Badanie naprężeń wprowadzanych do diod laserowych podczas montażu za pomocą In oraz stopu eutektycznego AuSn

• Autorzy: Dąbrowska E. , Teodorczyk M. , Sobczak G. , Maląg A.

Warianty tytułu

EN

Investigation of solder-induced strains in laser diodes soldered by indium or eutectic AuSn

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Montaż diod laserowych wprowadza naprężenia do warstwy aktywnej chipu laserowego, zmieniając jej parametry elektrooptyczne. Dla ich charakteryzacji w ramach niniejszego opracowania badano charakterystyki mocowo--prądowe, spektralne promieniowania laserowego, nisko-prądowe I-V oraz charakterystyki promieniowania spontanicznego poniżej progu dla samego chipu i po każdym etapie montażu. Diody montowano do chłodnic w próżni i w atmosferze azotu przy użyciu lutowia miękkiego (In), a także przy zastosowaniu lutowia twardego (eutektycznego AuSn). W drugim przypadku chipy lutowano do miedzianej chłodnicy bezpośrednio i z zastosowaniem przekładki diamentowej. Stosowane lutowie AuSn było w postaci folii, jak również w postaci cienkich warstw Au i Sn lub stopu eutektycznego AuSn napylanych na chłodnicę lub przekładkę diamentową. Na każdym etapie montażu w diodach obserwowano różne naprężenia w zależności od zastosowanej metody. Sprawdzono również skuteczności procesów termicznej relaksacji naprężeń w diodach wykonanych poprzez wygrzewanie.

EN

Mounting of laser diodes (LDs) introduces strains into LD's heterostructures, affecting their electro-optical parameters. In this paper, for the strain characterization various device characteristics, such as light-current, low current I-V, spectral characteristics above and below lasing threshold have been investigated, after each step of the mounting process. Diodes have been soldered in vacuum or in N2 atmosphere, using soft (In) and hard solder (eutectic AuSn). In the second case laser chips have been mounted on Cu heat sinks directly or using a diamond heat-spreaders between a chip and Cu heat sink. Various kinds of AuSn solder alloy have been used such as a perform foil or evaporated on the heat sink or the heat-spreader thin films of Sn and Au or sputtered eutectic AuSn layers. At each step of the mounting process LDs featured different strain magnitudes, depending on the mounting method (as mentioned above). Effectiveness of the strains relaxation by LDs after-mounting heating sequence has been investigated as well.

Słowa kluczowe

PL

dioda laserowa; heterostruktura; montaż DL; In; eutektyk AuSn

EN

laser diode; heterostructure; LD mounting; indium; eutectic AuSn

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2009
• Tom: T. 37, nr 4
• Strony: 13--31
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Dąbrowska E.

autor

Teodorczyk M.

autor

Sobczak G.

autor

Maląg A.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, 01-919 Warszawa, ul. Wólczyńska 133,

Bibliografia

• [1] Liu X., Song K., Davis R. W., Hughes L.C., Hu M. H., Zah C.E. : A metallization scheme for junction-down bonding of high-power semiconductor lasers, IEEE Transactions on Advanced Packagign, 29, 3, (2006), 533-541
• [2] Lee C.C., Wang C.Y., Matijasevic G. S.: A new bonding technology using gold and tin multilayer composite structures, IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, 14, 2, (1991), 407-412
• [3] Tomm J.W., Müller R., Bärwolff A., Elsaesser T., Gerhardt A., Donecker J., Lorenzen D., Daiminger EX., Weiss S., Hutter M., Kaulfersch E., Reichl H.: Spectroscopic measurement of packaging-induced strains In quantum-well laser diodes, Journal of Applied Physics, 86, 3, (1999), 1196-1201
• [4] Teodorczyk M., Kozłowska A., Wróbel S., Malag A., Gajewski M., Krzyżak K., Krzyżak L., Morawski K., Wiśniewska A., Dąbrowska E.: Opracowanie technologii montażu struktur indywidualnych diod laserowych dużej mocy metodą samopozycjonowania w obudowach TO-3.- Kontynuacja tematu z roku 2002. Praca statutowa ITME-2003
• [5] Teodorczyk M., Krzyżak K., Malag A., Kozłowska A., Wawrzyniak R, Latoszek M., Gajewski M., Krzyżak L., Morawski K., Wiśniewska A., Dąbrowska E.: Technologia montażu chipów i matryc diod laserowych na podkładkach o podwyższonym, w stosunku do miedzi, przewodnictwie cieplnym. Praca statutowa ITME -2006.
• [6] Martin E., Landesman J. P., Hirtz J.P., Fily A.: Microphotoluminescence mapping of packaging-induced stress distribution in high-power AlGaAs laser diodes, Applied Physics Letters, 75, 17, (1999), 251-253
• [7] Xia R., Larkins E.G., Harrison I., Andrianov S.R.A., Morgan J., Landesman J. P.: Mounting-induced strain threshold for the degradadion of high-power AlGaAs laser bars, IEEE Photonics Technology Letters, 14, 7, (2002), 893-895
• [8] Mizuishi K.: Some aspects of bonding-solder deterioration observed In ling-lived semiconductor lasers: Solder migration and whiskey growth, J. Appl. Phys. 55, 2, (1984), 289-295
• [9] Fujiwara K., Fujiwara T., Hori K., Takusagawa M.: Aging characteristics of Ga1-x AlxAs double-hetero-stracture lasers bonded with gold eutectic alloy solder Appl. Phys. Lett., 34, 10, (1979), 668-670
• [10] J.W.R. Tew, X.Q. Shi, S. Yuan, Au/Sn solder for face-down bonding of AlGaAs/GaAs ridge wavequide laser diodes, Materials Letters, 58, 21, (2004), 2695-2699
• [11] Weiss S., Zakel E., Reichl H.: Mounting of high power laser diodes on diamond heatsinks, IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology, 19, 1, (1996), 46-53
• [12] Merritt S.A., Heim P.J.S., Cho S.H., Dagenais M.: Controlled solder interdiffusion for high power semiconductor laser diode die bonding, IEEE Transactions, Packaging, and Manufacturing Technology, 20, 2, (1997), 141-145
• [13] Zimmer J., Palen E.: Diamont heat spreaders maximie emiter power and lifetime, www.sp3inc.com