半导体激光二极管的辅助装配座及其制造方法技术

一种辅助装配座，其倒装焊接到一具有阶梯状第一和第二电极的半导体激光二极管芯片上，所述辅助装配座包括：一具有第一和第二表面的衬底，所述第一和第二表面隔开与所述第一和第二电极之间的高度差相当的阶跃高度；第一和第二金属层，分别形成 于所述第一和第二表面上且厚度相同；以及第一和第二焊料层，分别形成于所述第一和第二金属层上且厚度相同，并且分别焊接到所述第一和第二电极上。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体激光二极管。更具体地说，本专利技术涉及一种倒装焊接到一个具有形成于同一侧面上的两个阶梯状电极(stepped electrode)的激光二极管芯片上的辅助装配座(submount)及其制造方法，并涉及使用该辅助装配座的半导体激光二极管组件。
技术介绍
随着对高密度信息记录需求的不断增长，对可见光半导体激光二极管的需求不断增加。因此，人们正在开发由各种能够发出可见光激光的化合物制成的半导体激光二极管。特别是，III-V族氮化物半导体激光二极管受到人们大量的关注，因为其光跃迁是诱发高频激光辐射的直接跃迁类型并且由于其发射出蓝光激光。图1显示出传统以GaN为基的、III-V族氮化物半导体激光二极管芯片的横截面视图，其具有形成于同一侧面上的n型和p型电极以及脊形波导(ridge waveguide)。如图1所示，传统以GaN为基的、III-V族氮化物半导体激光二极管芯片具有形成于同一侧面上的n型和p型电极、以及形成于p型电极区内的脊形波导。详细地说，在蓝宝石衬底10上形成一n-GaN层12。该n-GaN层12分成第一和第二区R1和R2。一n型电极14形成于n-GaN层12的第二区R2上。接着，在n-GaN层12的第一区R1上按照折射率从小到大的顺序形成一n-AlGaN/GaN层16、一n-GaN层18以及作为有源层的一InGaN层20。在InGaN层20上按照折射率从大到小的顺序形成一p-GaN层22、一p-AlGaN/GaN层24以及一p-GaN层26。p-AlGaN/GaN层24的上中心部以脊或肋的形式突出，在该脊的顶部上形成p-GaN层26。该p-AlGaN/GaN层24覆盖有一具有与p-GaN层26联通的通道27的保护层28。一个p型电极30形成于保护层28和p-GaN层26的露出中央面上，并通过通道27与p-GaN层26的两端相接触。在该结构中，p型电极30和n型电极14隔开一个阶跃高度(step height)h1。通常，温度对半导体激光二极管激光发射的临界电流和激光模式稳定性有影响。随着温度的升高，这两个特性都降低。因此，需要除去激光发射期间在有源层(active layer)中所产生的热，由此防止激光二极管过热。在使用前述传统以GaN为基的、III-V族半导体激光二极管的情况下，由于衬底的导热系数非常低(对于蓝宝石衬底来说，约为0.5W/cmK)，因此大部分热仅仅通过脊来排放。然而，由于通过脊排放的热量有限，因此很难进行有效的热量排放。因此，不能有效地防止由激光二极管过热引起的半导体器件性能的降低。对于这种情况，可以将图2所示的倒装焊接技术(flip-chip bondingtechnology)应用到图1所示的结构中，以便排放有源层中产生的热量。参见图2，参考标记50表示半导体激光二极管芯片，其具有图1所示的传统以GaN为基的、III-V族半导体激光二极管的倒置结构。参考标记40表示一个辅助装配座(submount)，参考标记41表示一个衬底，参考标记42a和42b分别表示第一和第二金属层。参考标记44a和44b表示第一和第二焊料层，它们分别熔合到半导体激光二极管芯片50的n型电极14和p型电极30上。通过将半导体激光二极管焊接到图2所示的单独制备的热量排放结构上，可以提高热量排放效率。然而，如图2所示，为了补偿n型电极14和p型电极30之间的阶跃高度h1，第一和第二焊料层44a和44b具有不同的厚度。也就是说，如果第一金属层42a的厚度与第二金属层42b的厚度相同，则第一焊料层44a比第二焊料层44b厚了h1的高度。在这种情况下，由于第一和第二焊料层44a和44b在分别焊接到两个电极14和30上时熔化不均匀，因此其焊接状态之间有差别。图3是显示了图2所示的传统辅助装配座中焊料层的熔化状态的照片。如图3所示，在不均匀熔化时，第一焊料层44a和第二焊料层44b变坏(run down)。第一和第二焊料层44a和44b必须具有相同的化学成分比。即使第一和第二焊料层44a和44b的化学成分比彼此略微不同，在它们的熔化温度之间也将有很大的差异。结果，在分别焊接到两个电极14和30上时，第一焊料层44a和第二焊料层44b不会同时熔化，由此引起焊接状态之间的差异。对于这种情况，需要在同一工序中同时形成第一和第二焊料层44a和44b。然而，如上所述，第一和第二焊料层44a和44b厚度不同。因此，在制造辅助装配座的方法中，第一和第二焊料层44a和44b不能同时形成。相反，这两个焊料层必须相继地形成。由于这个缘故，第一和第二焊料层44a和44b具有不同化学成分比的可能性很高。如上所述，如果第一焊料层44a和n型电极14之间的焊接状态不同于第二焊料层44b与p型电极30之间的焊接状态，在半导体激光二极管芯片50工作时产生的热不能有效地传递到辅助装配座40上，由此降低了热量排放特性。结果，有源层20中的热不能有效地排放。因此，半导体激光二极管芯片50的温度增加，并且有源层20的激光发射特性降低。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述问题而作出的。本专利技术的一个目的是提供一种具有厚度和化学成分比相同的焊料层的辅助装配座及其制造方法。本专利技术还提供一种包括该辅助装配座的半导体激光二极管组件。根据本专利技术的一个方面，提供一种辅助装配座，其倒装焊接到一个具有阶梯状第一和第二电极的半导体激光二极管芯片上，该辅助装配座包括一个具有第一和第二表面的衬底，所述第一和第二表面隔开与所述第一和第二电极之间的高度差相当的阶跃高度；第一和第二金属层，分别形成于所述第一和第二表面上且厚度相同；以及第一和第二焊料层，分别形成于所述第一和第二金属层上且厚度相同，并且分别焊接到所述第一和第二电极上。根据本专利技术的另一个方面，提供一种半导体激光二极管组件，其包括一个具有阶梯状第一和第二电极的半导体激光二极管芯片以及一个倒装焊接到所述半导体激光二极管芯片上的辅助装配座，该辅助装配座包括一个具有第一和第二表面的衬底，所述第一和第二表面隔开与所述第一和第二电极之间的高度差相当的阶跃高度；第一和第二金属层，分别形成于所述第一和第二表面上且厚度相同；以及第一和第二焊料层，分别形成于所述第一和第二金属层上且厚度相同，并且分别焊接到所述第一和第二电极上。根据本专利技术的又一个方面，提供一种辅助装配座的制造方法，该辅助装配座倒装焊接到一个具有阶梯状第一和第二电极的半导体激光二极管芯片上，该方法包括(a)蚀刻一个衬底，以便形成隔开与所述第一和第二电极之间的高度差相当的阶跃高度的第一和第二表面；(b)在所述第一和第二表面上沉积一种金属，以便形成厚度相同的第一和第二金属层；以及(c)在所述第一和第二金属层上沉积一种焊料，以便形成厚度相同的第一和第二焊料层，以便分别焊接到所述第一和第二电极上。根据本专利技术的具体实施例，在步骤(a)中，所述衬底可以被干蚀刻。所述衬底由AlN、SiC、GaN和具有与AlN、SiC和GaN中的一种的传热系数相当的传热系数的绝缘材料中的一种制成。所述第一和第二金属层可以由从包括Cr、Ti、Pt和Au的组中选取的两种或多种的合金制成。所述第一和第二焊料层可以由从包括Cr、Ti、Pt、Au、Mo和Sn的组中选取的两种或多种的合金制成。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭准燮，蔡秀熙，成演准，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：