CN101997269B - 一种半导体激光器巴条制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半导体激光器巴条制作方法，包括以下步骤：(1)在进行解条之前，将半导体激光器外延片与双面金属化的晶片通过键合机形成金金合金，双面金属化晶片的外形尺寸与半导体激光器外延片一样，但厚度小于半导体激光器外延片，以保证发光区位于合金后的管芯的中心位置；(2)将合金后的半导体激光器外延片按所需宽度解条；(3)对巴条进行前腔面和后腔面镀相应膜系；(4)按常规线性封装工艺进行封装。本发明使半导体激光器的巴条发光区“移到”管芯内部，避免了高温的P区域与焊料的直接接触，有利于减小热应力，在线性封装工艺中可以达到每个巴条的发光点形成严格一条线，降低非线性弯曲，有利于实现使用要求较高的整形工艺。

Description

一种半导体激光器巴条制作方法

技术领域

本发明涉及大功率激光二极管巴条制作的方法，属于巴条制作的技术领域。

背景技术

60年代，随着激光的问世，激光技术在各个领域中得到广泛的应用。其中半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、易于调制及价格低廉等优点，在工业、医学和军事领域得到了广泛的应用，如材料加工、光纤通讯、激光测距、目标指示、激光制导、激光雷达、空间光通信等。特别是大功率巴条半导体激光器封装成线性使用在侧泵固体增益介质中，光功率已经达到单线阵600W以上的水平；封装成堆栈形式的巴条阵列，功率已经达到万W量级，巴条成为大功率激光器的重要封装形式。

巴条由于本身材料和焊料以及热沉热特性的差别，在封装过程中容易产生一系列问题。现有的封装工艺为外延片进行管芯处理、解条、腔面镀膜、封装，这种方法做成的巴条在封装中很容易形成巴条y方向上的非线性弯曲(也叫smile)；在使用过程中由于应力的长时间作用也有可能造成smile现象；并且由于半导体激光器的发光区域在靠近P面的几个微米以内，通常为了形成良好的散热，都采用P面朝下的封装形式，但作为普通线性封装，其P面和N面的封装是完全相同的，并且由于线性封装巴条之间都是采用串联的电路设计，所以当两面采用同样热沉时会形成发光区不在同一条线上，这对于要求较高的侧面泵浦激光器中需要对光束进行整形较难实现。

中国专利文献CN101188345公开了一种《半导体激光器阵列及其制作方法》，该半导体激光器阵列包括生长在同一衬底上的多个激光器单元，所述的激光器单元都具有外延层、正电极和负电极，所述的外延层包含有激光器激活部分，任意两个激光器单元的激光器激活部分彼此电隔离，其中所述的多个激光器单元中至少有两个以串联方式相连接，串联的激光器单元通过导电体键合到表面绝缘的载体上，并且任意两个相串联连接的激光器单元处于同一个几何平面上。采用这种结构的半导体激光器阵列可以降低工作电流，并且显著减低电源和电流传输线的尺度和成本。但是该方法仅仅是“串联的激光器单元通过导电体键合到表面绝缘的载体上，并且任意两个串联连接的激光器单元处于同一个几何平面上”，是把每个激光器单元的P面键合到同一个表面绝缘的载体上。只要载体表面平整度抛光度达标，键合用的导电体厚度一致，都能达到发光区成一条线的要求，然后通过打金线的方法实现管芯之间的串联。因此，这种方法并没有真正解决当两面采用同样热沉时会形成发光区不在同一条线上的问题。

发明内容

本发明针对现有半导体激光器巴条封装技术存在的发光位置垂直方向不对称、非线性弯曲、整形难等问题，提供一种能够使巴条的发光点位于管芯垂直方向的对称中心、降低非线性弯曲并使巴条串联时发光点位于同一条直线的半导体激光器巴条制作方法。

本发明的半导体激光器巴条制作方法，包括以下步骤：

(1)在厚度为80微米-100微米的晶片上打孔，孔的行间距为0.8mm到4mm，孔的列间距为4mm到20mm；晶片为绝缘导热体，如GaAs、单晶Si、SiC或金刚石等。

(2)将打孔后的晶片通过溅射的方法进行双面金属化，且保证打的孔内溅射有金属，使晶片两面电导通；为防止掉金可进行退火工艺；

(3)将半导体激光器外延片按常规管芯工艺进行处理，包括P面刻脊、蒸SiO₂、P面钛金工艺、刻解理槽；

(4)把经过管芯工艺处理的半导体激光器外延片和打孔并金属化的晶片在键合机中键合，形成半导体激光器外延片P面和晶片的良好键合面；

(5)将键合后的半导体激光器外延片按所需宽度解条成巴条；

(6)对巴条进行前腔面和后腔面镀膜；可以按照正常方法镀膜；

(7)按常规线性封装工艺进行巴条封装。

本发明实现了在无金线串联的情况下的发光区一条线，采用热沉作为正负极与电源形成回路，使半导体激光器的巴条发光区“移到”管芯内部，避免了高温的P区域与焊料的直接接触，有利于减小热应力，进而减小了由此产生的诸多问题。在线性封装工艺中可以达到每个巴条的发光点形成严格一条线，有利于实现使用要求较高的整形工艺。

附图说明

图1是晶片上打孔示意图

图2是金金键合后的剖面示意图。

图3是键合巴条封装后的示意图。

其中：1、半导体激光器外延片，2、金金键合层，3、晶片，4、铜热沉，5、电极，6、巴条，7、打孔。

具体实施方式

本发明的半导体激光器巴条制作方法，具体步骤如下：

(1)如图1所示，在厚度为80微米-100微米的晶片3上打孔，晶片3上的打孔7的行间距为1.2mm(可按激光器腔长设定0.8mm到4mm的不同尺寸)、列间距为10mm(可按巴条长设定4mm到20mm的不同尺寸)。晶片3的厚度定为80微米-100微米是便于实现键合后发光区正好位于键合片的正中心，该晶片厚度也可以根据半导体激光器外延片的厚度来调整，晶片的材料为绝缘导热体，包括GaAs、单晶Si、SiC或金刚石等；晶片上的打孔7可以是柱形孔或台行孔，其间距与所需巴条激光器腔长和巴条长度相关。

(2)将打孔后的晶片3通过溅射的方法进行双面金属化，保证孔内溅射有金，形成晶片两面电导通，为防止掉金可进行退火工艺；

(3)对半导体激光器外延片1按常规管芯工艺进行处理，包括P面刻脊、蒸SiO₂、P面钛金工艺、刻解理槽。

(4)把经过管芯工艺处理的半导体激光器外延片1和打孔并金属化的晶片在键合机中键合，使晶片3上的打孔7和外延片1的解理槽对齐，将晶片3上的打孔7列向和半导体激光器外延片1进行管芯工艺后的解理槽平行，并保证打孔7尽量避开脊而在解理槽上，然后形成半导体激光器外延片1的P面和晶片的良好键合面，保证良好的热接触和电接触。半导体激光器外延片1和晶片3键合后形成的金金键合层2如图2所示。

(5)将键合后的半导体激光器外延片1按所需宽度解条成巴条，解条过程中保证沿晶片3上的打孔7解开，形成每个巴条四个角下晶片上带有各90°缺口；

(6)对解条后的巴条进行前腔面和后腔面镀膜；可以按照正常方法镀膜；

(7)用铜热沉4将巴条6用铟工艺封装成，并用电极5形成巴条的串联，如图3所示，可见发光区域位于同一直线。

Claims (1)

1.一种半导体激光器巴条制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在厚度为80微米-100微米的晶片上打孔，孔的行间距为0.8mm到4mm，孔的列间距为4mm到20mm；

(2)将打孔后的晶片通过溅射的方法进行双面金属化，且保证打的孔内溅射有金属，使晶片两面电导通；为防止掉金可进行退火工艺；

(3)将半导体激光器外延片按常规管芯工艺进行处理，包括P面刻脊、蒸SiO₂、P面钛金工艺、刻解理槽；

(4)把经过管芯工艺处理的半导体激光器外延片和打孔并金属化的晶片在键合机中键合，使晶片上的打孔和外延片的解理槽对齐，将晶片上的打孔列向和半导体激光器外延片进行管芯工艺后的解理槽平行，并保证打孔尽量避开脊而在解理槽上，然后形成半导体激光器外延片的P面和晶片的良好键合面，保证良好的热接触和电接触；

(5)将键合后的半导体激光器外延片按所需宽度解条成巴条，解条过程中保证沿晶片上的打孔解开；

(6)对巴条进行前腔面和后腔面镀膜；可以按照正常方法镀膜；

(7)用铜热沉将巴条用铟工艺封装成，并用电极形成巴条的串联，发光区域位于同一直线。

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