(57)【要約】【課題】フレームタイプのレーザダイオードモジュールに用いる導電性接着剤は、一般にはんだ接合部に比べると熱伝導率が低く、レーザダイオードチップの発熱をリードフレームに拡げる能力が低かった。【解決手段】リードフレーム１に対してサブマウント４を介して発光素子５を取り付けてなる半導体素子において、上記リードフレームに、底面からの高さが上記サブマウントの高さよりも低い凹部６を設け、この凹部に上記サブマウントを沈めるように実装してなるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームに対してサブマウントを介して発光素子を取り付けてなる半導体素子において、上記リードフレームに、底面からの高さが上記サブマウントの高さよりも低い凹部を設け、この凹部に上記サブマウントを実装してなることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
上記サブマウントは、上面にワイヤボンドパッドを有し、上記凹部は、該ワイヤボンドパッドの近傍で広げて形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
上記サブマウントは、上記発光素子の光の出射面とは反対側の位置にワイヤボンドパッドが設けられてなることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項４】
上記凹部は、上記リードフレームの表面に凹設されたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の半導体素子。
【請求項５】
上記凹部は、上記リードフレームの表面上に上記サブマウントの厚さよりも薄い厚さの金属部材を上記サブマウントの側方部に設けて形成されたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の半導体素子。
【請求項６】
リードフレームに対してサブマウントを介して発光素子を取り付けてなる半導体素子において、上記サブマウントの表面に設けられたワイヤボンドパッドと、上記サブマウントを上記リードフレームに固着すると共に、上記サブマウント表面のワイヤボンドパッド及び上記リードフレームを電気的に接続してなる導電性接着剤とを備えたことを特徴とする半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば半導体レーザなどとして好ましく用いることができる半導体素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のフレームタイプのレーザダイオードモジュールに用いる導電性接着剤は、はんだ接合部に比べると一般に熱伝導率が低く、レーザダイオードチップの発熱をリードフレームに拡げる能力が低いという問題があり、これを解決するものとして、ステムの所定の位置に、表面と一側面の各一部が開口するように凹部を予め形成し、その凹部に、半導体レーザ素子のレーザ出射部とステムの一側面とが一致するように嵌合、融着したものがある（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−２０１４９１号公報（第１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように構成された従来の半導体素子においては、ステムとヒートシンクの間の熱抵抗が小さくなり放熱性が改善されるものの、ステム上面とヒートシンクの上面が略一致されて形成されているため、ヒートシンク上にワイヤボンドパッドを設けた場合などには導電性接着剤によって電極部分が短絡するおそれがあるという課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような従来技術の課題を解消するためになされたもので、発光素子の放熱性を良好に保持して温度特性に優れると共に、短絡のおそれを回避して歩留まりを改善し得る半導体素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による半導体素子は、リードフレームに対してサブマウントを介して発光素子を取り付けてなる半導体素子において、上記リードフレームに、底面からの高さが上記サブマウントの高さよりも低い凹部を設け、この凹部に上記サブマウントを沈めるように実装してなるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明においては、サブマウントの厚さよりも底面からの高さが低い凹部にサブマウントを入れ込んで接合することにより、サブマウントとリードフレームの間に段差が形成されて絶縁するべき電極間がショートすることを防止するとともに、サブマウントとリードフレームの対向面の面積を一定の割合で確保して導電性接着剤による熱伝導を良好にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１による半導体素子の要部を模式的に示す図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は平面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＩｃ−Ｉｃ線における断面図、図１（ｄ）は変形例を示す図１（ｃ）相当の断面図である。なお、各図を通じて同一符号は同一もしくは相当部分を示すものとする。図１（ａ）〜図１（ｃ）において、約０．４ｍｍ厚のＣｕ（銅）製のリードフレーム１には、その上面中央前端部に幅０．６１ｍｍ、深さ０．２ｍｍの凹部（ないしはスリット）６が形成されている。該リードフレーム１の両面所定部には、リード３を絶縁保持するモールド樹脂２が一体的に設けられている。
【０００９】
発光素子としてのレーザダイオードチップ５（例えばＧａＡｓ製、幅０．２ｍｍ×長さ１．５ｍｍ×高さ０．１ｍｍ）を搭載するサブマウント４（例えばＡｌＮ製、幅０．６ｍｍ×長さ１．５ｍｍ×高さ０．２５ｍｍ）は、上記凹部６に収容されるが、その高さ（０．２５ｍｍ）は上記凹部６の深さ（０．２ｍｍ）よりも高く、リードフレーム１の上面位置からサブマウント４の上面が突出して段差が形成されている。レーザダイオードチップ５とサブマウント４間は、例えばＡｕＳｎはんだ（融点２８０℃）であらかじめ接合され、サブマウント４とリードフレーム１は導電性接着剤（例えばＡｇフィラーを拡散させたアクリル樹脂、図示省略）によって接着されている。そして、レーザダイオードチップ５の電極部（詳細図示省略）とリード３はワイヤボンド７（例えばＡｕ、太さ３０μｍ）によって電気的に接続されている。
【００１０】
上記のように構成された実施の形態１においては、サブマウント４をリードフレーム１の凹部６に入れ込んだときに、サブマウント４の上面位置と、リードフレーム１の上面位置とが上下方向にずれて段差が形成されているので、図示省略している導電性接着剤を用いてサブマウント４をリードフレーム１の凹部６に接着するときに導電性接着剤のはみ出し等による絶縁するべき電極間（図示省略）の短絡を防止することが容易となる。このため、歩留まりも向上できる。しかも、リードフレーム１に設けられた凹部６にサブマウント４の略下半部を入れ込んで導電性接着剤の薄い層を介して接合していることにより、サブマウント４とリードフレーム１の凹部６との接触面積を大きくでき、従って熱伝導も良好にできるので、放熱性が確保され得られる半導体素子の温度特性が改善されるなどの効果が得られる。
【００１１】
なお、上記凹部６が図１（ｄ）に示す実施の形態１の変形例のように、例えば階段状に形成されたものにおいては、凹部６の全体の深さｃがサブマウント４の高さｂよりも大きい場合であっても、凹部６の側壁部の内、サブマウント４の側面に近接して対向している段部６０までの凹部６底面からの高さａがサブマウント４の高さｂよりも低く形成されていれば、上記図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すものと同様の効果が得られる。この意味で、凹部６の断面形状は特に限定されるものではなく、上記例示した単純な溝状あるいは階段状の他、例えば円弧や放物線などの曲線を用い、あるいは曲線と直線を組み合わせて形成されたものなどでも差し支えない。
【００１２】
実施の形態２．
図２は、この発明を実施するための実施の形態２による半導体素子の要部を模式的に示す断面図であり、図１（ｃ）に相当する図である。この実施の形態２は、上記実施の形態１における凹部６の代わりに、サブマウント４の両側方部に、該サブマウント４の高さ（０．２５ｍｍ）よりも高さ（厚さ）の低いＣｕ製薄板（厚さ０．２ｍｍ）からなる金属部材１２を、サブマウント４にほぼ接する形で配置して、該金属部材１２の内側を凹部６１としたものである。なお、金属部材１２はＡｕＳｎはんだにてリードフレーム１に接合されている。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００１３】
上記のように構成された実施の形態２においては、リードフレーム１の所定部にサブマウント４の下半部を収容するための所定深さの凹部６を形成する必要がなくなる代わりに、２枚の金属部材１２で凹部６１を形成している。該金属部材１２としては、例えばＣｕ製薄板などの熱伝導性の良好な材料を用いることができ、これをサブマウント４に接するように配置し、導電性接着剤を用いて同様に接着することで、サブマウント４側面からの熱伝導を促進させることができ、温度特性に優れた半導体素子が得られるなど上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００１４】
実施の形態３．
図３は、この発明を実施するための実施の形態３による半導体素子を模式的に示す斜視図であり、図３（ａ）は通常のサブマウントのデザイン例（参考例）、図３（ｂ）はメタライズ層をレーザダイオードチップとワイヤボンドパッド部分に限定するとともに、凹部に拡張部を設けた実施例、図３（ｃ）は図３（ｂ）の変形例を示す。図において、サブマウント４の表面にはメタライズ層８が設けられ、レーザダイオードチップ５は該メタライズ層８の上面に固着されている。該メタライズ層８の所定部にはワイヤボンドパッド９が形成されている。図３（ａ）の参考例では通常のサブマウントのデザインでメタライズ層８はサブマウント４表面の上面全体に設けられ、ワイヤボンドパッド９は、後方部に設けられている。
【００１５】
これに対し、図３（ｂ）の実施例では、メタライズ層８はレーザダイオードチップ５の載置部分と、ワイヤボンドパッド９部に突出するように限定された鍵形に形成され、しかも凹部６はワイヤボンドパッド９の近傍を幅広く広げた拡張部６ａが形成されている。一方、図３（ｃ）に示す変形例においては、ワイヤボンドパッド９はサブマウント４表面の、レーザダイオードチップ５のレーザ光１０の出射部の反対側である後端部に配置されている。そして、凹部６はサブマウント４よりも若干大きい長方形で、深さがサブマウント４の高さよりも浅く形成されている。
【００１６】
上記のように構成された実施の形態３における図３（ｂ）の実施例では、サブマウント４に設けるメタライズ層８を、ワイヤボンドパッド９の設置部分に制限し、対応する凹部６に幅を広げた拡張部６ａを設けたことで、その拡張部６ａ部分の導電性接着剤がはみ出にくくなり、ショートを防止することが容易となる。また、図３（ｃ）の変形例では、ワイヤボンドパッド９をレーザダイオードチップ５の後端部に配置したことで、サブマウント４の幅を狭くすることができ、発熱するレーザダイオードチップ５からリードフレーム１までの距離を小さくすることで熱伝導性が向上され、熱特性に優れた半導体素子を得ることができる効果がある。
【００１７】
実施の形態４．
図４は、この発明を実施するための実施の形態４による半導体素子の要部を模式的に示す断面図である。図において、レーザダイオードチップ５は、メタライズ層８を介してサブマウント４に固着され、サブマウント４はリードフレーム１に導電性接着剤１１によって電気的、機械的に接着されている。この実施の形態４は上記実施の形態１〜３とは異なり、導電性接着剤１１のはみ出しを積極的に利用して、サブマウント４とリードフレーム１間の導電性接着剤１１を、サブマウント４表面のメタライズ層８にかかるように設けることで、リードフレーム１とサブマウント４表面のメタライズ層８を電気的に接続している。
【００１８】
上記のように構成された実施の形態４においては、導電性接着剤１１のはみ出しを積極的に利用することで、ワイヤボンドを１本省略することもできるという効果が得られる。なお、レーザダイオードチップ５の光出力が大きく、発生する熱量が大きい場合には発生する熱のリードフレーム１への伝達を良好にするために、上記実施の形態１〜３に示した凹部６と併用するようにしても差し支えない。
【００１９】
なお、上記実施の形態で説明した発光素子としてのレーザダイオードチップの種類、リードフレーム１、サブマウント４、導電性接着剤１１などの材料、厚さ、凹部６、凹部６１の深さなどは何れも典型的な一例として示したものに過ぎず、例示したものに限定されるものでないことは言うまでも無い。同様の他の発光素子、材料でも同様の効果が期待できる。また、発光素子の発光波長、用途なども特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体素子の要部を模式的に示す図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は平面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＩｃ−Ｉｃ線における断面図、図１（ｄ）は変形例を示す図１（ｃ）相当の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２による半導体素子の要部を模式的に示す断面図であり、図１（ｃ）に相当する図である。
【図３】この発明の実施の形態３による半導体素子を模式的に示す斜視図であり、図３（ａ）は通常のサブマウントのデザイン例（参考例）、図３（ｂ）はメタライズ層をレーザダイオードチップとワイヤボンドパッド部分に限定した実施例、図３（ｃ）は図３（ｂ）の変形例を示す。
【図４】この発明の実施の形態４による半導体素子の要部を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  リードフレーム、  ２  モールド樹脂、  ３  リード、  ４  サブマウント、  ５  レーザダイオードチップ（発光素子）、  ６、６１  凹部、  ６０  段部、  ６ａ  拡張部、  ７  ワイヤボンド、  ８  メタライズ層、  ９  ワイヤボンドパッド、  １０  レーザ光、  １１  導電性接着剤、  １２  金属部材（Ｃｕ製薄板）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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