(57)【要約】【課題】支持部材に反りが生じるのを抑制することができる半導体装置を提供する。【解決手段】  ２つの半導体素子（１０Ａ、１０Ｂ）、及び該２つの半導体素子（１０Ａ、１０Ｂ）を支持する支持部材２０などを有している。支持部材２０は、絶縁部材２１と、該絶縁部材２１とは熱膨張係数が異なり、該絶縁部材２１を挟む２つの金属部材（２２、２３）とからなっている。そして、支持部材２０は、支持部材２０における半導体素子１０Ａ及び半導体素子１０Ｂが支持される側（＋Ｚ側）の面と、該面と反対側（−Ｚ側）の面とに、支持部材２０の一部が除去された凹部（３１、３２、３３）を有している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの半導体素子と、
前記少なくとも１つの半導体素子を支持する支持部材とを備え、
前記支持部材は、第１の部材と、前記第１の部材とは熱膨張係数の異なる第２の部材とを有し、
前記第２の部材は、前記第１の部材の、前記少なくとも１つの半導体素子が支持される一側の面及び該一側の面の反対面である他側の面に設けられ、
前記支持部材は、前記他側の面に、凹部を有している半導体装置。
【請求項２】
前記凹部は、充填剤で充填されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記充填剤は樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の部材は絶縁部材であり、前記第２の部材は金属部材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記支持部材は、前記一側の面にも凹部を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記一側の面の凹部と前記他側の面の凹部は、対向していることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記他側の面の凹部は、前記一側の面の凹部よりも、幅が広いことを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの半導体素子は複数の半導体素子であり、
前記一側の面の凹部は、隣り合う２つの半導体素子の間に設けられていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体素子は、半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置と、
前記半導体装置に取り付けられた放熱部材と、を備えるレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びレーザ装置に係り、更に詳しくは、半導体素子が支持部材に支持されている半導体装置、及び該半導体装置を有するレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、操作性の向上、破損防止、及び放熱などのために、支持部材に支持されて、半導体装置として用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子よりも熱膨張係数の大きな放熱部材と、半導体レーザ素子に略等しい熱膨張係数を有すると共に半導体レーザ素子側の表面に配置された第１層、および放熱部材に略等しい熱膨張係数を有すると共に放熱部材側の裏面に配置された第２層を含む複数の層の積層構造を有し、かつ、複数の層がロウ付けまたは拡散接合により互いに接合されて一体構造をなしている支持部材と、半導体レーザ素子と前記支持部材とを接合する第１接着層と、放熱部材と支持部材とを接合する第２接着層とを備えたことを特徴とする半導体レーザ装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、半導体素子と支持部材の熱膨張係数に大きな差があると、支持部材に反りが生じるおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、少なくとも１つの半導体素子と、前記少なくとも１つの半導体素子を支持する支持部材とを備え、前記支持部材は、第１の部材と、前記第１の部材とは熱膨張係数の異なる第２の部材とを有し、前記第２の部材は、前記第１の部材の、前記少なくとも１つの半導体素子が支持される一側の面及び該一側の面の反対面である他側の面に設けられ、前記支持部材は、前記他側の面に、凹部を有している半導体装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の半導体装置によれば、支持部材に反りが生じるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明のレーザ装置を説明するための図である。
【図２】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、それぞれ本発明の半導体装置を説明するための図である。
【図３】図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれ変形例１の半導体装置を説明するための図である。
【図５】図４（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、それぞれ変形例２の半導体装置を説明するための図である。
【図７】図６（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図８】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、それぞれ変形例３の半導体装置を説明するための図である。
【図９】図８（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１０】Ｘ軸方向に沿って並んでいる４つの半導体素子が支持部材に支持されている場合を説明するための図である。
【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、ＸＹ面上に２次元配列されている４つの半導体素子が支持部材に支持されている場合を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係るレーザ装置１の概略構成が示されている。このレーザ装置１は、半導体装置１００、放熱部材５０、及びペルチェ素子６０などを有している。なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系を用い、半導体装置１００からの光（レーザ光）の射出方向を＋Ｚ方向として説明する。
【０００９】
放熱部材５０は、半導体装置１００に接合されており、半導体装置１００で発生した熱を放熱する。ここでは、放熱部材５０の材料として、銅タングステン（ＣｕＷ）合金が用いられている。
【００１０】
ペルチェ素子６０は、放熱部材５０に取り付けられており、放熱部材５０を冷却する。
【００１１】
半導体装置１００は、図２（Ａ）〜図３に示されるように、２つの半導体素子（１０Ａ、１０Ｂ）、及び該２つの半導体素子（１０Ａ、１０Ｂ）を支持する支持部材２０などを有している。なお、図３は、図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００１２】
半導体素子１０Ａ及び半導体素子１０Ｂは、いずれも基板上に複数の半導体層が積層されている半導体レーザ素子である。ここでは、基板は、厚さが０．１ｍｍ〜０．２ｍｍのガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板である。また、各半導体素子の大きさは１０ｍｍ×５ｍｍである。そして、半導体素子１０Ａと半導体素子１０Ｂの間隔は０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである。
【００１３】
支持部材２０は、第１の部材の一例である絶縁部材２１と、第２の部材の一例であり、該絶縁部材２１を挟む２つの金属部材（２２、２３）とからなっている。金属部材２２は、絶縁部材２１の＋Ｚ側の金属部材であり、金属部材２３は、絶縁部材２１の−Ｚ側の金属部材である。
【００１４】
ここでは、絶縁部材２１の材料は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であり、絶縁部材２１の厚さは０．５ｍｍである。また、絶縁部材２１の大きさは２０ｍｍ×２０ｍｍである。
【００１５】
金属部材２２及び金属部材２３の材料は銅（Ｃｕ）であり、金属部材２２及び金属部材２３の厚さは０．０５ｍｍである。
【００１６】
半導体素子１０Ａ及び半導体素子１０Ｂは、いずれも接合材１２を用いて、金属部材２２と接合されている。ここでは、接合材１２として、金すず（ＡｕＳｎ）合金が用いられている。
【００１７】
支持部材２０は、支持部材２０における半導体素子１０Ａ及び半導体素子１０Ｂが支持される側（＋Ｚ側）の面と、該面と反対側（−Ｚ側）の面とに、支持部材２０の一部が除去された凹部（３１、３２、３３）を有している。なお、以下では、＋Ｚ側の面を「第１の面」ともいい、−Ｚ側の面を「第２の面」ともいう。
【００１８】
凹部３１は、第１の面であって、半導体素子１０Ａと半導体素子１０Ｂの間に設けられている。凹部３１は、半導体素子１０Ａと半導体素子１０Ｂを絶縁するための溝である。
【００１９】
凹部３２は、第２の面であって、半導体素子１０Ａの−Ｚ側に設けられている。また、凹部３３は、第２の面であって、半導体素子１０Ｂの−Ｚ側に設けられている。凹部３２及び凹部３３の大きさは、広さが０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍ×２０ｍｍであり、深さは０．０５ｍｍである。
【００２０】
ガリウム砒素（ＧａＡｓ）の熱膨張係数は６×１０−６（１／Ｋ）であり、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の熱膨張係数は３×１０−６（１／Ｋ）であり、銅（Ｃｕ）の熱膨張係数は１７×１０−６（１／Ｋ）である。
【００２１】
このような構成を有する半導体装置１００では、支持部材２０に反りが生じることを抑制することができる。
【００２２】
なお、仮に第２の面に凹部が設けられていないと、絶縁部材２１と金属部材２２，２３の熱膨張係数の違いにより、支持部材２０の反りが発生する。第１の面の金属部材２２は、搭載されている半導体素子により、自由に伸長する部分が小さく、第１の面の金属部材２２に比較して第２の面の金属部材２３の伸長が大きくなるためである。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置１００は、２つの半導体素子（１０Ａ、１０Ｂ）、及び該２つの半導体素子（１０Ａ、１０Ｂ）を支持する支持部材２０などを有している。支持部材２０は、絶縁部材２１と、該絶縁部材２１とは熱膨張係数が異なる２つの金属部材（２２、２３）を有している。２つの金属部材（２２、２３）は、絶縁部材２１の、前記２つの半導体素子が支持される一側の面及び該一側の面の反対面である他側の面に設けられている。
【００２４】
そして、支持部材２０は、支持部材２０における半導体素子１０Ａ及び半導体素子１０Ｂが支持される側（＋Ｚ側）の面と、該面と反対側（−Ｚ側）の面とに、支持部材２０の一部が除去された凹部（３１、３２、３３）を有している。
【００２５】
この場合は、支持部材２０に反りが生じるのを抑制することができる。
【００２６】
＜変形例１＞
図４（Ａ）〜図５には、変形例１の半導体装置１００Ａの概略構成が示されている。なお、図５は、図４（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００２７】
この半導体装置１００Ａは、上記実施形態の半導体装置１００における前記凹部３２と前記凹部３３に代えて、凹部３４が設けられている点に特徴を有している。
【００２８】
凹部３４は、第２の面であって、凹部３１の−Ｚ側に設けられている。この場合も、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００２９】
更に、この場合は、各半導体素子の−Ｚ側に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）及び銅（Ｃｕ）が存在しているので、半導体素子で発生する熱を容易に放熱することができる。
【００３０】
＜変形例２＞
図６（Ａ）〜図７には、変形例２の半導体装置１００Ｂの概略構成が示されている。なお、図７は、図６（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００３１】
この半導体装置１００Ｂは、上記半導体装置１００Ａにおける凹部３１及び凹部３４に充填材４０が充填されている点に特徴を有している。ここでは、充填材４０として、樹脂が用いられている。この場合も、上記半導体装置１００Ａと同様な効果を得ることができる。
【００３２】
更に、この場合は、凹部に充填材４０が充填されているため、支持部材２０の機械的強度を向上させることができる。
【００３３】
凹部に充填される樹脂として、エポキシ樹脂、シリコン系樹脂、ＵＶ硬化樹脂などを用いることができる。
【００３４】
なお、上記半導体装置１００における凹部３１、凹部３２及び凹部３３に充填材４０が充填されても良い。この場合も、支持部材２０の機械的強度を向上させることができる。
【００３５】
また、充填材４０として、樹脂以外のものを用いても良い。
【００３６】
＜変形例３＞
図８（Ａ）〜図９には、変形例３の半導体装置１００Ｃの概略構成が示されている。なお、図９は、図８（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００３７】
この半導体装置１００Ｃは、上記半導体装置１００Ａにおける凹部３４に代えて、凹部３５が設けられている点に特徴を有している。この凹部３５は、凹部３１よりも幅が広くなっている。この場合も、上記半導体装置１００Ａと同様な効果を得ることができる。
【００３８】
この場合は、支持部材２０の反りを抑制する効果が更に大きくなる。
【００３９】
なお、上記実施形態では、第２の面の凹部が支持部材２０の一端から他端まで延びる溝の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第２の面の凹部の周囲が金属部材２２に囲まれていても良い。
【００４０】
また、上記実施形態では、半導体素子の基板がガリウム砒素（ＧａＡｓ）からなる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、インジウムリン（ＩｎＰ）や、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる基板を用いることができる。
【００４１】
また、上記実施形態では、絶縁部材２１が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、絶縁部材２１が炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなっていても良い。
【００４２】
また、上記実施形態では、金属部材２２及び金属部材２３が銅（Ｃｕ）からなる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、金属部材２２及び金属部材２３がアルミニウム（Ａｌ）からなっていても良い。
【００４３】
また、上記実施形態では、金属部材２２及び金属部材２３の厚さが０．０５ｍｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、金属部材２２の厚さを更に厚く（例えば、０．７ｍｍ）しても良い。この場合は、電気抵抗を小さくすることができ、駆動電流による金属部材２２の発熱を抑制することが可能である。
【００４４】
また、上記実施形態では、接合材１２が金すず（ＡｕＳｎ）合金からなる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、接合材１２がビスマス（Ｂｉ）入りはんだや、鉛（Ｐｂ）フリーはんだからなっていても良い。
【００４５】
また、上記実施形態では、２つの半導体素子が支持部材２０に支持される場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、１つの半導体素子が支持部材２０に支持されていても良いし、３つ以上の半導体素子が支持部材２０に支持されていても良い。
【００４６】
例えば、図１０には、Ｘ軸方向に沿って並んでいる４つの半導体素子（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）が支持部材２０に支持されている場合が示されている。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）には、ＸＹ面上に２次元配列されている４つの半導体素子（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）が支持部材２０に支持されている場合が示されている。
【００４７】
また、上記実施形態では、支持部材２０における第１の面と第２の面とに凹部を有する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第２の面のみに凹部を有していても良い。
【００４８】
また、上記実施形態では、第２の面の凹部の深さが０．０５ｍｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第２の面の凹部の深さがさらに深くても良い。この場合は、絶縁部材２１の一部が除去されることとなる。
【００４９】
また、上記実施形態では、放熱部材５０の材料として、銅タングステン（ＣｕＷ）合金が用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、放熱部材５０の材料として、銅（Ｃｕ）が用いられても良い。
【００５０】
また、上記実施形態において、ペルチェ素子６０に代えて、水冷装置を用いても良い。
【００５１】
また、上記実施形態において、放熱部材５０を強制的に冷却する必要がなければ、ペルチェ素子６０はなくても良い。
【００５２】
また、上記実施形態では、半導体装置１００がレーザ装置に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。この場合は、半導体素子として、用途に応じた半導体素子が用いられる。
【符号の説明】
【００５３】
１…レーザ装置、１０Ａ…半導体素子、１０Ｂ…半導体素子、２０…支持部材、２１…絶縁部材（第１の部材）、２２…金属部材（第２の部材の一部）、２３…金属部材（第２の部材の一部）、３１…凹部、３２…凹部、３３…凹部、３４…凹部、３５…凹部、３６ａ〜３６ｄ…凹部、３７ａ〜３７ｄ…凹部、４０…充填材、５０…放熱部材、６０…ペルチェ素子、１００…半導体装置、１００Ａ…半導体装置、１００Ｂ…半導体装置、１００Ｃ…半導体装置。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５４】
【特許文献１】特開２００６―３４４７４３号公報
【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】
2017017297.tif 000008
【図７】
2017017297.tif 000009
【図８】
2017017297.tif 000010
【図９】
2017017297.tif 000011
【図１０】
2017017297.tif 000012
【図１１】
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