JPH04286178A - Heat sink for semiconductor laser - Google Patents
Heat sink for semiconductor laserInfo
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Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ用ヒート
シンクに関する。より詳細には、本発明は、半導体レー
ザに装着して使用するためのヒートシンクであって、特
に、半導体レーザとの熱的な不整合を軽減した新規な半
導体レーザ用ヒートシンクの構成に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat sink for a semiconductor laser. More specifically, the present invention relates to a heat sink for use attached to a semiconductor laser, and particularly relates to a novel structure of a heat sink for a semiconductor laser that reduces thermal mismatch with the semiconductor laser.
【０００２】0002
【従来の技術】ＩＩＩ−Ｖ族化合物であるＧａＡｓ等に
代表される化合物半導体により形成された半導体レーザ
は、動作中に半導体レーザ自体が発熱する。そこで、発
生した熱を効率良く拡散させる目的でヒートシンクを装
着して使用される。2. Description of the Related Art A semiconductor laser made of a compound semiconductor such as GaAs, which is a group III-V compound, generates heat during operation. Therefore, in order to efficiently diffuse the generated heat, a heat sink is attached to the device.
【０００３】図２は、従来の一般的なヒートシンク１と
、そのヒートシンク１を装着された半導体レーザ２との
構成を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a conventional general heat sink 1 and a semiconductor laser 2 to which the heat sink 1 is attached.
【０００４】同図に示すように、ヒートシンク１は、搭
載面にＡｕ鍍金層１２を備えた放熱部１１により構成さ
れている。放熱部１１の材料としてはＣｕ等が知られて
いる。As shown in the figure, the heat sink 1 is composed of a heat dissipation section 11 having an Au plating layer 12 on the mounting surface. Cu and the like are known as materials for the heat dissipation section 11.
【０００５】一方、半導体レーザ２は、ｐ側電極２１、
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２、ｎ型ブロック層２３、
ｐ型クラッド層２４、活性層２５、ｎ型クラッド層２６
、ｎ型ＧａＡｓ基板２７およびｎ側電極層２８を順次積
層した構成となっている。On the other hand, the semiconductor laser 2 has a p-side electrode 21,
p-GaAs contact layer 22, n-type block layer 23,
P-type cladding layer 24, active layer 25, n-type cladding layer 26
, an n-type GaAs substrate 27 and an n-side electrode layer 28 are sequentially laminated.
【０００６】以上のように構成された半導体レーザ２は
、ヒートシンク１上に、熱間圧着により固定される。The semiconductor laser 2 constructed as described above is fixed onto the heat sink 1 by hot press bonding.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】図２に示すようにして
使用されるヒートシンク１において、その主要部材であ
る放熱部１１の材料は、それぞれ以下のような特徴を有
している。In the heat sink 1 used as shown in FIG. 2, the materials of the heat dissipating section 11, which is the main component thereof, have the following characteristics.
【０００８】即ち、Ｃｕ等の材料は特に熱伝導性に優れ
、半導体レーザの発生する熱を速やかに拡散するという
点では極めて優れた材料である。しかしながら、このよ
うな材料の熱膨張率は、半導体レーザの主材料であるＧ
ａＡｓの熱膨張率 ６．５×１０−６ ｄｅｇ−１に対
して、約 ２．６倍の１７×１０−６ ｄｅｇ−１と大
きく異なっている。このため、熱間圧着により半導体レ
ーザ２を実装した場合に、熱的な不整合に起因する応力
が半導体レーザ２に残留し、半導体レーザ２の長期信頼
性が顕著に劣化するという問題がある。That is, materials such as Cu have particularly excellent thermal conductivity, and are extremely excellent materials in that they quickly diffuse the heat generated by a semiconductor laser. However, the coefficient of thermal expansion of such materials is lower than that of G, which is the main material of semiconductor lasers.
The coefficient of thermal expansion of aAs is 6.5 x 10-6 deg-1, which is approximately 2.6 times that of 17 x 10-6 deg-1, which is significantly different. Therefore, when the semiconductor laser 2 is mounted by hot compression bonding, stress due to thermal mismatch remains in the semiconductor laser 2, resulting in a problem that the long-term reliability of the semiconductor laser 2 is significantly deteriorated.
【０００９】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決し、ＧａＡｓとの熱膨張率の整合性が高く、且つ
、熱伝導性にも優れた新規なヒートシンクを提供するこ
とをその目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and provide a new heat sink that has a high coefficient of thermal expansion matching with GaAs and also has excellent thermal conductivity. It is said that
【００１０】0010
【課題を解決するための手段】即ち、本発明に従うと、
半導体レーザに装着して使用する半導体レーザ用ヒート
シンクであって、熱伝導性に優れた材料で構成された放
熱部と、該放熱部の実装面に埋め込まれた接合部とを一
体に備え、前記接合部と半導体レーザとを接合すること
によって半導体レーザに装着できるように構成されてい
ることを特徴とする半導体レーザ用のヒートシンクが提
供される。[Means for Solving the Problems] That is, according to the present invention,
A heat sink for a semiconductor laser that is used by being attached to a semiconductor laser, integrally comprising a heat dissipation section made of a material with excellent thermal conductivity and a joint section embedded in the mounting surface of the heat dissipation section. A heat sink for a semiconductor laser is provided, which is configured so that it can be attached to a semiconductor laser by bonding a bonding portion and the semiconductor laser.
【００１１】[0011]
【作用】本発明に係るヒートシンクは、ＧａＡｓ等の化
合物半導体と実質的に等しい熱膨張率を有する接合部と
、放熱性に優れた材料により形成された放熱部との複合
構造となっていることをその主要な特徴としている。[Operation] The heat sink according to the present invention has a composite structure of a joint portion having a coefficient of thermal expansion substantially equal to that of a compound semiconductor such as GaAs, and a heat dissipation portion made of a material with excellent heat dissipation properties. is its main feature.
【００１２】従来のヒートシンクは、その主要部分であ
る放熱部が単一の材料で形成されていたので、各材料固
有の問題点がそのままヒートシンクの問題点として残っ
ていた。[0012] In conventional heat sinks, the heat sink, which is the main part, is made of a single material, so problems inherent to each material remain as problems with the heat sink.
【００１３】これに対して、本発明に係るヒートシンク
は、半導体レーザと熱膨張率が等しい材料により構成さ
れた接合部と、熱伝導性に優れた材料により形成された
放熱部とを一体化した構造となっている。In contrast, the heat sink according to the present invention integrates a joint made of a material having the same coefficient of thermal expansion as that of the semiconductor laser, and a heat dissipation part made of a material with excellent thermal conductivity. It has a structure.
【００１４】従って、上記接合部が半導体レーザに直接
接合されるようにヒートシンクを装着することにより、
熱間圧着において半導体レーザに熱応力が作用すること
がなくなる一方、半導体レーザの発生した熱は、放熱部
を介して良好に拡散される。また、放熱部と接合部との
間の熱膨張率の不整合は、接合面積の広いヒートシンク
内で吸収されるので、理想的な特性を有するヒートシン
クが実現される。[0014] Therefore, by attaching a heat sink so that the above-mentioned joint part is directly joined to the semiconductor laser,
While thermal stress does not act on the semiconductor laser during hot press bonding, the heat generated by the semiconductor laser is well diffused through the heat radiation section. Moreover, the mismatch in thermal expansion coefficient between the heat dissipation part and the joint part is absorbed within the heat sink having a large joint area, so that a heat sink with ideal characteristics is realized.
【００１５】尚、以上のように構成された本発明に係る
ヒートシンクは、半導体レーザとの接合面が予め規定さ
れている点を除けば、従来のサブマウントと全く同じよ
うに取り扱うことができる。The heat sink according to the present invention constructed as described above can be handled in exactly the same way as a conventional submount, except that the bonding surface with the semiconductor laser is predefined.
【００１６】また、上記各部材の機能に鑑みて、接合部
は、熱間圧着時の影響を受ける範囲の厚さとすれば良く
、残余の厚さは全て放熱性に優れた材料で構成すること
が望ましい。また、接合部と放熱部との接合は、Ａｕ等
の公知の接合材料を使用することができる。[0016] In addition, in view of the functions of each member mentioned above, the thickness of the joint part should be within the range that is affected by hot compression bonding, and the remaining thickness should be made of a material with excellent heat dissipation properties. is desirable. Further, a known bonding material such as Au can be used to bond the bonding portion and the heat dissipation portion.
【００１７】以上のように構成された本発明に係るヒー
トシンクは、半導体レーザの実装面が予め規定されてい
る点を除けば、従来のヒートシンクと全く同じように取
り扱うことができる。The heat sink according to the present invention constructed as described above can be handled in exactly the same way as a conventional heat sink, except that the mounting surface of the semiconductor laser is predefined.
【００１８】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず
、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。[0018] The present invention will now be described in more detail with reference to Examples, but the following disclosure is merely an example of the present invention and is not intended to limit the technical scope of the present invention in any way.
【００１９】[0019]
【実施例】図１は、本発明に係るヒートシンク１ａの具
体的な構成例を、半導体レーザ２を実装した状態で示す
断面図である。尚、ここで使用されている半導体レーザ
２は、図２において示した従来の半導体レーザ２と全く
同じものなので、各構成要素には図２と共通の参照番号
を付して、その説明は省略している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a sectional view showing a specific example of the structure of a heat sink 1a according to the present invention, with a semiconductor laser 2 mounted thereon. Note that the semiconductor laser 2 used here is exactly the same as the conventional semiconductor laser 2 shown in FIG. 2, so each component is given the same reference number as in FIG. 2, and the explanation thereof will be omitted. are doing.
【００２０】図１に示すように、ここで使用されている
ヒートシンク１ａは、接合材１３により一体化された接
合部１１ａおよび放熱部１１ｂと、半導体レーザ２との
接合面に形成されたＡｕ鍍金層１２とから構成されてい
る。As shown in FIG. 1, the heat sink 1a used here has an Au plating formed on the joint surface of the semiconductor laser 2 and the joint part 11a and the heat dissipation part 11b, which are integrated by the joint material 13. It is composed of a layer 12.
【００２１】ここで、接合部１１ａは、半導体レーザ２
の材料であるＧａＡｓと熱膨張率を一致させたＣｕ−Ｗ
合金により形成されている。また、放熱部１１ｂはＣｕ
により形成されている。尚、放熱部１１ａと放熱部１１
ｂとを接合する接合材１３としてはＡｕの含有率を高く
して融点を高くしたＡｕ−Ｓｎ合金を使用し、両者は熱
間圧着により接合している。尚、接合材１３として、Ｉ
ｎ等の低融点の軟質金属も更に好ましく使用することが
できる。[0021] Here, the junction portion 11a is connected to the semiconductor laser 2.
Cu-W whose thermal expansion coefficient matches that of GaAs, which is the material of
It is made of alloy. Moreover, the heat dissipation part 11b is made of Cu.
It is formed by Note that the heat dissipation section 11a and the heat dissipation section 11
As the bonding material 13 for bonding the parts 1 and 2, an Au-Sn alloy with a high content of Au and a high melting point is used, and the two are joined by hot press bonding. In addition, as the bonding material 13, I
A soft metal with a low melting point, such as n, can also be used more preferably.
【００２２】以上のように構成されたヒートシンク１ａ
は、図１に示すように、Ｃｕ−Ｗ合金により形成された
接合部１１ａ上に半導体レーザ２を実装して使用される
。実装方法としては、従来のサブマウントと同様に、ｐ
−ＧａＡｓコンタクト層２１を下にして熱間圧着により
実装することができるが、ＧａＡｓ基板２７側を下にし
てヒートシンク１ａと接合してもよいことは勿論である
。Heat sink 1a configured as above
As shown in FIG. 1, this is used by mounting a semiconductor laser 2 on a joint 11a formed of a Cu-W alloy. As for the mounting method, p
- Although it can be mounted by hot press bonding with the GaAs contact layer 21 facing down, it goes without saying that it may also be bonded to the heat sink 1a with the GaAs substrate 27 side facing down.
【００２３】尚、本実施例においてヒートシンク１ａ上
に搭載した半導体レーザ２は、その幅×奥行×高さが、
それぞれ ０．４ｍｍ×０．２５ｍｍ×０．０７ｍｍの
半導体レーザであり、ヒートシンク１ａは、その実効的
な幅×奥行×高さを、それぞれ １．０ｍｍ× １．０
ｍｍ×０．３ｍｍとした。また、接合部１１ａはその幅
×奥行×厚さを０．７５ｍｍ×０．７５ｍｍ× ０．３
ｍｍとした。In this embodiment, the semiconductor laser 2 mounted on the heat sink 1a has the following width x depth x height.
Each is a semiconductor laser of 0.4 mm x 0.25 mm x 0.07 mm, and the heat sink 1a has an effective width x depth x height of 1.0 mm x 1.0 mm.
It was set to mm x 0.3 mm. In addition, the width x depth x thickness of the joint portion 11a is 0.75 mm x 0.75 mm x 0.3
mm.
【００２４】以上のように構成されたヒートシンク１ａ
は、接合面側がＧａＡｓと熱膨張率の等しいＣｕ−Ｗ合
金の板状部材により構成されているので、半導体レーザ
２の熱間圧着時に半導体レーザ２に熱応力が発生するこ
とがない。また、ヒートシンク１ａの殆どの部分は熱伝
導性に優れたＣｕにより形成されているので、ヒートシ
ンクとしての熱拡散性は極めて良好である。Heat sink 1a configured as above
Since the bonding surface side is made of a plate-like member of a Cu--W alloy having the same coefficient of thermal expansion as GaAs, no thermal stress is generated in the semiconductor laser 2 when the semiconductor laser 2 is hot-pressed. Furthermore, since most parts of the heat sink 1a are made of Cu, which has excellent thermal conductivity, the heat sink has extremely good thermal diffusivity.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るヒー
トシンクは、半導体レーザとの接合面側が半導体レーザ
と熱膨張率の等しい材料により構成されており、熱間圧
着により半導体レーザに熱応力が作用することがない。
一方、実装面と反対の側は、熱伝導率に優れた材料によ
り構成されており、半導体レーザの発生した熱を速やか
に拡散する機能を有している。As explained above, in the heat sink according to the present invention, the joint surface side with the semiconductor laser is made of a material having the same coefficient of thermal expansion as the semiconductor laser, and thermal stress is applied to the semiconductor laser by hot compression. It never works. On the other hand, the side opposite to the mounting surface is made of a material with excellent thermal conductivity, and has the function of quickly diffusing the heat generated by the semiconductor laser.
【００２６】従って、接合時に半導体レーザに歪みが生
じることが無く、且つ、高出力動作時の放熱性に優れて
いるので、半導体レーザの信頼性が向上されると共に、
半導体レーザの長寿命化にも寄与する。Therefore, the semiconductor laser is not distorted during bonding, and has excellent heat dissipation during high-output operation, so that the reliability of the semiconductor laser is improved, and
It also contributes to extending the life of semiconductor lasers.
【００２７】以上のような特徴を有する本発明に係る半
導体レーザ用ヒートシンクは、半導体レーザを高出力動
作状態で使用し、且つ、高い信頼性が要求される分野に
おいて特に有利に使用することができる。The heat sink for a semiconductor laser according to the present invention having the above characteristics can be particularly advantageously used in fields where a semiconductor laser is used in a high output operating state and high reliability is required. .
【図１】本発明に係るヒートシンクの具体的な構成例を
、半導体レーザに装着した状態で示す断面図であるFIG. 1 is a cross-sectional view showing a specific configuration example of a heat sink according to the present invention in a state where it is attached to a semiconductor laser.
【図
２】従来のヒートシンクの典型的な構成を、半導体レー
ザに装着した状態で示す断面図であるFIG. 2 is a cross-sectional view showing a typical configuration of a conventional heat sink attached to a semiconductor laser.
１ ヒートシンク、
１１ 板状部材、
１１ａ 接合部（Ｃｕ−Ｗ合金）、１１ｂ
放熱部（Ｃｕ）、
１２ Ａｕ鍍金層、
１３ 接合材、
２ 半導体レーザ、
２１ ｐ側電極、
２２ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、２３
ｎ型ブロック層、
２４ ｐ型クラッド層、
２５ 活性層、
２６ ｎ型クラッド層、
２７ ｎ型ＧａＡｓ基板、
２８ およびｎ側電極層1 heat sink, 11 plate member, 11a joint (Cu-W alloy), 11b
heat dissipation part (Cu), 12 Au plating layer, 13 bonding material, 2 semiconductor laser, 21 p-side electrode, 22 p-GaAs contact layer, 23
n-type block layer, 24 p-type cladding layer, 25 active layer, 26 n-type cladding layer, 27 n-type GaAs substrate, 28 and n-side electrode layer
Claims (1)
ーザ用ヒートシンクであって、熱伝導性に優れた材料で
構成された放熱部と、該放熱部の実装面に埋め込まれた
接合部とを一体に備え、前記接合部と半導体レーザとを
接合することによって半導体レーザに装着できるように
構成されていることを特徴とする半導体レーザ用のヒー
トシンク。1. A heat sink for a semiconductor laser that is used by being attached to a semiconductor laser, the heat sink comprising a heat dissipation section made of a material with excellent thermal conductivity, and a joint section embedded in the mounting surface of the heat dissipation section. 1. A heat sink for a semiconductor laser, characterized in that the heat sink is provided integrally with the semiconductor laser and is configured to be attached to the semiconductor laser by bonding the bonding portion and the semiconductor laser.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7469991A JPH04286178A (en) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | Heat sink for semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7469991A JPH04286178A (en) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | Heat sink for semiconductor laser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04286178A true JPH04286178A (en) | 1992-10-12 |
Family
ID=13554737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7469991A Withdrawn JPH04286178A (en) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | Heat sink for semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04286178A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5812570A (en) * | 1995-09-29 | 1998-09-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Laser diode component with heat sink and method of producing a plurality of laser diode components |
| US6084895A (en) * | 1996-08-02 | 2000-07-04 | Matsushita Electronics Corporation | Semiconductor laser apparatus |
-
1991
- 1991-03-14 JP JP7469991A patent/JPH04286178A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5812570A (en) * | 1995-09-29 | 1998-09-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Laser diode component with heat sink and method of producing a plurality of laser diode components |
| US6084895A (en) * | 1996-08-02 | 2000-07-04 | Matsushita Electronics Corporation | Semiconductor laser apparatus |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980514 |