CN114402491A - 半导体激光装置 - Google Patents
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Abstract
半导体激光装置具备:层叠基板;第1导电层(副基座),形成在层叠基板上;半导体激光元件,设置在第1导电层的第1区域;第1凸块,设置在半导体激光元件的不与第1导电层对置的面;第1电极,与第1凸块电连接;第2导电层,设置在第1导电层的第2区域;和第2电极,经由第2导电层与第1导电层电连接。
Description
技术领域
本公开涉及半导体激光装置。
背景技术
在半导体激光装置中,LD(激光二极管)芯片的固定通常通过将LD芯片夹在阳极侧的电极块与阴极侧的电极块之间来进行。
在半导体激光装置中,因为在LD芯片中流动大电流,所以输出越高则发热量越大。因此,在LD芯片与电极块之间或者与其他连接部件之间容易产生热应力。若产生热应力,则部件间的电连接下降(即,电阻上升),容易导致激光输出的下降或者半导体激光装置的可靠性的下降。
在专利文献1中,在副基座上配置半导体激光元件,通过焊接来进行半导体激光元件与副基座的连接以及副基座与位于副基座的下方的第1电极块的连接,另一方面经由凸块来进行半导体激光元件与位于半导体激光元件的上方的第2电极块的连接。此时,通过在凸块与第2电极块之间设置金属层以及金属片,能够缓和由半导体激光元件和第2电极块的热膨胀率的差异引起的热应力,并且稳定地确保半导体激光元件与第2电极块的电连接。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:JP再表2016-103536号公报
发明内容
发明要解决的课题
实现对于热量可靠性高的半导体激光装置。
用于解决课题的手段
鉴于上述,本公开的一侧面涉及半导体激光装置,所述半导体激光装置具备:层叠基板;第1导电层,是所述层叠基板的最上层或被形成在所述层叠基板上;半导体激光元件,设置在所述第1导电层的第1区域;第1凸块,设置在所述半导体激光元件的不与所述第1导电层对置的面;第1电极,与所述第1凸块电连接;第2导电层,设置在所述第1导电层的第2区域;和第2电极,经由所述第2导电层与所述第1导电层电连接。
发明效果
根据本公开,能够实现对于热量可靠性高的半导体激光装置。
附图说明
图1是示出本公开的一实施方式涉及的半导体激光装置的概略结构的剖视图。
图2是将图1中的半导体激光装置的主要部分放大后的剖视图。
图3是示出本公开的其他实施方式涉及的半导体激光装置的主要部分的概略结构的放大剖视图。
具体实施方式
本实施方式涉及的半导体激光装置具备:层叠基板;第1导电层,是层叠基板的最上层或被形成在层叠基板上;和半导体激光元件。半导体激光元件由第1导电层以及层叠基板保持。半导体激光元件例如使用具有第1主面以及作为第1主面的背面的第2主面,并且在第1主面以及第2主面各自具有端子的元件。在该情况下,半导体激光元件例如能被保持为使得第2主面与第1导电层对置。此时,第1导电层能与形成在第2主面的端子电连接。
半导体激光元件设置在第1导电层的第1区域。另一方面,在第1导电层的第2区域设置有第2导电层。
半导体激光装置在半导体激光元件的不与第1导电层对置的面(第1主面)具备第1凸块。此外,半导体激光装置具备与第1凸块电连接的第1电极和经由第2导电层与第1导电层电连接的第2电极。由此,经由第1凸块将形成在第1主面的端子和第1电极电连接。此外,经由第1导电层以及第2导电层将形成在第2主面的端子和第2电极电连接。由此,在半导体激光元件与第1电极之间产生的热应力以及在第1导电层与第2电极之间产生的热应力分别被第1凸块以及第2导电层缓和,能够实现相对于热量的可靠性高的半导体激光装置。此外,在第1导电层与第2电极包含共同的元素的情况下,能降低在第1导电层与第2电极之间产生的热应力,并且容易使热应力缓和。
进一步地,在本实施方式涉及的半导体激光装置中,能够以半导体激光元件为基准将第1电极以及第2电极这两者配置在相同侧。因此,能在层叠基板的附近即在与半导体激光元件接近的位置,配设冷却机构,还容易对半导体激光元件进行直接冷却。也可以在层叠基板内形成冷却机构。此外,与在第1电极与第2电极之间配置半导体激光元件的情况相比,能不受由第2电极引起的限制而自由地决定冷却机构的布局,因而还容易将冷却机构设为大型。由此,冷却效率提高,因而能抑制由半导体激光装置的热量引起的性能下降,并且提高可靠性。
第2电极与第1导电层电连接。然而,在使第2电极和第1导电层直接接触的情况下,第2电极与第1导电层的接触电阻较大。此外,容易由于热量而在第1导电层产生翘曲,从而第2电极与第1导电层的电连接容易下降。因此,在本实施方式中,在第2电极与第1导电层之间设置第2导电层。
第2导电层具有缓和由第1导电层以及第2电极引起的热应力,并且降低第1导电层与第2电极的接触电阻的作用。第2导电层也可以包含硬度低于第1导电层的金属膜。或者,也可以是,第2导电层包括第2凸块,并经由第2凸块将第2电极和第1导电层电连接。在此,第1导电层以及第2导电层的硬度是指维氏硬度。
以下,参照附图对本实施方式涉及的半导体激光装置的具体的方式更详细地进行说明。
<第1实施方式>
图1是示出本公开的一实施方式涉及的半导体激光装置100的结构的概略的剖视图。图2是将图1的区域A放大后的剖视图。半导体激光装置100具备层叠基板10、副基座11、导电层12、半导体激光元件13、第1凸块14、第1电极16和第2电极17。
半导体激光元件13例如是端面发光型(EEL:Edge Emitting Laser)的激光二极管(LD)芯片。端面发光型的LD芯片在芯片的上表面(第1主面)和下表面(第2主面)形成有用于供给电流的端子。通过经由两端子向激光二极管供给电流,从芯片上表面与芯片下表面之间的端面射出激光。LD芯片也可以具有多个射出激光的发光点。
半导体激光元件13保持在设置于层叠基板10上的副基座11上。副基座11具有导电性,与上述的第1导电层对应。
作为第1导电层的副基座11能够优选地使用与半导体激光元件13具有同等的线膨胀系数的副基座。从热膨胀率的观点出发,副基座11例如包含铜-钨合金(CuW)作为主成分。副基座11也可以包含铜-钼合金(CuMo)作为主成分。副基座11例如可以通过包含金(Au)和锡(Sn)在内的焊料而与半导体激光元件13的形成在下表面(第2主面)的端子电连接。副基座11的厚度例如可以是5~10μm。
层叠基板10例如是铜板和氮化铝板的层叠体,在内部设置有用于流动冷却水的空间。由此,能够不经由第1电极16以及第2电极17而直接进行半导体激光元件13的冷却。由这样的层叠体构成且在内部形成有冷却水的路径的层叠基板被称为MCC(MicrochannelCooler,微通道冷却器)。
层叠体即层叠基板10的最上层例如为铜板,具有导电性。最上层的铜板和副基座11例如可以通过包含银(Ag)和锡(Sn)在内的焊料而电连接。
第1凸块14设置在半导体激光元件13的上表面(第1主面),将半导体激光元件13的形成在上表面(第1主面)的端子与第1电极16之间电连接。第1凸块14例如是环形形状的凸块电极,例如以金(Au)为主成分。即便在半导体激光元件13和第1电极16中产生了热膨胀率的差的情况下,第1凸块14也能够在维持半导体激光元件13的上表面与第1电极16之间的电连接的状态下移动,能够缓和热应力。
也可以在第1凸块14与第1电极16之间设置金属膜15。金属膜15例如以金(Au)为主成分。金属膜15也可以将1片或多片金箔叠合以使得成为给定的厚度。第1凸块14的前端伸入金属膜15而与其物理性地接触。由此,能够缓和热应力,并且提高半导体激光元件13的上表面与第1电极16之间的电连接。金属膜15的厚度例如能为10~30μm。
在副基座11中,在未配设半导体激光元件13的区域设置有导电层12。导电层12与上述的第2导电层对应。导电层12与第2电极17电连接。结果,经由导电层12(第2导电层)将副基座11(第1导电层)和第2电极17电连接。导电层12例如包括第2凸块18。
第2凸块18例如与第1凸块14同样为环形形状的凸块电极,例如以金(Au)为主成分。有时由于热膨胀而在副基座11产生翘曲,在副基座11和第2电极17中产生热膨胀率的差。即便在该情况下,第2凸块18也能够在副基座11和第2电极17之间维持良好的电连接的状态下移动,能够缓和热应力。
导电层12也可以包括介于第2凸块18与第2电极17之间的金属膜19。金属膜19例如以金(Au)为主成分。金属膜19也可以将1片或多片金箔叠合以使得成为给定的厚度。在该情况下,第2凸块18的前端可以伸入金属膜19而与其物理性地接触。由此,能够缓和热应力,并且提高副基座11与第2电极17之间的电连接。金属膜19的厚度例如可以是10~30μm。
第1电极16以及第2电极17例如以铜(Cu)为主成分。第1电极16以及第2电极17例如也可以是对铜材料实施了镍(Ni)或者金(Au)等的镀敷的电极。虽然第1电极16以及第2电极17与半导体激光元件13配置在相同侧,但通过绝缘层20而相互绝缘。绝缘层20例如可以是聚酰亚胺膜。此外,在第1电极16以及第2电极17分别设置有用于与外部电源连接的孔31、32。
第2电极17例如在将层叠基板10配设在台座40上,并且在第2电极17与台座40之间夹着层叠基板10的状态下,通过使用螺丝41从台座40侧进行螺纹固定,从而被固定在层叠基板10的上方。在台座40设置有用于供给冷却水的贯通孔51、52。
根据上述的半导体激光装置100的结构,能够抑制由热量引起的性能下降,并且提高半导体激光装置相对于热量的可靠性。
<第2实施方式>
图3是示出本公开的一实施方式涉及的半导体激光装置101的结构的概略的剖视图。另外,图3与图2同样是将半导体激光装置的主要部分放大后的放大剖视图。
图3所示的半导体激光装置101是在图1以及图2所示的半导体激光装置100中,不设置副基座11而在层叠基板10上直接配置有半导体激光元件的结构。在该情况下,层叠基板10的最上层的铜板10a与上述的第1导电层对应。在该情况下,作为第1导电层的铜板10a的厚度例如可以是50~200μm。
作为第1导电层的铜板10a和半导体激光元件13的形成在下表面(第2主面)的端子例如可以通过以锡(Sn)、金(Au)为主材料的焊料而电连接。
作为第1导电层的铜板10a经由作为第2导电层的导电层12与第2电极17电连接。导电层12包括金属膜19。在第2电极17由铜材料构成的情况下,施加于作为第1导电层的铜板10a与第2电极17之间的热应力能够得以降低。然而,通常即便金属的表面在宏观上看是平坦的,若在微观上看则也具有微小的凹凸。因此,若使第2电极17和第1导电层直接接触,则第2电极17与第1导电层的界面处的接触面积小,接触电阻容易变大。结果,难以在第2电极17与第1导电层之间维持良好的电连接。
然而,通过使金属膜19介于第2电极17与第1导电层之间,从而金属膜19填充第1导电层的微小的凹陷,能够使界面处的接触面积增大。由此,能够将接触电阻维持为较低。由此,能够提高第2电极17与第1导电层之间的电连接,实现可靠性高的半导体激光装置。
从降低接触电阻的观点出发,作为第2导电层的金属膜19优选为硬度比第1导电层低(软)的材料,以使得金属膜19能够通过加压来填充第1导电层的微小的凹陷。金属膜19例如也可以是以金(Au)为主成分的膜。
对于半导体激光装置101的其他结构,与半导体激光装置100同样,省略说明。在半导体激光装置101中,也可以与半导体激光装置100同样,经由第2凸块18而将第2电极17和第1导电层电连接。
上述的实施方式只是本公开的一个例子,各部分的具体的结构不限定于上述的具体例,能够在实现本公开的作用效果的范围下适当进行变更设计,这是不言而喻的。
产业上的可利用性
本公开的半导体激光装置能得到高输出,所以能够使用于激光加工。
符号说明
100、101:半导体激光装置;
10:层叠基板;
10a:铜板;
11:副基座;
12:导电层(第2导电层);
18:第2凸块;
19:金属膜;
13:半导体激光元件;
14:第1凸块;
15:金属膜;
16:第1电极;
17:第2电极;
20:绝缘层;
31、32:孔;
40:台座;
51、52:贯通孔。
Claims (5)
1.一种半导体激光装置,具备:
层叠基板;
第1导电层,是所述层叠基板的最上层或被形成在所述层叠基板上;
半导体激光元件,设置在所述第1导电层的第1区域;
第1凸块,设置在所述半导体激光元件的不与所述第1导电层对置的面;
第1电极,与所述第1凸块电连接;
第2导电层,设置在所述第1导电层的第2区域;和
第2电极,经由所述第2导电层与所述第1导电层电连接。
2.根据权利要求1所述的半导体激光装置,其中,
所述第1导电层与所述第2电极包含共同的元素。
3.根据权利要求1或2所述的半导体激光装置,其中,
所述第2导电层包括硬度低于所述第1导电层的金属膜。
4.根据权利要求1~3中的任一项所述的半导体激光装置,其中,
所述第2导电层包括第2凸块。
5.根据权利要求1~4中的任一项所述的半导体激光装置,其中,
在所述层叠基板内形成冷却水的路径。
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