖａｒ（線熱膨張率：２．６ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率：１３Ｗ／（ｍ・Ｋ））やＫｏｖａｒの低熱膨張Ｆｅ−Ｎｉ合金等で形成されている。
【００３７】
ワイヤ６の一端部は、第１の電極層２４に接続され、ワイヤ６の他端部は、第１の導電層３２に接続されている。これにより、半導体チップ２の第１の電極層２４とサブマウント３の第１の導電層３２とが、電気的に接続されている。例えば、ワイヤ６は、Ａｕ等で形成されている。
【００３８】
ヒートシンク７は、矩形状に形成されている。例えば、ヒートシンク７は、Ｃｕ等の熱伝導率の高い材料で形成されている。なお、ヒートシンク７は、半導体チップ２及びサブマウント３が搭載される表面（一方面）と反対側、即ち、裏面（他方面）側に、排熱するための冷却機構（図示していない）を備えていてもよい。
【００３９】
斯かる半導体装置１においては、以下の機能を有する。例えば、第１の導電層３２に、電源の負極が接続され、第２の導電層３３に、電源の正極が接続される。そして、この電源を通じて、第１の導電層３２と第２の導電層３３との間に、電圧が印加されることにより、半導体チップ２において、第１の電極層２４と第２の電極層２５との間に、電圧が印加される。これにより、半導体チップ２の光半導体素子２２に、電流が供給されるため、光半導体素子２２が発光する。そして、その光が複数の光取り出し部２３から取り出される。
【００４０】
また、斯かる半導体装置１は、以下のようにして製造される。まず、サブマウント基材３１の表面側に、第１の導電層３２及び第２の導電層３３が形成された状態で、第２の導電層３３の上に、第１の接合層４が形成される。その後、第１の接合層４の上に、半導体チップ２が載置される。そして、例えば、それらが約３２０℃にまで加熱されることにより、第１の接合層４が溶融する。このとき、半導体チップ２とサブマウント３とは、接合されていないため、お互いに自由に熱膨張する。
【００４１】
その後、加熱を停止し、例えば、それらが第１の接合層４の溶融温度である約２８０℃より低い温度に低下することにより、第１の接合層４が固化する。このとき、半導体チップ２とサブマウント３とは、第１の接合層４で接合され、お互いに拘束し合って熱収縮する。したがって、半導体チップ２に残留応力が生じる。そして、それらが室温程度にまで温度を低下することにより、半導体チップ２とサブマウント３とが完全に一体化される。
【００４２】
本実施形態に係る半導体装置１の構成については以上の通りであり、次に、本実施形態に係る半導体装置１の効果について、図４及び図５を参酌して、検証する。
【００４３】
（実施例及び比較例）
実施例は、ＳｉＣで形成される接合体５，５を備える半導体装置１とし、比較例は、接合体５を備えていない半導体装置とした。なお、接合体５の有無以外の構成は、実施例及び比較例で同じある。
【００４４】
例えば、半導体チップ２は、長さ８ｍｍ×幅１ｍｍ×厚み０．０７ｍｍの寸法であり、半導体チップ基材２１は、ＧａＡｓで形成されている。サブマウント３は、長さ１２ｍｍ×幅３．５ｍｍ×厚み０．８ｍｍの寸法であり、サブマウント基材３１は、配向性炭素系材料で形成されている。第１の接合層４は、Ａｕ−Ｓｎハンダであり、長さ８．３５ｍｍ×幅１．３５ｍｍ×厚み５．６μｍの寸法である。実施例の各接合体５の外形は、長さ１６ｍｍ×幅７．５ｍｍ×厚み０．８ｍｍの寸法である。
【００４５】
ここで、配向性炭素系材料で形成されているサブマウント基材３１について、図４を参酌して、説明する。なお、図４は、構成を理解しやすいように、半導体チップ２、サブマウント基材３１、及び接合体５のみ示している。
【００４６】
図４に示すように、サブマウント基材３１は、複数の層状体が該層状体の厚み方向（層状体の面に沿う面方向と直交する方向）で積層されることにより、構成されている。具体的には、サブマウント基材３１は、複数の層状体がサブマウント３の長手方向で積層されることにより、構成されている。なお、層状体は、配向性炭素系材料である異方性グラフェンシートとしている。
【００４７】
そして、サブマウント基材３１の長手方向（層状体の積層方向、層状体の厚み方向）の線熱膨張率（２５ｐｐｍ／Ｋ）は、半導体チップ２の線熱膨張率（５．６ｐｐｍ／Ｋ）よりも大きい。また、接合体５の線熱膨張率（３．３ｐｐｍ／Ｋ）は、サブマウント基材３１の長手方向の線熱膨張率よりも小さく、さらに、半導体チップ２の線熱膨張率よりも小さい。なお、サブマウント基材３１の短手方向（積層面内方向、層状体の面方向）の線熱膨張率（−０．６ｐｐｍ／Ｋ）は、半導体チップ２及び接合体５の線熱膨張率よりも小さい。
【００４８】
そして、サブマウント３の線熱膨張率は、大部分を構成するサブマウント基材３１の線熱膨張率と略同じである。したがって、サブマウント３の長手方向の線熱膨張率は、半導体チップ２の線熱膨張率よりも大きく、そして、接合体５の線熱膨張率は、サブマウント３の長手方向の線熱膨張率よりも小さく、さらに、半導体チップ２の線熱膨張率よりも小さい。
【００４９】
また、サブマウント基材３１の厚み方向及び短手方向（層状体の面方向）の熱伝導率（１，７００Ｗ／（ｍ・Ｋ））は、半導体チップ２の熱伝導率（５２Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも大きい。さらに、サブマウント基材３１の厚み方向及び短手方向の熱伝導率は、接合体５の熱伝導率（１３５Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも大きい。なお、サブマウント基材３１の長手方向（層状体の厚み方向）の熱伝導率（７Ｗ／（ｍ・Ｋ））は、半導体チップ２及び接合体５の熱伝導率よりも小さい。
【００５０】
そして、サブマウント３の熱伝導率は、大部分を構成するサブマウント基材３１の熱伝導率と略同じである。したがって、サブマウント３の厚み方向の熱伝導率（即ち、半導体チップ２からヒートシンク７に向けて熱伝導するサブマウント３の熱伝導率）は、半導体チップ２の熱伝導率よりも大きく、さらに、接合体５の熱伝導率よりも大きい。
【００５１】
（検証方法）
上記の実施例及び比較例に対して、サブマウント３の表面側に形成された第１の接合層４上に半導体チップ２を載置した状態で温度２８０℃まで加熱し、その状態から２２℃まで温度を低下させた。そして、半導体チップ２とサブマウント３とが接合した際に、半導体チップ２に生じる残留応力（長手方向の残留応力）を算出した。斯かる残留応力を算出する位置Ｐ１は、図４に示すように、半導体チップ２の短手方向の中央線上の位置であって、長手方向の一端部Ｅ１から他端部Ｅ２までの位置とした。
【００５２】
（検証結果）
図５に示すように、実施例の残留応力は、比較例の残留応力に対して明らかに小さくなっている。したがって、実施例においては、半導体チップ２とサブマウント３とが第１の接合層４で接合される際に、接合体５は、サブマウント３が長手方向で熱膨張することを抑制することで、サブマウント３の長手方向の熱膨張を半導体チップ２の熱膨張に近づけている。その結果、接合体５の作用により、製造時に生じる半導体チップ２への残留応力を効果的に抑制することができている。
【００５３】
なお、半導体チップ２から発生する熱は、サブマウント３を経由してヒートシンク７から排出される。そして、実施例と比較例とにおいては、その伝熱経路に係る構成が同じであるため、駆動時における排熱の効率は、実施例と比較例とで同じである。
【００５４】
以上より、本実施形態に係る半導体装置１によれば、一対の接合部５１，５１は、サブマウント３をサブマウント３の長手方向で挟むように配置され、サブマウント３の側部にそれぞれ接合されている。また、連結部５２は、サブマウント３の長手方向（即ち、一対の接合部５１，５１がサブマウント３を挟む方向）に沿って配置され、一対の接合部５１，５１を連結している。そして、接合体５のうち、少なくとも連結部５２の線熱膨張率は、サブマウント３の長手方向において、サブマウント３の線熱膨張率よりも小さい。
【００５５】
これにより、製造時に、サブマウント３が昇温して熱膨張する際に、接合体５は、サブマウント３がサブマウント３の長手方向で熱膨張することを抑制できる。したがって、サブマウント３の長手方向において、サブマウント３の線熱膨張率が半導体チップ２の線熱膨張率よりも大きいのに対して、サブマウント３の実際の熱膨張がその線熱膨張率に基づく熱膨張よりも小さくなる。
【００５６】
その結果、サブマウント３の長手方向において、半導体チップ２とサブマウント３との熱膨張差が緩和されるため、製造時に生じる半導体チップ２への残留応力を抑制することができる。しかも、接合体５が半導体チップ２とサブマウント３との間に介在していないため、駆動時の排熱の効率を維持することもできる。
【００５７】
また、本実施形態に係る半導体装置１によれば、接合体５のうち、少なくとも連結部５２の線熱膨張率が、サブマウント３の長手方向において、半導体チップ２の線熱膨張率よりも小さいため、半導体チップ２とサブマウント３との熱膨張差が、さらに緩和される。したがって、製造時に生じる半導体チップ２への残留応力を効果的に抑制することができる。
【００５８】
なお、本発明に係る半導体装置は、上記した実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものではない。また、本発明に係る半導体装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。
【００５９】
上記実施形態に係る半導体装置１においては、サブマウント３の線熱膨張率が、半導体チップ２の線熱膨張率よりも大きいのに対して、接合体５の線熱膨張率は、サブマウント３の線熱膨張率よりも小さく、さらに、半導体チップ２の線熱膨張率よりも小さい、という構成である。しかしながら、本発明に係る半導体装置１においては、斯かる構成に限らない。
【００６０】
具体的には、本発明に係る半導体装置１においては、サブマウント３の線熱膨張率が、半導体チップ２の線熱膨張率よりも大きいのに対して、接合体５の線熱膨張率は、サブマウント３の線熱膨張率よりも小さく且つ半導体チップ２の線熱膨張率よりも大きい、という構成でもよい。例えば、半導体チップ基材２１が、ＧａＡｓ（線熱膨張率：５．６ｐｐｍ）で形成され、サブマウント基材３１が、Ｃｕ（線熱膨張率：１７ｐｐｍ）で形成されているのに対して、接合体５は、ＣｕＷ（線熱膨張率：８．３ｐｐｍ）で形成されてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態に係る半導体装置１においては、サブマウント３の線熱膨張率は、半導体チップ２の線熱膨張率よりも大きく、接合体５の線熱膨張率は、サブマウント３の線熱膨張率よりも小さい、という構成である。しかしながら、本発明に係る半導体装置１においては、斯かる構成に限らない。
【００６２】
具体的には、本発明に係る半導体装置１においては、サブマウント３の線熱膨張率は、半導体チップ２の線熱膨張率よりも小さく、接合体５の線熱膨張率は、サブマウント３の線熱膨張率よりも大きい、という構成でもよい。さらに、斯かる構成においては、接合体５の線熱膨張率は、半導体チップ２の線熱膨張率よりも大きい、という構成でもよい。
【００６３】
なお、斯かる構成においては、例えば、半導体チップ基材２１は、ＧａＡｓ（線熱膨張率：５．６ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率：５２Ｗ／（ｍ・Ｋ））等で形成され、サブマウント基材３１は、ＡｌＮ（線熱膨張率：４．４ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率：１８０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ＣＶＤダイヤモンド（線熱膨張率：１．０ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率：１１００Ｗ／（ｍ・Ｋ））等で形成され、そして、接合体５は、Ｃｕ（線熱膨張率：１７ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率：３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ））やＡｌ（線熱膨張率：２３ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率：２３８Ｗ／（ｍ・Ｋ））等で形成されている。
【００６４】
斯かる構成によれば、一対の接合部５１，５１は、サブマウント３を挟むように配置され、サブマウント３の側部にそれぞれ接合されている。また、連結部５２は、一対の接合部５１，５１がサブマウント３を挟む方向に沿って配置され、一対の接合部５１，５１を連結している。そして、接合体５のうち、少なくとも連結部５２の線熱膨張率は、当該挟む方向において、サブマウント３の線熱膨張率よりも大きい。
【００６５】
これにより、製造時に、サブマウント３が昇温して熱膨張する際に、接合体５は、サブマウント３が当該挟む方向で熱膨張することを促進できる。したがって、当該挟む方向において、サブマウント３の線熱膨張率が半導体チップ２の線熱膨張率よりも小さいのに対して、サブマウント３の実際の熱膨張がその線熱膨張率に基づく熱膨張よりも大きくなる。
【００６６】
その結果、当該挟む方向において、半導体チップ２とサブマウント３との熱膨張差が緩和されるため、製造時に生じる半導体チップ２への残留応力を抑制することができる。しかも、接合体５が半導体チップ２とサブマウント３との間に介在していないため、駆動時の排熱の効率を維持することもできる。
【００６７】
また、上記実施形態に係る半導体装置１においては、接合体５は、サブマウント３の側面の厚み方向の全体に亘って配置されている、即ち、接合体５は、厚み寸法がサブマウント３の側面の厚み寸法と同じに形成されている、という構成である。しかしながら、本発明に係る半導体装置１においては、斯かる構成に限らない。具体的には、本発明に係る半導体装置１においては、図６に示すように、各接合体５は、サブマウント３の側面の厚み方向の一部に配置されている、という構成でもよい。
【００６８】
例えば、図６においては、各接合体５の下面（他方面）は、サブマウント３の下面（他方面）よりも上方側（一方側）に位置している。斯かる構成によれば、各接合体５とヒートシンク７との間に隙間が形成されることにより、例えば、各接合体５に製作上の寸法誤差が生じた場合でも、サブマウント３とヒートシンク７との接合状態を良好にすることができる。これにより、駆動時の排熱の効率を確実に維持することができる。
【００６９】
また、上記実施形態に係る半導体装置１においては、接合部５１は、サブマウント３の側面の全体に亘って配置されている、という構成である。しかしながら、本発明に係る半導体装置１においては、斯かる構成に限らない。具体的には、本発明に係る半導体装置１においては、図７に示すように、接合部５１は、サブマウント３の側面に断続的に配置されている、という構成でもよい。
【００７０】
また、上記実施形態に係る半導体装置１においては、連結部５２は、一対の接合部５１，５１の各端部同士を連結するように二つ備えられ、サブマウント３の長手方向に沿う両方の側部に沿って配置されている、という構成である。しかしながら、本発明に係る半導体装置１においては、斯かる構成に限らない。
【００７１】
例えば、本発明に係る半導体装置１においては、図８及び図９に示すように、連結部５２は、一対の接合部５１，５１の一端部同士を連結するように一つ備えられ、サブマウント３の長手方向に沿う一方の側部に沿って配置されている、という構成でもよい。即ち、接合体５は、サブマウント３の側部の全周に亘って配置されている、という構成でもよく、また、サブマウント３の側部の一部に配置されている、という構成でもよい。
【００７２】
さらに例えば、本発明に係る半導体装置１においては、図１０及び図１１に示すように、連結部５２は、四つ設けられ、一対の連結部５２，５２は、一対の接合部５１，５１の一端部同士を連結し、他の一対の連結部５２，５２は、一対の接合部５１，５１の他端部同士を連結する、という構成でもよい。そして、各一対の連結部５２，５２は、サブマウント３の厚み方向で離間するようにして、並列されている。
【００７３】
また、上記実施形態に係る半導体装置１においては、連結部５２は、サブマウント３の側部に沿って配置されている、という構成である。しかしながら、本発明に係る半導体装置１においては、斯かる構成に限らない。例えば、本発明に係る半導体装置１においては、図１２及び図１３に示すように、連結部５２は、サブマウント３の表面（半導体チップ２が搭載される側の面）に沿って配置されている、という構成でもよく、また、図１４及び図１５に示すように、連結部５２は、サブマウント３の裏面（ヒートシンク７に接合される側の面）に沿って配置されている、という構成でもよい。
【００７４】
また、上記実施形態に係る半導体装置１においては、接合部５１と連結部５２は、同じ材料で形成され、且つ一体成形されている、という構成である。しかしながら、本発明に係る半導体装置１においては、斯かる構成に限らない。例えば、本発明に係る半導体装置１においては、接合部５１と連結部５２とは、異なる材料で形成される、という構成でもよく、また、接合部５１と連結部５２とは、同じ材料で形成され、ハンダ等で接合されて形成される、という構成でもよい。
【００７５】
また、上記実施形態に係る半導体装置１においては、連結部５２は、サブマウント３と接触し、サブマウント３の長手方向に沿う側部に沿って配置されている、という構成である。しかしながら、本発明に係る半導体装置１においては、斯かる構成に限らない。例えば、本発明に係る半導体装置１においては、連結部５２は、サブマウント３と離間し、サブマウント３の長手方向に沿う側部に沿って配置されている、という構成でもよい。
【００７６】
また、上記実施形態に係る半導体装置１においては、連結部５２は、サブマウント３に接合されていない、即ち、接合体５は、接合部５１のみで、サブマウント３に接合されている、という構成である。しかしながら、本発明に係る半導体装置１においては、斯かる構成に限らない。例えば、本発明に係る半導体装置１においては、連結部５２は、サブマウント３に接合されている、即ち、接合体５は、全体で、サブマウント３に接合されている、という構成でもよい。
【００７７】
また、上記実施形態に係る半導体装置１においては、半導体チップ２は、矩形状に形成される、という構成である。しかしながら、本発明に係る半導体装置１においては、斯かる構成に限らない。例えば、本発明に係る半導体装置１においては、半導体チップ２は、円形状、楕円形状、正方形状、又は多角形状等に形成される、という構成でもよい。
【００７８】
また、上記実施形態に係る半導体装置１においては、サブマウント３は、矩形状に形成される、という構成である。しかしながら、本発明に係る半導体装置１においては、斯かる構成に限らない。例えば、本発明に係る半導体装置１においては、サブマウント３は、円形状、楕円形状、正方形状、又は多角形状等に形成される、という構成でもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１…半導体装置、２…半導体チップ、３…サブマウント、４…第１の接合層、５…接合体、６…ワイヤ、７…ヒートシンク、８…第２の接合層、２１…半導体チップ基材、２２…光半導体素子、２３…光取り出し部、２４…第１の電極層、２５…第２の電極層、３１…サブマウント基材、３２…第１の導電層、３３…第２の導電層、５１…接合部、５２…連結部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015191950.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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