[논문]반도첼 레이저의 AuSn 합금 솔더를 사용한 p-side-down방식의 마운팅

최상현; 허두창; 배형철; 한일기; 이천

반도첼 레이저의 AuSn 합금 솔더를 사용한 p-side-down방식의 마운팅
P-side-down mounting by using AuSn alloy solder of semiconductor laser 원문보기

최상현 (한국과학기술연구원 나노소자 연구센터) , 허두창 (한국과학기술연구원 나노소자 연구센터) , 배형철 (한국과학기술연구원 나노소자 연구센터) , 한일기 (한국과학기술연구원 나노소자 연구센터) , 이천 (인하대학교 전기공학과)

본 실험은 고출력 반도체 레이저의 p-side-down 마운팅용 솔더로서 AuSn 합금 솔더(80wt%:20wt%)의 적합성에 대해 연구하였다. $1{\mu}m$이하의 균일도로 폴리싱 된 Cu heat sink의 표면에 두께 $1{\mu}m$의 Ni로 코팅을 한다음, AuSn 다층박막은 e-beam 증착기로 AuSn 합금 솔더는 열증착기로 각각 증착하였다. 열처리는 산화 방지를 위해 $N_2$ 분위기에서 행하였으며, 동일한 압력으로 마운팅을 하였다. 표면의 거칠기와 형상은 AFM(Atomic Force Microscope)과 SEM(Scanning Electron Microscopy)으로 그리고 Au와 Sn의 성분비는 AES(Auger Electron Spectroscopy) 로 비교하였다. 또한 CW(연속발진)을 통한 L-I(Light-Current)측정을 통해 본딩상태를 비교하였다.

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문제 정의

본 연구에서는 고출력 반도체 레이저의 p-side-down 마운팅용 솔더로서 AuSn 합금 솔더 (71 at %:29at%)의 적합성을 조사하기 위해 실험을 수행하였다. AuSn 다층박막 증착은 공정점을 맞추기 위한 조성 조절에 어려움과 많은 시간이 소요되기 때문에 본 실험은 중 착하기가 간편한 AuSn 합금 솔더와 다층박막 증착을 비교하였다.

제안 방법

조사하기 위해 실험을 수행하였다. AuSn 다층박막 증착은 공정점을 맞추기 위한 조성 조절에 어려움과 많은 시간이 소요되기 때문에 본 실험은 중 착하기가 간편한 AuSn 합금 솔더와 다층박막 증착을 비교하였다. 대면적 레이저 다이오드를 이용한 LT특성을 비교한 결과 광출력면에서 AuSn 다층박막과 합금사이에 큰 차이가 없음을 확인할 수 있었다.
칩 마운팅 장비는 본 실험실에서 제조한 장비를 사용하였는데 압력 측정을 위해서 질량계를 사용하였다. 또한 본딩상태를 비교하기 위하여 p-side-down 마운팅을 하여 CW(연속발진)을 통한 L-I(Light-Current)측정을 하였다.
본 실험은 him이하의 균일도로 폴리싱 된 Cu heat sink의 표면에 AuSn 솔더가 heat sink 앞으로 확산하는 것을 방지하기 위해 확산 방지층으로 두께 1㎛의 Ni로 코팅을 한다음 AuSn을 증착하였다. AuSn 합금솔더의 경우 2.

대상 데이터

사용한 대면적 레이저 다이오드의 길이와 폭은 각각 1.5mm와 100μm이었다. 양쪽 거울면은 AR/HR 코팅을 수행하지 않았다.

성능/효과

그러나 레이저 다이오드에서 고출력을 얻고자 할 경우에는 많은 전류를 주입해야 하며, 결과적으로 많은 열이 레이저 다이오드의 활성층에서 먼 n—side(보통 100~150㎛)를 통하여 열을 제거해주기 보다는 활성층에서 가까운 p—side(보통 1~2μm)를 통하여 열을 제거해주는 것이 효과적이다. 하지만 p-side-down의 경우 솔더 재료가 활성층까지 연결되어 전기적으로 단락이 되는 경우가 발생하기가 쉬우므로 전기적 단락을 피하기 위해서는 솔더 재료의 박막증착과 함께 마운팅에서의 노하우 기술이 필요하다.
AuSn 다층박막 증착은 공정점을 맞추기 위한 조성 조절에 어려움과 많은 시간이 소요되기 때문에 본 실험은 중 착하기가 간편한 AuSn 합금 솔더와 다층박막 증착을 비교하였다. 대면적 레이저 다이오드를 이용한 LT특성을 비교한 결과 광출력면에서 AuSn 다층박막과 합금사이에 큰 차이가 없음을 확인할 수 있었다.
어려움과 많은 시간이 소요된다. 본 실험은 증착하기가 간편한 AuSn 합금 솔더와 다층박막 증착을 비교하였고 AuSn 합금 솔더를 사용하여 좋은 결과를 얻을 수 있었다.

후속연구

이는 AuSn 합금 솔더가 p-side-down 마운팅용 솔더로 사용 가능함을 의미한다. 본 실험은 아직 시간에 대한 신뢰성에 대한 테스트, Shear test등과 같은 o가 더 진행되어야 할 것이다.

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