CN104917047B - 半导体激光光源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体激光光源，其即便在产生了部件偏差或接合条件偏差的情况下，也能够提高输出特性和可靠性。作为解决手段，半导体激光光源具备半导体激光器(1)和底座(2)。底座(2)具备底座基板(20)、配置于底座基板(20)的上侧的Au层(22)、配置于Au层(22)上面且在外周部在至少除了与半导体激光器(1)的输出端(1a)侧对应的部分外的部分具有阻隔部(23b)的阻隔层(23)、和在阻隔层(23)上面配置于被阻隔部(23b)围起的区域中的焊料层(25)，半导体激光器(1)与阻隔部(23b)的内表面隔开预先设定的间隔，同时，通过焊料层(25)以输出端(1a)从焊料层(25)的与半导体激光器(1)的输出端(1a)侧对应的端部向激光的输出方向突出的状态与底座(2)接合。

Description

半导体激光光源
技术领域
本发明涉及将高输出半导体激光器与底座接合的高输出半导体激光光源，尤其涉及一种通过将半导体激光器产生的热借助底座高效地散热从而可提高半导体激光光源的输出特性和可靠性的结构。
背景技术
半导体激光器在工作时输出激光并产生热。通常，对于半导体激光器而言，为了在低温时提高输出特性和可靠性，散热很重要。作为散热用的散热器，使用由高散热金属材料(例如Cu等)构成的部件。但是，由Cu等构成的散热器与半导体激光器相比线膨胀系数较大，因而难以直接接合。因此，一般的情况是，将半导体激光器与线膨胀系数为散热器和半导体激光器的中间值的材料所构成的底座接合，进而将底座与散热器接合。
此处，半导体激光器与底座的接合有如下结构：在半导体激光器的接合面配置Au层，在底座上配置Au/Pt/AuSn焊料层，从而进行接合。
例如，专利文献1中公开了一种将底座与半导体激光器接合的结构，该底座在底座基板上配置有Ti层、Pt层和Au层，在其上表面配置有与半导体激光器相同长度的Pt层和AuSn焊料层。
例如，专利文献2中公开了一种将底座与半导体激光器接合的结构，该底座在底座基板上配置有Ti/Pt层和Au层，在其上表面配置有长度比半导体激光器短的阻隔层、和以覆盖阻隔层的方式形成的焊料层。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-190973号公报
专利文献2：日本特开2002-359425号公报
在专利文献1中记载的结构中，由于在底座基板上配置有长度与半导体激光器相同的Pt层和AuSn焊料层，因此，在接合时AuSn焊料润湿扩展到配置于底座基板上的整个面的Au层。此处，有时会产生底座基板的表面粗糙度、AuSn焊料层的厚度和成分比等部件的偏差，或者会产生接合时的温度和负荷等接合条件的偏差。
在产生部件的偏差或接合条件的偏差的情况下，半导体激光器的下表面的焊料量不稳定，因此会在半导体激光器的下表面产生空隙，存在使半导体激光光源的输出特性和可靠性降低等问题。
另外，在专利文献2中记载的结构中，由于在底座基板上配置有以覆盖长度比半导体激光器短的阻隔层(例如Pt层)的方式形成的焊料层，因此，在接合时AuSn焊料润湿扩展到配置于底座基板上的整个面的Au层。因此，存在与专利文献1的情况同样的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种半导体激光光源，其即便在产生了部件偏差或接合条件偏差的情况下，也能够提高输出特性和可靠性。
本发明的半导体激光光源具备：半导体激光器，其具有输出激光的输出端；以及底座，其接合所述半导体激光器，所述底座具备底座基板、配置于所述底座基板的上侧的Au层、配置于所述Au层上面且在外周部至少在除了与所述半导体激光器的所述输出端侧对应的部分以外的部分具有壁部的阻隔层、以及配置于在所述阻隔层上面由所述壁部围起的区域中的焊料层，所述半导体激光器与所述壁部的内表面隔开预先设定的间隔，同时通过所述焊料层以所述半导体激光器的所述输出端从所述焊料层的与所述输出端侧对应的端部向所述激光的输出方向突出的状态与所述底座接合。
发明效果
根据本发明，底座具备配置于Au层上面且在外周部至少在除了与半导体激光器的输出端侧对应的部分以外的部分具有壁部的阻隔层、和在阻隔层上面配置于被壁部围起的区域中的焊料层，半导体激光器与壁部的内表面隔开预先设定的间隔，同时，通过焊料层以半导体激光器的输出端从焊料层的与输出端侧对应的端部向激光的输出方向突出的状态与底座接合。
因此，在半导体激光器与底座的接合时，焊料层的剩余焊料的一部分集中在半导体激光器的外周部与阻隔层的壁部之间，剩余焊料的剩余部分朝向在激光输出方向突出的半导体激光器的输出端的下侧润湿扩展。焊料层的剩余焊料不会润湿扩展到半导体激光器的输出端以外的侧面，因此即使在产生了部件偏差或接合条件偏差的情况下，半导体激光器的下表面的焊料量也稳定。由此，能够从整个半导体激光器高效地散热，半导体激光光源的输出特性和可靠性提高。
附图说明
图1是示出在实施方式1的半导体激光光源中将半导体激光器与底座接合之前的状态的截面图。
图2是实施方式1的半导体激光光源的俯视图。
图3是图2的A-A线截面图。
图4是图2的B-B线截面图。
图5是实施方式1的变形例的与图3对应的图。
图6是示出在实施方式2的半导体激光光源中将半导体激光器与底座接合之前的状态的截面图。
图7是实施方式2的半导体激光光源的截面图。
图8是示出在实施方式3的半导体激光光源中将半导体激光器与底座接合之前的状态的截面图。
图9是实施方式3的半导体激光光源的俯视图。
图10是图9的C-C线截面图。
标号说明
1半导体激光器、1a输出端、2底座、20底座基板、21中间层、22Au层、23阻隔层、23b阻隔部、25焊料层、31Au膜、32底座、42底座。
具体实施方式
<实施方式1>
关于本发明的实施方式1，下面利用附图进行说明。图1是示出在实施方式1的半导体激光光源中将半导体激光器1与底座2接合之前的状态的截面图，图2是实施方式1的半导体激光光源的俯视图，图3是图2的A-A线截面图，图4是图2的B-B线截面图。
如图1所示，半导体激光光源具备半导体激光器1和底座2。半导体激光器1例如具有存在多个发光点的多发射极结构。半导体激光器1具备半导体激光器基板11、活性层10和Au层12。
活性层10配置于半导体激光器基板11的图1中的下表面。通过将活性层10维持为低温，可以实现半导体激光光源的输出特性和可靠性的提高，因此希望半导体激光器1的活性层10侧与底座2接合。在半导体激光器1的活性层10的下表面配置有用于焊料接合的Au层12。
底座2具备底座基板20、中间层21、Au层22、阻隔层23和焊料层25。底座基板20优选由具有半导体激光器1与散热器(省略图示)的中间线膨胀系数的材料构成。此处，散热器由高散热金属材料(例如Cu等)构成。因此，底座基板20由具有半导体激光器1与散热器的中间线膨胀系数的材料AlN或SiC构成。
中间层21可以由Ti层/Pt层构成，出于在线膨胀时进一步降低对半导体激光器1施加的应力的目的，也可以由多层结构构成。例如，由SiC构成底座基板20，从底座基板20侧由Ti层/Cu层/Ni层构成中间层21。由此，通过在中间层21调节各自的层厚，可以降低对接合后的半导体激光器1所施加的应力。
Au层22配置于中间层21的上表面。阻隔层23在Au层22的上表面配置于除外周部以外的区域。阻隔层23具备水平部23a和阻隔部23b(壁部)。
水平部23a形成为在俯视时呈矩形，配置于Au层22的上表面中的除外周部以外的区域。阻隔部23b在水平部23a的外周部设置于至少除了与半导体激光器1的输出端1a侧对应的部分以外的部分。此处，输出端1a是指在半导体激光器1中输出激光的部分。
更具体来说，阻隔部23b形成为，在矩形的水平部23a中的从除与半导体激光器1的输出端1a侧对应的边之外的3边对应的水平部23a的外周部向上方突出的壁状。此处，阻隔层23(即，水平部23a和阻隔部23b)也可以由Pt构成。另外，阻隔部23b也可以通过在掩模内蒸镀Pt，其后对掩模进行抗蚀处理来制作，其中掩模形成于水平部23a的外周部。焊料层25配置于阻隔层23中被阻隔部23b围起的区域。焊料层25由AuSn构成。
如图2和图3所示，半导体激光器1与阻隔部23b的内表面隔开预先设定的间隔，同时，利用焊料层25以半导体激光器1的输出端1a从焊料层25的与输出端1a侧对应的端部向激光的输出方向(图3的箭头方向)突出的状态与底座2接合。
对半导体激光器1、阻隔层23和焊料层25的宽度和长度进行说明。如图2所示，半导体激光器1的宽度W1、焊料层25的宽度W2、阻隔部23b的两端的宽度W3存在下述关系。
W1＜W2＜W3
另外，在半导体激光器1中，从输出端1a侧的阻隔部23b的端部至半导体激光器1的后端面为止的长度L1、至包含阻隔层23的阻隔部为止的长度L2、接合前的焊料层25的长度L3存在下述关系。
L1＜L2＜L3
将底座2的温度提高至焊料层25熔融的温度以上，进而对半导体激光器1施加负荷，从而进行半导体激光器1与底座2的接合。因此，如图3和图4所示，接合后的焊料层25的厚度比接合前的焊料层25的厚度薄，在半导体激光器1的外周部与阻隔层23的阻隔部23b之间集中有焊料层25的剩余焊料中的部分焊料25a。此处，由于阻隔部23b，剩余的焊料25a不会流出到阻隔部23b的外侧。
例如，在接合时的温度高的情况下，焊料容易润湿扩展，但通过阻隔部23b可将半导体激光器1的下表面的焊料的量保持恒定。另外，在底座基板20和中间层21的表面粗糙度高的情况下，接合前的焊料体积有时与目标不同，或者，为了填补底座基板20和中间层21的表面凹凸所需要的焊料的量有时会发生变化。即使在这种情况下，通过增减剩余的焊料25a，也可以将半导体激光器1的下表面的焊料的量保持恒定。
另外，如上所述，半导体激光器1通过焊料层25以输出激光的半导体激光器1的输出端1a从焊料层25的与输出端1a侧对应的端部向激光的输出方向突出的状态与底座2接合。通过在这样的位置接合，活性层10不会被焊料层25遮挡。作为半导体激光器1的输出端1a从焊料层25的端部突出的长度的一例，突出长度可以为20μm左右。由于在半导体激光器1的输出端1a侧不存在阻隔部23b，因而通过接合作为朝向半导体激光器1的输出端1a的下侧部分的剩余焊料的剩余部分的焊料25b润湿扩展。由此，半导体激光器1的下表面的几乎整个面被焊料接合，因此可以进一步实现半导体激光光源的输出特性和可靠性的提高。
如上所述，在实施方式1的半导体激光光源中，底座2具备配置于Au层22上面且在外周部在至少除了与半导体激光器1的输出端1a侧对应的部分外的部分具有阻隔部23b的阻隔层23、和配置于阻隔层23上面的被阻隔部23b围起的区域的焊料层25，半导体激光器1与阻隔部23b的内表面隔开预先设定的间隔，同时，通过焊料层25以半导体激光器1的输出端1a从焊料层25的与输出端1a侧对应的端部向激光的输出方向突出的状态与底座2接合。
因此，在半导体激光器1与底座2的接合时，作为焊料层25的剩余焊料的一部分的焊料25a集中在半导体激光器1的外周部与阻隔层23的阻隔部23b之间。作为剩余焊料的剩余部分的焊料25b朝向在激光输出方向突出的半导体激光器1的输出端1a的下侧部分润湿扩展。焊料层25的剩余焊料不会润湿扩展到半导体激光器1的输出端1a以外的侧面，因此即使在产生了部件偏差或接合条件偏差的情况下，半导体激光器1的下表面的焊料量也稳定。由此，能够从整个半导体激光器1高效地散热，半导体激光光源的输出特性和可靠性提高。
通过提高半导体激光光源的输出特性，可以实现半导体激光光源的能量消耗量的削减。另外，通过提高半导体激光光源的可靠性，可以长期使用半导体激光光源。此外，通过使半导体激光器1的下表面的焊料量稳定，半导体激光光源的成品率提高。
另外，如上述说明那样，在底座基板20由SiC构成、并具备配置于底座基板20与Au层22之间且由Ti层/Cu层/Ni层构成的中间层21的情况下，可降低由半导体激光器1与底座基板20的线膨胀的差异引起的接合时的应力变形。因此，可以降低对接合后的半导体激光器1所施加的应力，因而能够实现可靠性高的半导体激光光源。
接着，对实施方式1的变形例进行说明。如图5所示，中间层21可以进一步也配置于底座基板20的下表面。图5是实施方式1的变形例的与图3对应的图。如此，通过进一步也在底座基板20的下表面配置中间层21，即，隔着底座基板20在上下配置中间层21，从而可以利用双金属效应进行线性膨胀率的微调，可以进一步降低对接合后的半导体激光器1所施加的应力。通过降低对半导体激光器1所施加的应力，可以提高半导体激光光源的可靠性。
<实施方式2>
接着，对实施方式2的半导体激光光源进行说明。图6是示出在实施方式2的半导体激光光源中将半导体激光器1与底座32接合之前的状态的截面图，图7是实施方式2的半导体激光光源的截面图。需要说明的是，在实施方式2中，对于与实施方式1中说明的构成要素相同的构成要素，附上相同的标号以省略说明。
如图6和图7所示，实施方式2中，在底座32的与半导体激光器1的输出端1a侧对应的侧面配置有Au膜31。需要说明的是，底座32的其它结构与底座2的结构相同。
如上所述，在实施方式2的半导体激光光源中，由于在底座32的与半导体激光器1的输出端1a侧对应的侧面配置有Au膜31，因此，接合后的剩余焊料25c沿着底座32的侧面的Au膜31润湿扩展。即使在焊料层25的焊料量过剩的情况下，也可以防止与半导体激光器1的输出端1a侧对应的活性层10被堵住。因此，半导体激光光源的不良产生率降低，成品率提高。
<实施方式3>
接着，对实施方式3的半导体激光光源进行说明。图8是示出在实施方式3的半导体激光光源中将半导体激光器1与底座42接合之前的状态的截面图，图9是实施方式3的半导体激光光源的俯视图，图10是图9的C-C线截面图。需要说明的是，在实施方式3中，对于与实施方式1、2中说明的构成要素相同的构成要素，附上相同的标号以省略说明。
如图8至图10所示，在实施方式3中，底座42的阻隔层23的结构与实施方式1、2时不同。阻隔层23的阻隔部23b形成在水平部23a的外周部的整个外周。即，阻隔部23b形成于与矩形的水平部23a的4边对应的整个外周部。需要说明的是，底座42的其它结构与底座2的结构相同。
半导体激光器1以半导体激光器1的输出端1a从阻隔部23b的与输出端1a侧对应的端部向激光输出方向突出的状态与底座42接合。将底座42的温度提高至焊料层25熔融的温度以上，进而对半导体激光器1施加负荷，从而进行半导体激光器1与底座42的接合。因此，在阻隔部23b，与半导体激光器1的输出端1a对应的部分的接合后的高度比其以外的部分低。
如上所述，在实施方式3的半导体激光光源中，由于阻隔部23b形成在阻隔层23的外周部的整个外周，因此，在半导体激光器1与底座42的接合时，焊料层25的剩余的焊料25a集中在半导体激光器1的外周部与阻隔层23的阻隔部23b之间。可以防止剩余的焊料25a润湿扩展到半导体激光器1的输出端1a侧，可以进一步降低剩余的焊料25a所引起的不良。
因此，即使减小半导体激光器1的输出端1a侧的突出量，也可以防止因剩余的焊料25a所引起的不良的发生。由于半导体激光器1的下表面的几乎整个面通过焊料层25与底座42接合，因此可以进一步实现半导体激光光源的输出特性和可靠性的提高。
需要说明的是，本发明可以在其发明范围内对各实施方式进行自由组合，或者将各实施方式适当变形、省略。

Claims (4)

1.一种半导体激光光源，其具备：
半导体激光器，其具有输出激光的输出端；以及
底座，其接合所述半导体激光器，
所述底座具备底座基板、配置于所述底座基板的上侧的Au层、配置于所述Au层上面且在外周部至少在除了与所述半导体激光器的所述输出端侧对应的部分以外的部分具有向上方突出的壁部的阻隔层、以及配置于在所述阻隔层上面由所述壁部围起的区域中的焊料层，
所述半导体激光器与所述壁部的内表面隔开预先设定的间隔，同时通过所述焊料层以所述半导体激光器的所述输出端从所述焊料层的与所述输出端侧对应的端部向所述激光的输出方向突出的状态与所述底座接合，
所述壁部形成在所述阻隔层的外周部的整个外周。
2.根据权利要求1所述的半导体激光光源，其中，
在所述底座中，在与所述半导体激光器的所述输出端的一侧对应的侧面配置有Au膜。
3.根据权利要求1所述的半导体激光光源，其中，
所述底座基板由SiC构成，
所述半导体激光光源进一步具备配置于所述底座基板与所述Au层之间且由Ti层/Cu层/Ni层构成的中间层。
4.根据权利要求3所述的半导体激光光源，其中，在所述底座基板的下表面也配置有所述中间层。
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