DE102015113758A1

DE102015113758A1 - Halbleiterlaser

Info

Publication number: DE102015113758A1
Application number: DE102015113758.5A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Ota
Original assignee: Canare Electric Co Ltd
Current assignee: Canare Electric Co Ltd
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2015-08-19
Publication date: 2016-03-10
Also published as: US20170070028A1; CN105406350A; US20160072252A1

Abstract

Halbleiterlaser mit einem Halbleiterlaserchip, einer leitfähigen Halterung, einem Isolierungsblock und einer Elektrode. Der Halbleiterlaserchip und der Isolierungsblock sind an eine Oberfläche der leitfähigen Halterung gebondet, und eine obere Oberfläche der Elektrode und der Halbleiterlaserchip sind elektrisch verbunden. Die Dicke der Elektrode beträgt nicht weniger als 0,3 mm.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleiterlaser, insbesondere Hochleistungshalbleiterlaser. Die vorliegende Erfindung betrifft Baugruppen für Hochleistungshalbleiterlaser, insbesondere Baugruppen, die eine gute Wärmeableitungsfähigkeit aufweisen. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsübertragungsstruktur für die Hochleistungshalbleiterlaserbaugruppen. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Isolierungsstruktur für die Hochleistungshalbleiterbauleitergruppen.
Hintergrund der Erfindung
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-23205 (Referenz 1) offenbart Strukturen einer Halbleiterlaseranordnung. Das offenbarte Gerät hat eine Struktur, in der mehrere Halbleiterlaserarrays vertikal gestapelt sind. Ein solches Gerät wird als vertikale Stapel von Laserbarren (laser bar stacks) bezeichnet. Gemäß den offenbarten Geräten umfasst jedes Halbleiterlaserarray unabhängig eine wassergekühlte Wärmesenke, und Kanäle der Wärmesenken sind durch Kleber verbunden. Die mehreren Halbleiterlaserarrays sind seriell durch Stapeln und Löten verbunden.
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2012-514860 (Referenz 2) offenbart eine sogenannte C-Halterung, welches eine der Baugruppen von Halbleiterlasern ist. Die C-Halterung wird typischerweise für Halbleiterlaser mit relativ niedriger Leistung angewandt.
Das japanische Patent Nr. 3800116 (Referenz 3) offenbart eine Neben-Halterung (sub mount), bei denen ein CTE (Koeffizient der Wärmeausdehnung; Coefficient of Thermal Expansion) durch Stapeln von zwei Arten von Metallen gesteuert wird.
Das japanische Patent Nr. 5075165 (Referenz 4) offenbart eine Neben-Halterung für Halbleiterlaser, bei denen ein CTE gesteuert wird durch Stapeln eines AlN (Aluminiumnitrit) und Kupfer.
Das japanische Patent Nr. 5296977 (Referenz 5) offenbart eine Neben-Halterung für Halbleiterlaser, bei denen ein Molybdän und Kupfer gestapelt sind, um ein Gesamt-CTE zu steuern. Dieses Dokument offenbart auch eine Neben-Halterung für Halbleiterlaser, bei denen ein CTE gesteuert wird durch Stapeln eines AlN und Kupfer.
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2008-283064 (Referenz 6) offenbart Formeln zur Bestimmung eines CTE eines Materials, bei dem unterschiedliche Arten von Materialien gestapelt sind.
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2008-311556 (Referenz 7) offenbart eine Konfiguration, in der ein Spannungsabbaustoff in eine Lötschicht eingefügt ist zur Verbindung eines Halbleiterlasers und einer Neben-Halterung.
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2009-158645 (Referenz 8) offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer Wärmeausdehnung von Lötzinn durch Ausbreitung von Partikeln, welches eine von dem Originallötmaterial unterschiedliche CTE aufweist.
Die in der Referenz 1 beschriebene Halbleiterlaseranordnung weist Verbindungsmechanismen zwischen den mehreren wassergekühlten Wärmesenken auf, so dass ihr Zusammenbauprozess kompliziert ist und ein Wasseraustrittsrisiko verbleibt. Da die elektrischen Verbindungen zwischen den Halbleiterlaserarrays durch Löten realisiert werden, zeigt es geringe Produktivität und geringe Zuverlässigkeit der elektronischen Verbindungen.
Der in Referenz 2 beschriebene Halbleiterlaser, der C-Halterung verwendet, ist billig, aber er emittiert nur geringe Leistung, weshalb dieser Typ von Halbleiterlaser Stapel von Laserbarren vom vertikalen Typ nicht ersetzen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Um die obigen Probleme zu lösen, umfasst die vorliegende Erfindung einen Halbleiterlaserchip, eine leitfähige Halterung, einen Isolierungsblock, eine obere Elektrode und eine untere Elektrode. Der Halbleiterlaserchip und der Isolierungsblock sind an die erste Oberfläche der leitfähigen Halterung gebondet. Die obere Elektrode ist an den Isolierungsblock gebondet. Eine obere Oberfläche der oberen Elektrode und der Halbleiterchip sind verdrahtet durch eine leitfähige Leiterbahn. Die untere Elektrode ist an die zweite Oberfläche der leitfähigen Halterung gebondet.
Die vorliegende Erfindung schafft elektronische Verbindbarkeit durch einen Drahtbondingmechanismus zwischen mehreren Halbleiterlasern, die auf einer Wärmesenke platziert sind. So gibt es keine Notwendigkeit, mehrere wassergekühlte Wärmesenken zu verbinden. Deshalb schafft die vorliegende Erfindung einen weniger komplizierten Produktionsprozess und eliminiert ein Wasseraustrittsrisiko. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die mehreren Halbleiterlaser auf der Wärmesenke durch einen Diebondingprozess platziert, der eine gute Produktivität und hohe Zuverlässigkeit bereitstellt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen stellen einen Teil der Beschreibung dar und sind im Zusammenhang damit zu lesen. Die dargestellten Ausführungsformen sind jedoch nur Beispiele und sind nicht als einschränkend gedacht. Gleiche Bezugszahlen und Bezeichnungen in den unterschiedlichen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
1 ist eine schematische Darstellung des Halbleiterlasers 10 als die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Darstellung des Laserlichtquellenmoduls 20.
3 ist eine schematische Darstellung der Verbindungsarchitektur zwischen den Halbleiterlasern 21 und 21.
4 ist eine schematische Darstellung des Laserlichtquellenmoduls 50 als die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische Darstellung der Wärmesenke 51.
6 ist eine schematische Darstellung des Festkörperlasers mit dem Laserlichtquellenmodul 50.
7 ist eine schematische Darstellung des Halbleiterlasers 60 als der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine schematische Darstellung des Laserlichtquellenmoduls 70.
9 ist eine schematische Darstellung des Halbleiterlasers 80 als der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine schematische Darstellung des Laserlichtquellenmoduls 90.
11 ist eine schematische Darstellung des Halbleiterlasers 100 als der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine schematische Darstellung des Laserlichtquellenmoduls 110.
13 ist eine schematische Darstellung des Halbleiterlasers 120 als der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine schematische Darstellung des Laserlichtquellenmoduls 130 als der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine schematische Darstellung der Wärmesenke 131.
16 ist eine schematische Darstellung des Halbleiterlasers 140 als der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine schematische Darstellung des Laserlichtquellenmoduls 160 als der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine schematische Darstellung der Wärmesenke 161.
19 ist eine schematische Darstellung des Halbleiterlasers 170 als der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine schematische Darstellung des Laserlichtquellenmoduls 190 als der elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine schematische Darstellung des Festkörperlasers 210 mit dem Laserlichtquellenmodul 190.
22 ist eine schematische Darstellung des Halbleiterlasers 220.
23 ist eine schematische Darstellung des Laserlichtquellenmoduls 230 als der zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
24 ist eine schematische Darstellung, die nach Feldmuster einer Vielfalt von Laserlichtquellenmodulen zeigt.
25 ist eine schematische Darstellung des Halbleiterlasers 260 als der dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
26 ist eine schematische Darstellung des Laserlichtquellenmoduls 270.
27 ist eine schematische Darstellung des Halbleiterlasers 280 als der vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
28 ist eine schematische Darstellung der Sammelschiene 287 mit unterschiedlichen Formen.
29 ist eine detaillierte Darstellung der Architektur der Halterung 171, der Klebeschicht 286 und des Halbleiterlaserchips 172.
30 ist eine schematische Darstellung des Scheibenlasers 290 als der sechzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
31 ist eine schematische Darstellung des Scheibenlasers 300 als der siebzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
32 ist eine schematische Darstellung des Dünnfilmslap-Lasers 310 als der achtzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
33 ist eine schematische Darstellung des Dünnfilmslap-Lasers 320 als der neunzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
34 ist eine schematische Darstellung des Scheibenlasers 330 als der zwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
35 ist eines schematische Darstellung des wärmeleitfähigen Abstandshalters 340 als der einundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
36 ist eine schematische Darstellung der Halterung 1 mit dem gebondeten Isolierungsabstandshalter 8 und der wärmeleitfähigen Schicht 344, und der Wärmesenke 11 mit wärmeleitfähiger Schicht 345.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Details von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten beschrieben mit Bezug auf Zeichnungen. Die Ausführungsformen beschränken nicht die vorliegende Erfindung. Dieselben Bezugszeichen werden für dieselben Elemente in den Zeichnungen verwendet.
[Die erste Ausführungsform]
1(a) zeigt einen Halbleiterlaser 10 als die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Halbleiterlaser 10 umfasst eine Halterung 1, einen Halbleiterlaserchip 2, eine Neben-Halterung 3, einen Isolierungsblock 4, eine obere Elektrode 5 und eine untere Elektrode 6. Die Halterung 1 weist ein Befestigungsloch 7 auf. Diese Baugruppenarchitektur gehört zu sogenannten C-Halterungsbaugruppen.
Die Neben-Halterung 3 ist an die Halterung 1 gebondet, und der Halbleiterlaserchip 2 ist an den Neben-Träger 3 gebondet. Der Einfachheit halber wird die Oberfläche der Halterung 1, an die der Halbleiterlaserchip 2 gebondet ist, als die erste Oberfläche der Halterung 1 definiert. Der Isolierungsblock 4 ist an den oberen Teil der Halterung 1 gebondet, und die obere Elektrode 5 ist an den Isolierungsblock 4 gebondet. Auch die untere Elektrode 6 ist an die der ersten Oberfläche der Halterung 1 gegenüberliegende Oberfläche gebondet. Der Einfachheit halber wird die der ersten Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche der Halterung 1 als die zweite Oberfläche der Halterung 1 bezeichnet.
Unter den Oberflächen der Halterung 1, die senkrecht zu sowohl der ersten als auch der zweiten Oberfläche sind, wird die an die Wärmesenke anzubringende Oberfläche als die dritte Oberfläche definiert. Ferner wird die der dritten Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche als die vierte Oberfläche definiert.
Die Struktur des Halbleiterlaserchips 2 hat keine Beschränkung. Der Halbleiterlaserchip 2 wäre entweder vom Einzel-Emitter-Typ oder vom Multi-Emitter-Typ. Die Emitter wären entweder vom Einzel-Mode-Typ oder vom Multi-Mode-Typ. Die vorliegende Ausführungsform wendet einen Halbleiterlaserchip mit mehreren Multi-Mode-Emittern an. In dieser Patentbeschreibung bezeichnet, sofern nicht anders angemerkt, ein Halbleiterlaserchip einen mit mehreren Multi-Mode-Emittern.
Die Halterung 1 ist aus sauerstofffreiem Kupfer mit Goldüberzug hergestellt. Die Halterung 1 ist elektrisch leitend. Die Neben-Halterung 3 ist aus CuW mit Goldüberzug hergestellt. Die Neben-Halterung 3 ist elektrisch leitend. Der Isolierungsblock 4 ist aus Aluminium-basierten Keramiken hergestellt. Die obere Elektrode 5 und die untere Elektrode 6 sind aus sauerstofffreiem Kupfer mit Goldüberzug hergestellt.
In dieser Patentbeschreibung bezeichnet der Ausdruck Überzug Metallschichtabscheidung durch Nassverfahren.
Die Halterung 1, die Neben-Halterung 3, der Isolierungsblock 4, die obere Elektrode 5 und die untere Elektrode 6 werden gleichzeitig zusammengebondet durch Nutzung von Karbonschablonen und einem Silberlötverfahren. Danach werden die Halterung 1, die Neben-Halterung 2, die obere Elektrode 5 und die untere Elektrode 6 gleichzeitig mit Gold beschichtet. Dieses Herstellungsverfahren kann Produktionskosten reduzieren aufgrund des gleichzeitigen Überzugs eines Halters und eines Nebenhalters. Dieses Herstellungsverfahren ist auch für die Baugruppe ohne die untere Elektrode 6 verfügbar.
Da die Neben-Halterungen klein sind, ist es schwierig, Elektroden zum Beschichten auf den Neben-Halterungen zu platzieren. In diesem Herstellungsprozess wird zu aller erst die Neben-Halterung an die Halterung gebondet, als zweites werden die Neben-Halterungen und die Halterung gleichzeitig beschichtet, und dadurch tritt das oben genannte Problem nicht auf.
Danach wird der Halbleiterlaserchip 2 an den Neben-Träger 3 unter Benutzung einer Gold-Zinn-Legierung (AuSn) gebondet. Die Oberfläche des Halbleiterlaserchips 2, die eine Laserdiodenstruktur aufweist, wird an den Neben-Träger 3 gebondet. Diese Architektur ist eine sogenannte Anschluss-Unten (junction down).
Die obere Elektrode 5 und der Halbleiterlaserchip 2 werden miteinander durch eine Leitung (wire) 9 verbunden. Die Leitung 9 ist an die rückwärtige Oberfläche des Halbleiterlaserchips gebondet. Die rückwärtige Oberfläche ist die der Oberfläche, die die Laserdiodenstruktur aufweist, gegenüberliegende Oberfläche. Die Leitung 9 ist aus Gold hergestellt. Die Leitung 9 kann eine Ansammlung von mehreren Leitungen oder eine bandförmige Leitung sein.
Ein anderes Herstellungsverfahren ist verfügbar. Bei diesem Prozess werden zu allererst die Halterung 1, der Isolierungsblock 4, die obere Elektrode 5 und die untere Elektrode 6 gleichzeitig zusammengebondet unter Benutzung von Karbonschablonen und eines Silberlötprozesses. Als zweites wird der Halbleiterlaserchip 2 an die Nebenhalterung 3 gebondet. Als drittes wird die an den Halbleiterlaserchip gebondete Neben-Halterung 1 an die Halterung 1 gebondet.
Der Halbleiterlaserchip 2 nutzt GaAs (Galiumarsenid) Wafer. Die aus CuW (Kupfer-Wolfram-Legierung) hergestellte Neben-Halterung 3 weist ein CTE (Koeffizient der Wärmeausdehnung; Coefficient of Thermal Expansion) auf, das beinahe gleich ist zu dem GaAs. Das CuW, welches 8–11 % Kupfer enthält, ist bevorzugt. Insbesondere das CuW, welches 8–11 % Kupfer enthält, ist noch mehr bevorzugt. Wenn die CTEs zwischen der Neben-Halterung 3 und dem Halbleiterlaserchip 2 näher beieinander sind, verbessert sich die Lebensdauer bei Hochleistungsbetrieb.
Thermische Leitfähigkeit des CuW, 180 W/mK, ist geringer als die von Kupfer, 400 W/mK. Bei dem oben genannten Design weist die Neben-Halterung 3 eine Funktion auf, um den CTE an den Halbleiterlaserchip 2 anzupassen, und die Halterung 1 weist eine Funktion auf, um Hitze abzuleiten.
Die Neben-Halterung 3 kann aus Kupfer mit einer Dispersion an Diamantpartikeln (diamond particles dispersion copper) hergestellt sein. Dieses Material hat ein CTE, das an GaAs angepasst ist. Zudem ist die Wärmeleitfähigkeit dieses Materials so hoch wie 500–600 W/mK.
Auch die Halterung 1 kann aus CuW oder Kupfer mit einer Dispersion an Diamantpartikeln hergestellt sein. Bei diesem Design ist die Neben-Halterung 3 beseitigt und der Halbleiterlaserchip 2 ist direkt an die Halterung 1 gebondet.
Im Gegensatz zu Standard C-Halterungen weist der Halbleiterlaser 10 eine untere Elektrode 6 auf. Die obere Elektrode 5 und die untere Elektrode 6 haben nahezu die gleichen Abmessungen. Die Dicke, t, der oberen Elektrode 5 und der unteren Elektrode 6 ist vorzugsweise gleich oder größer als 0,3 mm; noch weiter bevorzugt sollte sie gleich oder größer als 0,5 mm sein. Die dicken Elektroden ermöglichen es, an seitliche Oberflächen der Elektroden zu bonden.
Die Abmessungen des Halbleiterlasers sind beispielsweise wie folgt. Die Abmessung der Halterung 1 beträgt 6 mm × 8,4 mm × 1,6 mm. Der Durchmesser des Befestigungslochs 7 beträgt 2,3 mm. Die Abmessung der Neben-Halterung 3 beträgt 4,2 mm × 1,2 mm × 0,5 mm. Die Abmessung des Isolierungsblocks beträgt 1,4 mm × 1,4 mm × 1,4 mm. Die Abmessungen der oberen Elektrode 5 und der unteren Elektrode 6 betragen 6,0 mm × 0,8 mm × 0,65 mm.
Wie in 1(b) und (c) gezeigt, ist der Halbleiterlaser 10 nach unten an die Wärmesenke 11 mit einer Schraube 12 über einen Isolierungsabstandshalter 8 geschraubt. Die Schraube 12 ist eine M 2.0 Isolierungsschraube. Die Wärmesenke 11 weist ein Schraubloch 13 auf. Die Wärmesenke 11 ist aus einem sauerstofffreien Kupfer mit Goldüberzug hergestellt.
Wie in 1(c) gezeigt, wird ein Laserlicht 14 senkrecht zu der Oberfläche der Wärmesenke 11 emittiert.
Der Isolierungsabstandshalter 8 ist aus AlN (Aluminiumnitrid) hergestellt. Aus Sicht der Wärmeableitung ist die Dicke des Isolierungsabstandshalters 8 vorzugsweise gleich oder kleiner als 0,5 mm. Aus Sicht der mechanischen Stärke ist die Dicke des Isolierungsabstandshalters 8 vorzugsweise gleich oder größer als 0,25 mm. Der Isolierungsabstandshalter 8 weist ein Befestigungsloch entsprechend dem Befestigungsloch 7 auf.
Das AlN ist eine Isolierung und weist gute Wärmeleitfähigkeit wie etwa 170–230 W/mK auf. Aus diesem Grund wird AlN bevorzugt als ein Material für den Isolierungsabstandshalter 8.
Der Isolierungsabstandshalter 8 kann an die Halterung 1 gebondet werden. Der Isolierungsabstandshalter 8 und die Halterung 1 können mit einem Dispersionskleber aus Silberpartikeln (silver particles dispersion adhesives) gebondet werden. Das Design des an die Halterung 1 gebondeten Isolierungsabstandshalters 8 weist Vorteile auf wie etwa eine einfache Handhabung und geringe Wärmeresistivität. Dieses Design benötigt keine Goldmetallisierung, sodass die Herstellungskosten weniger teuer sind.
Als Basismaterial für Dispersionskleber aus Silberpartikeln kann ein Duroplast oder ein Thermoplast angewandt werden. Als Duroplast kann Epoxitharz angewandt werden.
Der Isolierungsabstandshalter 8 ist an die Oberfläche gebondet, welche senkrecht zu sowohl der ersten Oberfläche als auch der zweiten Oberfläche der Halterung ist und der Richtung des Laserlichts 14 gegenüberliegt. Wie oben beschrieben, ist diese Oberfläche als die dritte Oberfläche definiert.
Wenn der Isolierungsabstandshalter 8 mit Gold metallisiert ist, sind andere Bondingverfahren anwendbar, um an die Halterung 1 zu bonden. Ein Beispiel ist AuSn (Gold-Zinn-Legierung). Als anderes Beispiel ist ein Kleber basierend auf feinen Gold- oder Silberpartikeln anwendbar. Die Kleber basierend auf feinen Metallpartikeln können unter niedrigen Temperaturen gesintert werden. Die Oberfläche mit Goldmetallisierung des Isolierungsabstandshalters 8 und der Halterung 1 können zusammengebondet werden durch die oben genannten Kleber. Die Designs stellen eine geringe Wärmeresistivität mit einem Nachteil hinsichtlich der Herstellungskosten bereit.
Als Goldmetallisierungsdesign ist eine Mehrschichtstruktur von Au/Pt/Ti/AlN bevorzugt. Das Ti (Titan) bietet eine gute Adhäsion mit AlN. Das Pt (Platin) wirkt als Barriere, um Inter-Diffusion zwischen Ti und Au (Gold) zu vermeiden. Die Dicke der Au-Schicht, der Pt-Schicht und der Ti-Schicht beträgt 0,6 µm, 0,2 µm bzw. 0,1 µm.
In dieser Patentbeschreibung bezeichnet der Begriff der Metallisierung eine Abscheidung (Diffusion) von Metall durch einen Trockenprozess.
Wie in 1(d) gezeigt, können der Halbleiterlaserchip 10, der Isolierungsabstandshalter 8 und die Wärmesenke 11 aneinander gebondet werden.
Bei diesem Design sind der Isolierungsabstandshalter 8 und die Wärmesenke 11 aneinander gebondet durch Dispersionskleber aus Silberpartikeln. Durch Metallisierung der Oberfläche des Isolierungsabstandshalters sind andere Bondingverfahren, wie etwa die AuSn Legierung, die Dispersionskleber aus feinen Silber- oder Goldpartikeln anwendbar.
2 zeigt ein Laserlichtquellenmodul 20, bei dem mehrere Halbleiterlaser 21, 22 und 23 an der Wärmesenke 11 angebracht sind. Die Halbleiterlaser 21, 22 und 23 haben die gleiche Struktur wie der Halbleiterlaser 10. Die Halbleiterlaser 21, 22 und 23 sind nach unten geschraubt oder gebondet an die Wärmesenke 11.
Das Laserlichtquellenmodul 20 hat eine äquivalente Funktion eines sogenannten Stapels von Laserdiodenbarren (laser diode bar stack). Die Halbleiterlaser 21, 22 und 23 mit Halbleiterlaserarrays liefern das gleiche Lichtquellenmuster wie Stapel von Laserdiodenbarren des vertikalen Typs.
Das Design, bei dem die Halbleiterlaser 21, 22 und 23 an die Wärmesenke 11 gebondet sind, kann durch einen bekannten Diebondingprozess hergestellt werden. Der Diebondingprozess wird in der Halbleiterindustrie umfangreich genutzt, sodass hohe Produktivität und Verlässlichkeit vielversprechend sind.
Eine untere Elektrode des Halbleiterlasers 21 und eine obere Elektrode des Halbleiterlasers 22 sind miteinander durch eine Leitung 25 verbunden. Die untere Elektrode des Halbleiterlasers 22 und die obere Elektrode des Halbleiterlasers 23 sind miteinander durch eine Leitung 26 verbunden. Damit sind die Halbleiterlaser 21, 22 und 23 in Reihe verbunden. 2(b) zeigt eine äquivalente Schaltung der 2(a).
Die seriell miteinander verbundenen Halbleiterlaser 21, 22 und 23 sind mit einer externen Spannungsversorgung mittels Verbindungen (leads) 24 und 27 verbunden.
Hochleistungshalbleiterlaser werden betrieben bei ungefähr mehreren 10 Ampere Strom mit ungefähr 2V an Treiberspannungen. Eine Parallelverbindung von Halbleiterlasern erfordert einen extrem großen Strom bei geringer Spannungsversorgung. Deshalb ist ein solches Design nicht praktikabel. Andererseits ist das in 2 gezeigte Design mit einer Serienverbindung praktikabler.
3 zeigt eine Verbindungsstruktur der Halbleiterlaser 21 und 22. Eine Seitenfläche 42 der unteren Elektrode 41 und des Halbleiterlasers 21 ist mit einer Seitenfläche 44 einer oberen Elektrode 44 des Halbleiterlasers 22 über eine Leitung 26 verbunden. Die Leitung 26 ist an die Seitenflächen 42 und 44 durch einen Drahtbondingprozess gebondet.
Eine obere Elektrode 35 ist an eine Halterung 31 des Halbleiterlasers 22 mit einem Isolierungsblock 34 gebondet. Ein Halbleiterlaserchip 32 ist an die Halterung 31 mit einer Neben-Halterung 33 gebondet. Eine obere Oberfläche 45 des Halbleiterlaserchips 32 und eine obere Oberfläche 43 der oberen Elektrode 35 sind mittels einer Leitung 39 verbunden. Die Leitung 39 ist sowohl an die obere Oberfläche 45 des Halbleiterlaserchips 32 als auch an die obere Oberfläche 43 der oberen Elektrode 35 unter Benutzung eines bekannten Drahtbondingprozesses (wire bonding process) gebondet.
Ein Isolierungsabstandshalter 35 ist an die Halterung 31 gebondet. Die Halterung 31 ist an der Wärmesenke mittels des Isolierungsabstandshalters 38 angebracht.
Der Drahtbondingprozess ist eingerichtet als Zusammenbauprozess der Halbleitergeräte, weshalb gute Produktivität und hohe Zuverlässigkeit geliefert werden. Der Drahtbondingprozess kann jedoch nur Elektroden verbinden, die innerhalb einer Ebene angeordnet sind.
Wie in 3 gezeigt ist, können beispielsweise eine Seitenfläche 42 der unteren Elektrode 41 und eine obere Oberfläche 43 der Elektrode 35 nicht miteinander verbunden werden durch den Drahtbondingprozess. Um dieses Problem zu lösen, wendet die vorliegende Ausführungsform die dicken Elektroden 30 und 41 an, sodass die Seitenflächen dieser Elektroden eine Verbindung zwischen Elektroden schaffen.
[Die zweite Ausführungsform]
4 zeigt ein Laserlichtquellenmodul 50 als die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zwanzig Teile der Halbleiterlaser 10 sind an einer wassergekühlten Wärmesenke 51 angebracht. Die Halbleiterlaser 10 sind nach unten an die Wärmesenke 51 angeschraubt.
Benachbarte Halbleiterlaser 10 sind mittels Leitungen 56 verbunden. Die Verbindungsarchitektur der Leitungen 56 entspricht der in 3 gezeigten Architektur. Verbindungen 58 und 95 entsprechen den in 3 gezeigten Verbindungen 27 bzw. 24.
Die Verbindungen 58 und 59 sind Verbindungsmittel zu einer externen Spannungsversorgung.
Wie in 4 gezeigt ist, bilden die Halbleiterlaser 10 zwei Reihen. Eine Verbindung 57 verbindet diese zwei Reihen.
Wie in 5 gezeigt ist, umfasst die Wärmesenke 51 einen Wassereinlass 52, einen Kanal 54 und einen Wasserauslass 53. Der Kanal 54 bildet die Form einer Haarnadel. Zwanzig Verschraubungslöcher 55 sind auf der Wärmesenke 51 gebildet. Die Verschraubungslöcher 55 sind entlang des Kanals angeordnet.
Das obige Design ermöglicht es, dass der Kanal 54 gerade unterhalb von Wärmeerzeugungsbereichen der Halbleiterlaser 10 angeordnet ist. Gleichzeitig sind die Halbleiterlaser 10 an der Wärmesenke 51 mittels Schrauben angebracht.
Wie in 6 ist, ist das Laserlichtquellenmodul 50 anwendbar als eine pumpende Quelle für ein Festkörperlaserrohr 56. Dieses Design ermöglicht seitliches Pumpen für das Laserrohr 56, das etwa aus Nd:YAG hergestellt ist. Die Konfiguration des Festkörperlasermediums ist nicht beschränkt auf das Rohr. Jegliche Konfiguration wie etwa eine Platte ist anwendbar.
[Die dritte Ausführungsform]
7(a) zeigt einen Halbleiterlaser 60 als die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Verglichen mit dem in 1 gezeigten Halbleiterlaser 10 weist der Halbleiterlaser 60 eine Halterung 61 anstelle der Halterung 1 auf. Die Halterung 61 weist das Befestigungsloch 7 nicht auf.
Wie in 7(b) gezeigt ist, ist die Halterung 61 an die Wärmesenke 11 mittels eines Isolierungsabstandshalters 68 gebondet. Der Isolierungsabstandshalter 68 weist kein Befestigungsloch 7 auf. Der Isolierungsabstandshalter 68 ist an die Halterung 61 gebondet.
Bei dieser Konfiguration ist die Halterung 61 vorteilhafterweise kompakt hergestellt durch Weglassen eines Befestigungslochs 7.
8(a) zeigt ein Laserlichtquellenmodul 70, bei dem mehrere Halbleiterlaser 71, 72 und 73 an der Wärmesenke 11 angebracht sind. Die Halbleiterlaser 71, 72 und 73 haben die gleiche Architektur wie der in 7 gezeigte Halbleiterlaser 60. Die Halbleiterlaser 71, 72 und 73 sind an die Wärmesenke 11 gebondet.
Jeglicher bekannte Diebondingprozess (die bonding process) kann genutzt werden, um die Halbleiterlaser 71, 72 und 73 mit der Wärmesenke 11 zu verbinden.
Eine untere Elektrode des Halbleiterlasers 71 und eine obere Elektrode des Halbleiterlasers 72 sind mittels einer Leitung 75 verbunden. Eine untere Elektrode des Halbleiterlasers 72 und eine obere Elektrode des Halbleiterlasers 73 sind mittels einer Leitung 76 verbunden. Dieses Design ermöglicht serielle Verbindung zwischen den Halbleiterlasern 71, 72 und 73. 8(c) zeigt eine äquivalente Schaltung der in 8(b) gezeigten Architektur.
Die Halbleiterlaser 71, 72 und 73, die in Serie verbunden sind, sind mit einer externen Spannungsversorgung durch die Verbindung 74 und die Verbindung 77 verbunden.
Die Verbindungsarchitektur zwischen den Halbleiterlasern 71 und 72 entspricht der in 3 gezeigten Verbindungarchitektur zwischen Halbleiterlasern 21 und 22.
Die vorliegende Ausführungsform macht den Halbleiterlaser 60 kleiner wegen des fehlenden Befestigungslochs 7. Deshalb sind Räume zwischen den Halbleiterlasern 71, 72 und 73 bei dem in 8 gezeigten Design verengt. Als Ergebnis ist die Energiedichte des Laserlichtquellenmoduls 70 verglichen mit dem Laserlichtquellenmodul 20 erhöht.
[Die vierte Ausführungsform]
9(a) zeigt einen Halbleiterlaser 80 als die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Halbleiterlaser 80 weist ein Design auf, bei dem die untere Elektrode 6 aus dem Design des in 7 gezeigten Halbleiterlasers 60 entfernt ist.
Wie in 9(b) gezeigt ist, ist die Halterung 61 an die Wärmesenke 11 mittels des Isolierungsabstandshalters 68 gebondet. Der Isolierungsabstandshalter 68 ist an die Halterung 68 gebondet.
9(c) zeigt einen Elektrodenanschluss 84, der bei dem Halbleiterlaser 80 benutzt wird. Der Elektrodenanschluss 84 weist ein Design auf, bei dem Halbleiterlaserchip 2 aus dem Design des Halbleiterlasers 80 entfernt ist. Die Neben-Halterung 3 kann entfernt werden oder verbleiben. Beide Designs sind möglich.
10(a) zeigt das Laserlichtquellenmodul 90, bei dem mehrere Halbleiterlaser 81, 82 und 83 an der Wärmesenke 11 angebracht sind. Die Halbleiterlaser 81, 82 und 83 haben das gleiche Design wie der Halbleiterlaser 80. Die Halbleiterlaser 81, 82 und 83 sind an die Wärmesenke 11 gebondet.
Um die Halbleiterlaser 81, 82 und 83 an die Wärmesenke 11 zu bonden, ist das bekannte Diebondingverfahren anwendbar. Das Diebondingverfahren ist als Zusammenbauverfahren von Halbleitergeräten eingerichtet, sodass gute Produktivität und Verlässlichkeit geliefert werden.
Die vierte Oberfläche einer Halterung des Halbleiterlasers 81 und einer Seitenfläche einer oberen Elektrode des Halbleiterlasers 82 sind mittels einer Leitung 68 verbunden. Die vierte Oberfläche einer Halterung des Halbleiterlasers 82 einer Seitenfläche einer oberen Elektrode des Halbleiterlasers 83 sind mittels einer Leitung 87 verbunden. Die vierte Oberfläche einer Halterung des Halbleiterlasers 83 und eine Seitenfläche einer oberen Elektrode eines Elektrodenanschlusses 84 sind mittels einer Leitung 88 verbunden.
Wie zuvor beschrieben, wird eine einer Befestigungsoberfläche eines Halbleiterlasers mit einer Wärmesenke gegenüberliegende Oberfläche der Einfachheit halber als die vierte Oberfläche bezeichnet. Die vierte Oberfläche entspricht einer Oberfläche, aus der Laserlicht emittiert.
Die Halbleiterlaser 81, 82 und 83 weist keine untere Elektrode auf, weshalb die Befestigung des Halbleiterlasers und der Elektrode des benachbarten Halbleiterlasers mittels einer Leitung verbunden sind. Dieses Design erfordert ein Mittel, um zwischen dem Halbleiterlaser 83 und der externen Spannungsversorgung zu verbinden. Um ein solches Mittel zu liefern, ist ein Elektrodenanschluss 84 vorgesehen. Eine obere Elektrode des Elektrodenanschlusses 84 ist mit der Halterung des Halbleiterlasers 83 verbunden, weshalb eine mit der oberen Elektrode verbundene Leitung 89 solch eine Verbindung bereitstellt.
Wie oben beschrieben, sind die Halbleiterlaser 81, 82 und 83 seriell verbunden. 10(b) zeigt eine äquivalente Schaltung der in 10(a) gezeigten Konfiguration.
Die seriell verbundenen Halbleiterlaser 81, 82 und 83 sind mit einer externen Spannungsversorgung mittels Verbindungen 85 und 89 verbunden.
Der Halbleiterlaser 80 liefert einen kleinen Fußabdruck, da er keinerlei untere Elektrode aufweist. Deshalb sind Räume zwischen den Halbleiterlasern 81, 82 und 83 verringert, wie in 10 gezeigt ist. Als Ergebnis ist eine Energiedichte des Laserlichtquellenmoduls 90 größer als bei dem Laserlichtquellenmodul 70.
Zusätzlich liefert der Halbleiterlaser 80 eine einfache Architektur und verringerte Produktionskosten.
[Die fünfte Ausführungsform]
11(a) zeigt einen Halbleiterlaser 100 als die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Halbleiterlaser 10 weist ein Design auf, bei dem die untere Elektrode 6 entfernt ist aus dem Design des in 1 gezeigten Halbleiterlasers 10. Wie in 11(b) gezeigt ist, ist die Halterung 1 an den Isolierungsabstandshalter 8 gebondet.
Die Dicke der unteren Elektrode 5 ist vorzugsweise nicht geringer als 0,3 mm, noch bevorzugter nicht geringer als 0,5 mm. Die dicke Elektrode ermöglicht Drahtbonding an der Seitenfläche der oberen Elektrode 5.
Wie in 11(c) gezeigt ist, ist der Halbleiterlaser 100 an der Wärmesenke 11 mittels Schraube 12 angebracht. Die Schraube 12 ist eine Isolierungsschraube mit M2.0. Die Wärmesenke 11 weist das Verschraubungsloch 13 auf.
Wie in 11(d) gezeigt ist, kann der Halbleiterlaser 100 an die Wärmesenke 11 gebondet werden.
12(a) zeigt das Laserlichtquellenmodul 110, bei dem die Halbleiterlaser 101, 102 und 103 an der Wärmesenke 11 angebracht sind. Die Halbleiterlaser 101, 102 und 103 haben das gleiche Design wie der Halbleiterlaser 110. Die Halbleiterlaser 101, 102 und 103 sind an der Wärmesenke 11 unter Benutzung der Isolierungsschraube oder des Bonding angebracht.
Eine leitfähige Halterung des Halbleiterlasers 101 und eine Elektrode des Halbleiterlasers 102 sind mittels einer Leitung 105 verbunden. Eine leitfähige Halterung des Halbleiterlasers 102 und eine Elektrode des Halbleiterlaser 103 sind mittels einer Leitung 106 verbunden. Wie zuvor beschrieben, sind die vierte Oberfläche der leitfähigen Halterung und die Seitenfläche der Elektrode verbunden.
Gemäß dem obigen Design sind die Halbleiterlaser 10, 102 und 103 seriell verbunden. 12(b) zeigt eine äquivalente Schaltung des in 12(a) gezeigten Designs.
Die seriell verbundenen Halbleiterlaser 101, 102 und 103 sind mit einer externen Spannungsversorgung durch Verbindungen 104 und 107 verbunden. Die Verbindung 107 mit einer Kontaktelektrode 108 ist an der leitfähigen Halterung des Halbleiterlasers 103 unter Benutzung der Isolierungsschraube oder des Bonding angebracht.
[Die sechste Ausführungsform]
13(a) zeigt einen Halbleiterlaser 120 als die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Halbleiterlaser 120 ist eine Ableitung des Halbleiterlasers 10. Der Halbleiterlaser 120 umfasst eine Halterung 121, einen Halbleiterlaserchip 122, eine Neben-Halterung 123, einen Isolierungsblock 124 und eine Elektrode 125. Die Halterung 121 umfasst Befestigungslöcher 126 und 127.
Die Neben-Halterung 123 ist an die Halterung 121 gebondet, und der Halbleiterlaserchip 122 ist an die Neben-Halterung 123 gebondet. Der Isolierungsblock 124 ist an die Halterung 121 gebondet und die Elektrode 125 ist an den Isolierungsblock 124 gebondet.
Die Elektrode 125 und der Halbleiterlaserchip 122 sind mittels einer Leitung 129 verbunden. Die Leitung 129 ist an eine rückwärtige Oberfläche des Halbleiterlasers 122 gebondet, das heißt eine der Laserstrukturen enthaltenden Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche. Die Leitung 129 ist aus Gold hergestellt. Mehrere Leitungen 129 können vorgesehen sein. Die Leitung 129 kann die Form eines Bandes aufweisen.
Typische Abmessungen des Halbleiterlasers 122 sind beispielsweise wie folgt. Die Abmessung der Halterung 121 beträgt 20 mm × 4,0 mm × 2,2 mm. Der Durchmesser des Befestigungslochs 127 beträgt 2,3 mm. Die Abmessung der Neben-Halterung 123 beträgt 11,0 mm × 2,0 mm × 0,2 mm. Die Abmessung der Elektrode 125 beträgt 7,0 mm × 2,2 mm × 0,8 mm.
Wie in 13(b) gezeigt ist, ist der Halbleiterlaser 120 an der Wärmesenke 11 mittels eines Isolierungsabstandshalters 128 unter Benutzung der zwei Schrauben 12 angebracht. Der Isolierungsabstandshalter 128 kann an die Halterung 121 des Halbleiterlasers 120 gebondet sein.
Wie in 13(c) gezeigt ist, kann der Halbleiterlaser 120 an die Wärmesenke 11 mittels des Isolierungsabstandshalters 128 gebondet sein.
Das Design des Halbleiterlasers 120, welches zwei Befestigungslöcher 126 und 127 aufweist, ist unverwechselbar verglichen mit einer konventionellen C-Befestigung. Diese zwei Befestigungslöcher 126 und 127 verhindern Rotation des Halbleiterlasers 120 gegenüber der Wärmesenke 11.
13(d) zeigt ein Merkmal der vorliegenden Ausführungsform, das heißt die Befestigungslöcher 126 und 127 sind angeordnet mit Ausnahme des unmittelbar darunter liegenden Bereichs 119.
Der unmittelbar darunter liegende Bereich 119 bezeichnet den Bereich der dritten Oberfläche der Befestigung 121, welcher zwischen zwei senkrechten Linien zu der ersten Oberfläche der Befestigung 121, gezeichnet von beiden Ende des Halbleiterlaserchips 122, existiert.
Der unmittelbar darunterliegende Bereich 119 liegt in einem Wärmeübertragungspfad von dem Halbleiterlaserchip 122 zu der Wärmesenke 11. Durch Ausschließen der Befestigungslöcher 126 und 127 von dem unmittelbar darunterliegenden Bereich 119 wird die Wärmeableitungsfähigkeit verbessert.
Eine Anzahl der Befestigungslöcher der Halterung 121 ist nicht beschränkt. Die Anzahl kann zwei oder mehr betragen.
[Die siebte Ausführungsform]
14 zeigt ein Laserlichtquellenmodul 130 als die siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zehn Halbleiterlaser 120 sind an einer wassergekühlten Wärmesenke 131 angebracht. Die Halbleiterlaser 120 sind an der wassergekühlten Wärmesenke 131 unter Benutzung von Isolierungsschrauben angebracht.
Die zwei benachbarten Halbleiterlaser 120 sind mittels einer Leitung 136 verbunden. Die Leitung 136 verbindet eine Seitenfläche einer Elektrode eines bestimmten Halbleiterlasers und einer Halterung des benachbarten Halbleiterlasers.
Verbindungen 138 und 139 sind mit einer externen Spannungsversorgung verbunden. Die Verbindung 138 weist eine Kontaktelektrode 137 auf, die an dem Halbleiterlaser mittels einer Schraube angebracht ist.
Wie in 15 gezeigt ist, weist die Wärmesenke 131 einen Wassereinlass 132, einen Kanal 134 und einen Wasserauslass 133 auf. Der Kanal 134 ist geradlinig mit insgesamt 20 Verschraubungslöchern 135 auf jeder Seite.
Das obige Design ermöglicht es, dass die Kanäle 134 gerade unter Wärmeerzeugungsbereichen der Halbleiterlaser 120 angeordnet sind. Gleichzeitig sind die Halbleiterlaser 120 an der wassergekühlten Wärmesenke 131 mittels Schrauben angebracht.
Die Laserlichtquelle 130 kann die Laserlichtquelle 150 bei der in 6 gezeigten Konfiguration ersetzen.
[Die achte Ausführungsform]
16(a) zeigt einen Halbleiterlaser 140 als die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Halbleiterlaser 140 weist eine Halterung 141 und einen Halbleiterlaserchip 142 auf. Die Halterung 141 weist Befestigungslöcher 145 und 146 auf.
Die Halterung 141 ist eine aus AlM (Aluminiumnitrid) hergestellte Isolierungshalterung. Die Abmessung der Befestigung 141 beträgt 15,0 mm × 12,0 mm. Die beiden Oberflächen der Halterung 141 sind mit relativ dickem Kupfer überzogen. Die Dicke des AlM und Kupfer beträgt 400 µm bzw. 50–85 µm. Durch Anpassung der Dicken des AlM und des Kupfers variiert ein CTE der Befestigung 141. Ein geeignetes Design führt dazu, dass die Halterung 141 beinahe das gleiche CTE wie GaAs (Galiumarsenid) aufweist. Diese Konfiguration ist öffentlich bekannt.
Eine Oberfläche der Halterung 141, an die der Halbleiterlaserchip 142 gebondet ist, wird der Einfachheit halber als eine obere Oberfläche der Halterung 141 definiert. Die obere Oberfläche der Befestigung 141 weist gemusterte, aus dem beschichteten Kupfer hergestellte Metalle auf. Elektroden 143 und 144 sind aus diesen gemusterten Metallen gebildet. Das Kupfer ist mit Gold beschichtet. Ein Bereich der Halterung 141, an dem der Halbleiterlaserchip 142 gebondet ist, kann durch eine Gold-Zinn-Legierung metallisiert werden. Die Dicke der Gold-Zinn-Legierung beträgt zwischen 3 und 5 µm.
Der Halbleiterlaser 142 ist an die Halterung 141 nach Art des Anschluss-Unten gebondet. Eine rückwärtige Oberfläche des Halbleiterlaser 142 und der Elektrode 143 sind mittels einer Leitung 147 verbunden. Die Leitung 147 kann eine Ansammlung von mehreren Kabeln oder ein bandförmiges Kabel sein.
Wie in 16(b) gezeigt ist, ist der Halbleiterlaser 140 an einer Wärmesenke 150 mittels Schrauben 148 angebracht. Die Wärmesenke 150 weist Schraubenlöcher 149 auf. Die Befestigung 141 ist an der Wärmesenke 150 durch Ineinandergreifen der Schraube 148 und des Verschraubungslochs 149 angebracht.
Wie in 16(c) gezeigt ist, sind die Halbleiterlaser 151, 152 und 153 angebracht. Die Halbleiterlaser 151, 152 und 153 haben das gleiche Design wie der Halbleiterlaser 140.
Die Halbleiterlaser 151 und 152 sind mittels einer Busschiene 154 verbunden. Die Halbleiterlaser 152 und 153 sind mittels einer Busschiene 155 verbunden. Eine Verbindung 157 mit einer Kontaktelektrode 159 und eine Verbindung 158 mit einer Kontaktelektrode 156 schaffen eine Verbindung zwischen seriell verbundenen Halbleiterlasern 151, 152 und 153 und einer externen Spannungsversorgung. Das Laserlicht 14 wird in der Richtung parallel zu einer Oberfläche der Wärmesenke 150, an der Verschraubungslöcher 149 angebracht sind, emittiert.
Der Halbleiterlaser 140 kann an die Wärmesenke 150 gebondet werden. Bei diesem Design sind die Verschraubungslöcher 145 und 146 anwendbar zum Anbringen von Busschienen 154 und 155 mit Kontaktelektrode 159 bzw. 156.
Der Halbleiterlaser 140, der durch Musterbildung von Metallen auf dem Isolierungssubstrat gebildet ist, hat den Vorteil, dass seine Herstellung leicht ist. Da der Halbleiterlaser 140 zwei Befestigungslöcher aufweist, wird Rotation des Halbleiterlaser 140 gegenüber der Wärmesenke 150 verhindert. Die Befestigungslöcher 145 und 146 entsprechen einer Anode und einer Kathode des Halbleiterlasers, weshalb ein elektrischer Kontakt für Halbleiter leicht gebildet ist.
Da die Befestigungslöcher 145 und 146 an der Seite gegenüber der Richtung des Laserlichts 114 angeordnet sind, wird die Breite der Halterung 141, das heißt die Länge der Halterung 141 senkrecht zu der Richtung des Laserlichts 14, kurz. Als Ergebnis sind die Halbleiterlaser 140 bei hoher Dichte angebracht.
[Die neunte Ausführungsform]
17 zeigt ein Laserlichtquellenmodul 160 als die neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Acht Halbleiterlaser 140 sind an einer wassergekühlten Wärmesenke 161 angebracht. Die Halbleiterlaser 140 sind an der wassergekühlten Wärmesenke 131 unter Benutzung von Isolierungsschrauben angebracht.
Benachbarte Halbleiterlaser 140 sind mittels Busschiene 168 verbunden. Verbindungen 166 und 167 sind mit einer externen Spannungsversorgung verbunden.
Das Laserlicht 14 von dem Laserlichtquellenmodul 160 bestrahlt Festkörperlasermedium 169.
Wie in 18 gezeigt ist, weist die Wärmesenke 161 einen Wassereinlass 162, einen Kanal 164 und einen Wasserauslass 163 auf. Der Kanal 164 ist geradlinig mit insgesamt achtzehn Verschraubungslöchern 165 auf einer Seite.
Das obige Design ermöglicht es, dass die Kanäle 164 genau unterhalb vom Wärmeerzeugungsbereichen der Halbleiterlaser 140 angeordnet werden. Gleichzeitig sind die Halbleiterlaser 140 an der wassergekühlten Wärmesenke 161 mittels Schrauben angebracht.
[Die zehnte Ausführungsform]
19(a) zeigt einen Halbleiterlaser 170 als die zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Halbleiterlaser 170 umfasst eine Halterung 171 und einen Halbleiterlaserchip 172, eine Neben-Halterung 173, Elektroden 174, 175 und eine Isolierungsplatte 176.
Die Halterung 171 ist eine Isolierungshalterung aus AlM. Die Abmessung der 171 beträgt 8,4 mm × 0,6 mm × 6,0 mm. Die beiden Oberflächen der Halterung 171 sind metallisiert basierend auf Gold. Die Dicke des AlM beträgt 200 µm. Die Metallisierungsstruktur ist Au/Pt/Ti/AlM. Die Dicke von Au, Pt und Ti beträgt 0,6 µm, 0,2 µm bzw. 0,1 µm.
Die Isolierungsplatte 176 ist eine Isolierungshalterung aus AlM. Die Abmessung der Halterung 171 beträgt 2,5 mm × 2,5 mm. Die beiden Oberflächen der Halterung 176 sind metallisiert basierend auf Gold. Die Dicke des AlM beträgt 200 µm. Die Metallisierungsstruktur ist Au/Pt/Ti/AlM. Die Dicke von Au, Pt und Ti beträgt 0,6 µm, 0,2 µm bzw. 0,1 µm.
Die Halterung 171 und die Isolierungsplatte 176 werden gleichzeitig hergestellt. Zunächst wird ein großes AlM-Substrat mit Gold metallisiert. Als zweites werden viele Halterungen 171 und Isolierungsplatten 176 zusammengeschnitten und herausgeholt.
Die Neben-Halterung 173 ist hergestellt aus CuW, welches ein ähnliches CTE hat wie GaAs. Die Abmessung der Nebenhalterung 173 beträgt 8,0 mm × 3,0 mm. Die Dicke der Neben-Halterung 173 beträgt 0,2 mm. Die Nebenhalterung 173 ist mit Gold beschichtet.
Die Abmessungen der Elektroden 174 und 175 betragen 2,0 mm × 2,0 mm. Die Elektroden 174 und 175 sind aus sauerstofffreiem mit Gold beschichtetem Kupfer hergestellt.
Der Halbleiterlaserchip 172 ist an die Neben-Halterung 173 gebondet, in der Art von Anschluss-Unten. Die Neben-Halterung 173 ist an die Halterung 173 gebondet. Die Isolierungsplatte 176 ist an die Halterung 171 gebondet. Die Elektrode 175 ist an die Isolierungsplatte 176 gebondet. Die Elektrode 174 ist an die Halterung 171 gebondet.
Wie bei dem oben genannten Bondingprozess ist ein Niedrigtemperatur-Sinterungsprozess von feinen Gold- oder Silberpartikeln anwendbar. Ein Dispersionskleber aus Silberpartikeln ist auch anwendbar. Ferner ist eine Gold-Zinn-Legierung anwendbar.
Eine rückwärtige Oberfläche des Halbleiterlaserchips 172 und die Elektrode 175 sind mittels einer Leitung 177 verbunden. Die Nebenhalterung 173 und die Elektrode 174 sind mittels einer Leitung 178 verbunden. Diese Verbindungen werden durch einen Drahtbondingprozess erstellt. Die Leitungen 177 und 178 sind aus Gold hergestellt.
Jede Leitung 177 und 178 kann eine Ansammlung an mehreren Leitungen oder eine bandförmige Leitung sein.
Die neben-Halterung 173 und die Elektrode 174 sind mittels einer goldmetallisierten Schicht auf der Halterung 171 verbunden. Da die goldmetallisierte Schicht jedoch relativ dünn ist, ist ein elektrischer Wiederstand zwischen der Neben-Halterung 173 und der Elektrode 174 relativ groß. Um dieses Problem zu lösen, ist die Leitung 178 vorgesehen.
Wie in 19(b) gezeigt ist, ist der Halbleiterlaser 170 an eine Wärmesenke 180 gebondet. Die Wärmesenke 180 ist aus sauerstofffreiem mit Gold beschichtetem Kupfer hergestellt. Der Halbleiterlaser 170 und die Wärmesenke 180 sind unter Benutzung der feinen Gold- oder Silberpartikel gebondet. Auch der Dispersionskleber aus Silberpartikeln oder die Gold-Zinn-Legierung ist anwendbar.
Der Bondingprozess unter Benutzung der feinen Goldpartikel oder der feinen Silberpartikel liefert einen geringen thermischen Wiederstand. Die Gold-Zinn-Legierung liefert eine bessere mechanische Stärke.
Wie in 19(c) gezeigt ist, sind Halbleiterlaser 181, 182 und 183 an einer Wärmesenke 180 angebracht. Die Halbleiterlaser 181, 182 und 183 basieren auf dem Design des Halbleiterlasers 170.
Die Halbleiterlaser 181 und 182 sind mittels einer Leitung 184 verbunden. Die Halbleiterlaser 182 und 183 sind mittels einer Leitung 155 verbunden. Eine Verbindung 186 mit einer Kontaktelektrode 188 und eine Verbindung 187 mit einer Kontaktelektrode 189 schaffen eine Verbindung zwischen seriell verbundenen Halbleiterlasern 181, 182 und 183 und einer externen Spannungsversorgung. Das Laserlicht 14 wird in die Richtung parallel zu einer Oberfläche der Wärmesenke 180, wo die Halbleiterlaser 170 angeordnet sind, emittiert.
Das in 19(c) gezeigte Design ist anwendbar auf das in 17 gezeigte Design, um ein Laserlichtquellenmodul zu konstruieren. Das Laserlichtquellenmodul ist anwendbar auf den Festkörperlaser.
Die Kontaktelektroden 188 und 189 sind an die Elektroden der Halbleiterlaser 181 bzw. 183 gebondet.
Der oben genannte Halbleiterlaser 170 eliminiert jegliches Loch. Deshalb werden die Halbleiterlaser leicht hergestellt. Der Halbleiterlaser 170 umfasst die Nebenhalterung 173, welche ein CTE ähnlich wie der Halbleiterlaserchip 172 aufweist. Als Ergebnis ist ein langlebiger Betrieb des Halbleiterlaserchips 172 verfügbar.
Gleichzeitige Herstellung der Halterung 171 und der Isolierungsplatte 176 reduziert die Herstellungskosten.
Der Halbleiterlaser 170 mit der Halterung 171 und der Isolierungsplatte 176 ohne Metallisierung sind auch verfügbar. Bei dieser Konfiguration können das Bonding zwischen Neben-Halterung 173 und der Halterung 171, das Bonding zwischen der Elektrode 174 und der Halterung 171, das Bonding zwischen der Elektrode 175 und der Isolierungsplatte 176 und das Bonding zwischen der Halterung 171 und der Isolierungsplatte 176 unter Benutzung von Dispersionsklebern aus Silberpartikeln erfolgen.
Das obige Design eliminiert eine Goldmetallisierung, weshalb die Produktionskosten der Halterung 171 und der Isolierungsplatte 176 verringert sind.
[Die elfte Ausführungsform]
20 zeigt ein Laserlichtquellenmodul 190 als die elfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zwei Halbleiterlaser 192 und 193 sind angebracht auf einer Wärmesenke 191 unter Benutzung von Isolierungsschrauben. Die Halbleiterlaser 192 und 193 haben das gleiche Design der Halbleiterlaser 10.
Die vorliegende Ausführungsform liefert eine Konfiguration, bei der ein Halbleiterlaserchip 202 des Halbleiterlasers 192 und der Halbleiterlaserchip 203 des Halbleiterlasers 193 angeordnet sind nach Art eines von Angesicht zu Angesicht (face to face). Diese Konfiguration ermöglicht es, Laserlicht von den Halbleiterlasern 202 und 201 anzunähern.
Eine Verbindung 199 ist mit einer oberen Elektrode 194 des Halbleiterlasers 193 verbunden. Eine Halterung 195 des Halbleiterlasers 193 ist mit einer oberen Elektrode 197 des Halbleiterlasers 192 mittels einer Leitung 196 verbunden. Eine Verbindung 200 ist verbunden mit einer unteren Elektrode 198 des Halbleiterlasers 192.
Die Halbleiterlaser 192 und 193 sind seriell verbunden unter Benutzung des oben genannten Designs. Die Leitungen 199 und 200 verbinden die Halbleiterlaser 192 und 193 mit einer Spannungsversorgung.
21 zeigt Festkörperlaser 210 mit dem Laserlichtquellenmodul 190. Das Laserlicht 212 von den Halbleiterlasern 192 und 193 wird an eine Endoberfläche eines Festkörperlaserrohrs 211 geführt. Dieses Design ist ein sogenanntes Endpumpen (end pumping).
Wie oben beschrieben, weist das Laserlichtquellenmodul 190 zwei Halbleiterlaserchips 202 und 201 in enger Nachbarschaft auf. Deshalb wird das Laserlicht 212 an die Endoberfläche des Festkörperlaserrohrs 211 mit hoher Kopplungseffizienz geführt.
Die vorliegende Ausführungsform nutzt die Halbleiterlaser 192 und 193, die dasselbe Design wie der Halbleiterlaser 10 aufweisen. Halbleiterlaser von einem anderen Typ, wie etwa Standard C-Halterungs-Laser, können auf die vorliegende Ausführungsform anwendbar sein. Ein C-Halterungs-Laser kann mit einem anderen C-Halterungs-Laser angebracht sein nach Art des von Angesicht zu Angesicht auf der Wärmesenke 191.
Dieses Design ermöglicht es auch, Laserlicht von den zwei C-Halterungs-Lasern an die Endoberfläche des Festkörperlaserrohrs mit hoher Kopplungseffizienz zu führen.
[Die zwölfte Ausführungsform]
22 zeigt einen Halbleiterlaser 220. Der Halbleiterlaser 220 ist eine Ableitung des Halbleiterlasers 10. Der Halbleiterlaser 220 weist eine Halterung 221, einen Halbleiterlaserchip 222, eine Neben-Halterung 223, einen Isolierungsblock 224 und eine Elektrode 225 auf. Die Halterung 221 weist ein Befestigungsloch 224 auf. Die Halterung 221 weist einen konvexen Abschnitt 226 auf.
Die Neben-Halterung 223 ist an die Halterung 221 gebondet. Der Halbleiterchip 222 ist an die Neben-Halterung 223 gebondet. Der Isolierungsblock 224 ist an die Halterung 222 gebondet. Die Elektrode 225 ist an den Isolierungsblock 224 gebondet. Der Halbleiterlaserchip 222 und die Elektrode 225 sind mittels einer Leitung 229 verbunden.
23 zeigt ein Laserlichtquellenmodul 230 als die zwölfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Sechs Halbleiterlaser 231, 232, 233, 234, 235 und 236 sind an einer Wärmesenke 244 mittels Isolierungsschrauben angebracht. Die Halbleiterlaser 231, 232, 233, 234, 235 und 236 haben das gleiche Design wie der Halbleiterlaser 220.
Die Halbleiterlaser 231, 232, 233, 234, 235 und 236 sind seriell verbunden mittels Leitungen 237, 238, 239, 240 und 241. Leitungen 242 und 243 verbinden die seriell verbundenen Halbleiterlaser 231, 232, 233, 234, 235 und 236 mit einer Spannungsversorgung.
Der konvexe Abschnitt 226 der Halterung 221 ist anwendbar, um eine Elektrode des benachbarten Halbleiterlasers zu verbinden. Der konvexe Abschnitt 226 liefert auch mechanischen Schutz für den Halbleiterlaserchip 222.
Die vorliegende Ausführungsform liefert eine Konfiguration, bei der ein Halbleiterlaserchip des Halbleiterlasers 231 und ein Halbleiterlaserchip des Halbleiterlasers 236 sind angeordnet nach Art des von Angesicht zu Angesicht. Auch ein Halbleiterlaserchip des Halbleiterlasers 232 und ein Halbleiterlaserchip des Halbleiterlasers 235 sind angeordnet nach Art eines von Angesicht zu Angesicht. Ferner sind auch ein Halbleiterlaserchip des Halbleiterlasers 233 und ein Halbleiterlaserchip des Halbleiterlasers 234 angeordnet nach Art eines von Angesicht zu Angesicht.
24(a) ist eine schematische Darstellung, die ein Nahfeldmuster des Halbleiterlaserquellenmoduls 230 zeigt. Dieses Nahfeldmuster weist zwei Reihen von drei lichtemittierenden Teilen 250 auf.
Die vorliegende Ausführungsform liefert zwei Halbleiterlaser 231 und 236 in enger Nachbarschaft. Deshalb sind auch zwei Reihen von lichtemittierenden Teilen in enger Nachbarschaft, wie in 24(a) gezeigt ist. Als ein Ergebnis erhöht sich die Lichtemissionsdichte des Halbleiterlichtquellenmoduls 230.
24(b) zeigt schematisch das Nahfeldmuster des in 4 gezeigten Laserlichtquellenmoduls 50. 24(c) zeigt schematisch das Nahfeldmuster des in 10 gezeigten Laserlichtquellenmoduls 90. 24(d) zeigt schematisch das Nahfeldmuster des in 14 Laserlichtquellenmoduls 130. 24(e) zeigt schematisch das Nahfeldmuster des in 17 gezeigten Laserlichtquellenmoduls 160.
Die Halterung 221 des Halbleiterlasers 220 weist ein Befestigungsloch auf. Die Anzahl der Befestigungslöcher kann zwei oder mehr betragen. Die Befestigung kann kein Befestigungsloch aufweisen. In diesem Fall ist die Befestigung auf die Wärmesenke gebondet.
[Die dreizehnte Ausführungsform]
25(a) zeigt einen Halbleiterlaser 260 als die dreizehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Halbleiterlaser 260 ist eine Ableitung des Halbleiterlasers 10. Der Halbleiterlaser 260 weist eine Halterung 261, einen Halbleiterlaserchip 262, eine Neben-Halterung 263, den ersten Isolierungsblock 264, eine Elektrode 265 und den zweiten Isolierungsblock 266 auf. Die Halterung 261 kann ein Befestigungsloch aufweisen.
Die Neben-Halterung 263 ist an die Halterung 261 gebondet. Der Halbleiterchip 262 ist an die Neben-Halterung 263 gebondet. Der erste und der zweite Isolierungsblock 264 und 266 sind an die Halterung 261 gebondet. Die Elektrode 265 ist an den ersten Isolierungsblock 264 gebondet. Der Halbleiterlaserchip 261 und die Elektrode 265 sind mittels einer Leitung 267 verbunden. Der erste und der zweite Isolierungsblock 264 und 266 sind an die beiden Seiten des Halbleiterlaserchips 262 auf der Halterung 261 angeordnet.
Die Höhe des zweiten Isolierungsblocks 266 ist äquivalent zu der Summe der Höhe des ersten Isolierungsblocks und der Höhe der Elektrode 265.
Wie in 25(b) gezeigt ist, bildet die Elektrode 265 eine stufenförmige Form und weist einen L-förmigen Querschnitt auf. Die Leitung 267 ist an eine untere Oberfläche 268 der Elektrode 265 gebondet. Eine obere Oberfläche 269 der Elektrode 265 ist zu schützen.
Aus einem anderen Blickwinkel auf die Form der Elektrode 265 ist die Dicke der Elektrode 265 entsprechend der Oberfläche 268 dünn und die Dicke der Elektrode 265 entsprechend der Oberfläche 269 dick.
Gemäß dem Design des Halbleiterlasers 260 schützen die Elektrode 265 und der zweite Isolierungsblock 266 den Halbleiterlaserchip 266 und die Leitung 267.
26 zeigt ein Laserlichtquellenmodul 270. Das Laserlichtquellenmodul 270 umfasst an eine Wärmesenke 279 gebondete Halbleiterlaser 271, 272 und 273. Die Halbleiterlaser 271, 272 und 273 haben das gleiche Design wie der Halbleiterlaser 260.
Die Halbleiterlaser 271 und 272 sind mittels einer Leitung 274 verbunden bzw. die Halbleiterlaser 272 und 273 sind mittels einer Leitung 275 verbunden. Diese Verbindungen schaffen eine serielle Verbindung der Halbleiterlaser 271, 272 und 273.
Die seriell verbundenen Halbleiterlaser 271, 272 und 273 sind mit einer externen Spannungsversorgung mittels Verbindungen 276 und 277 verbunden. Die Verbindung 277 weist eine Kontaktelektrode 278 auf. Die Kontaktelektrode 278 ist an die Halterung des Halbleiterlasers 273 gebondet.
Die Halbleiterlaser 271, 272 und 273 sind mechanisch kontaktiert bei dem Design des Laserlichtquellenmoduls 270. Als ein Ergebnis wird eine hohe Laserlichtdichte erhalten. Der erste Isolierungsblock 274, die Elektrode 265 und der zweite Isolierungsblock 266 dienen als Abstandshalter zwischen den Halbleiterlasern 260.
Die Elektrode 265 und der zweite Isolierungsblock 266 schützen den Halbleiter 262 und die Leitung 267.
Die Leitungen 274 und 275 liefern eine hohe Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung. Als eine unterschiedliche Form des Laserlichtquellenmoduls sind die Halbleiterlaser 271, 272 und 273 mit bestimmtem Intervall angebracht. Bei diesem Design müssen die Leitungen 274 und 275 für elektrische Verbindungen angeordnet sein.
Der Halbleiterlaser 260 ist bei dem in 20 gezeigten Laserlichtquellenmodul 190 anwendbar. Der Halbleiterlaser 260 kann die Halbleiterlaser 192 und 193 ersetzen. Dieses Design schafft einen engeren Abstand zwischen zwei Halbleiterlasern.
Der Halbleiterlaser 260 ist bei dem in 23 gezeigten Laserlichtquellenmodul 230 anwendbar. Der Halbleiterlaser 260 kann die Halbleiterlaser 231, 232, 233, 234, 235 und 236 ersetzen. Dieses Design liefert ein engeres Beabstanden zwischen zwei gegenüberliegenden Halbleiterlasern.
[Die vierzehnte Ausführungsform]
27(a) zeigt einen Halbleiterlaser 280 als die vierzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Halbleiterlaser 260 ist eine Ableitung des in 19 gezeigten Halbleiterlasers 170. Der Halbleiterlaser 280 weist eine Klebeschicht 286 anstelle der Nebenhalterung 273 auf.
Die Klebeschicht 286 ist aus einem Niedertemperatur-gesinterten Presskörper aus feinen Gold- oder Silberpartikeln hergestellt. Auch die Klebeschicht 286 kann hergestellt sein aus einem Dispersionskleber aus Silberpartikeln oder einer Gold-Zinn-Legierung. Die Klebeschicht 286 ist durch das Verfahren wie etwa Siebdruck gebildet.
Die Halterung 171 ist goldmetallisiert. Die Metallisierung der an den Halbleiterlaserchip 172 zu bondenden Oberfläche kann entfallen, wenn der Dispersionskleber aus Silberpartikeln als Klebeschicht 286 benutzt wird.
Wie in 27(a) und (b) gezeigt ist, erstreckt sich die dicke Klebeschicht 286 bis zu der Elektrode 172, sodass die Leitung 178 weggelassen ist. Die Dicke der Klebeschicht 286 beträgt etwa mehrere zehn Mikrometer.
Die vorliegende Ausführungsform weist eine Busschiene 287 anstelle der in 19 gezeigten Leitung 177 auf. Die Busschiene bezeichnet eine flache Elektrode. Die Elektrode 175 und der Halbleiterlaserchip 172 sind mittels Busschiene 278 verbunden. Die Busschiene 287 ist durch den Bondingprozess angebracht. Die Busschiene 287 ist aus goldbeschichtetem Mo (Molybdän) hergestellt. Die Busschiene 287 ist unter Benutzung eines Ätzverfahrens hergestellt. Das Mo hat ein CTE von 5,1 ppm/K, welches nahe ist bei dem CTE von GaAs, 5,9 ppm/K. Auch das Mo kann durch ein Ätzverfahren gebildet werden.
Die Busschiene 287 liefert einen geringeren elektrischen Wiederstand, da es den größeren Querschnitt aufweist als die Leitung 177. Die Busschiene 287 ist mechanisch robust.
28 zeigt unterschiedliche Formen der Busschiene. 28(a) zeigt eine schrägförmige Busschiene 288. Diese Form ermöglicht viele kleinere Kontaktbereiche zwischen der Busschiene 288 und dem Halbleiterlaserchip 172. Deshalb ist thermische Belastung zwischen der Busschiene 288 und dem Halbleiterlaserchip 172 reduziert. Wenn insbesondere die CTEs der Busschiene und des Halbleiterlaserchips unterschiedlich sind, wird dieser Effekt erheblich. Deshalb ist das Kupfer, das ein CTE von 16,8 ppm/K aufweist, anwendbar, um das GaAs zu kontaktieren.
28(b) zeigt eine L-förmige Busschiene 289. Die Busschiene 289 ist aus Mo hergestellt. Die L-förmige Busschiene 289 ist in Kontakt mit dem Halbleiterlaserchip 182 mit größerem Bereich, sodass ein geringer und gleichförmiger elektrischer Wiederstand erhalten wird.
Wie in 27(c) gezeigt ist, sind mehrere Halbleiterlaser 281, 282 und 283 an der Wärmesenke 180 angebracht. Die Halbleiterlaser 281, 282 und 283 weisen das gleiche Design auf wie der Halbleiterlaser 280.
Diese Ausführungsform weist Busschienen 284 und 285 anstelle der in 19 gezeigten Leitungen 184 und 185 auf. Die Busschiene bezeichnet eine flache Elektrode. Die Halbleiterlaser 281 und 282 sind mittels der Busschiene 284 verbunden. Die Halbleiterlaser 282 und 283 sind mittels der Busschiene 285 verbunden. Die Busschienen 284 und 285 sind angebracht unter Benutzung der Bondingverfahren. Die Busschienen 284 und 285 sind aus goldbeschichtetem Kupfer hergestellt. Die Busschienen 284 und 285 sind unter Benutzung des Ätzverfahrens gebildet.
Die Busschienen 284 und 285 haben größere Querschnitte als die Leitungen 184 und 185, sodass ein geringer elektrischer Widerstand erhalten wird. Auch die Busschienen 284 und 285 sind mechanisch robust.
Dieses Design ermöglicht es, dass Busschienen anstelle von Leitungen bei dem in 1, 2, 10, 16 und 19 gezeigten Ausführungsformen anwendbar sind. Die Busschiene ersetzt die in 1 gezeigte Leitung 8. Die Busschienen ersetzen die in 2 gezeigten Leitungen 25 und 26. Die Busschienen ersetzen die in 10 gezeigten Leitungen 86, 87 und 88. Die Busschiene ersetzt die in 19 gezeigte Leitung 178.
Diese Designs liefern auch geringen elektrischen Widerstand und mechanische Robustheit.
Die Busschienen, die die in 1 gezeigte Leitung 9, die in 16 gezeigte Leitung 147 und die in 19 gezeigte Leitung 177 ersetzen, weisen bevorzugt ähnliche CTEs auf wie die Halbleiterlaserchips. Den Busschienen fehlt die Flexibilität der Leitungen, weshalb sie größere thermische Belastungen erzeugen können.
Material für die Busschienen, die die Leitungen 8, 147 und 177 ersetzen, ist bevorzugt Mo, W (Wolfram), CuMo (Kupfer-Molybdän-Legierung) oder CuW. Das Mo ist bevorzugter wegen seiner Kosten und seiner Möglichkeit des Ätzens als Herstellungsprozess.
[Die fünfzehnte Ausführungsform]
Unter Bezugnahme auf 27 und 29 wird ein Halbleiterlaser als die fünfzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 29 zeigt Details der Halterung 171, der Klebeschicht 286 und des in 27 gezeigten Halbleiterlaserchips 172.
Durch Anpassung der Dicken der Klebeschicht 286 und der Halterung 171 werden das synthetische CTE der Halterung 171 und der Klebeschicht 286 an das CTE des Halbleiterlaserchips 172 angepasst.
Der Halbleiterlaserchip 172 basiert auf dem GaAs, sodass sein CTE 5,9 ppm/K beträgt. Die Halterung 171 basiert auf AlM, sodass ihr CTE 4,5 ppm/K beträgt. Das CTE der Klebeschicht 286 hängt von dem Material ab. Der aus feinen Goldpartikeln gesinterte Presskörper, der aus feinen Silberpartikeln gesinterte Presskörper und die Gold-Zinn-Legierung zeigen einen CTE von 14, 3 ppm/K, 20 ppm/K, 22 ppm/K bzw. 17,5 ppm/K.
Die CTEs der obigen Materialien werden abhängig von Zusätzen oder Sinterungsbedingungen geändert. Die obigen Werte des CTE sind typische Werte.
29 zeigt die Beziehung zwischen der Klebeschicht 286, der Halterung 271 und dem Halbleiterlaserchip 172. Variablen C0, C1 und C2 bezeichnen die CTEs des Halbleiterlaserchips, der Klebeschicht 286 bzw. der Halterung 171. Variablen d1 und d2 bezeichnen die Dicken der Klebeschicht 286 bzw. der Halterung 171.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Dicke der Klebeschicht 286 definiert durch die folgende Gleichung. d1 = kd2(C0 – C2)(C1 – C0) (1) 0,7 ≦ k ≦ 1,4 wobei k eine reelle Zahl ist.
Die obige Gleichung basiert auf der in der Referenz des Patentdokumentes 6 offenbarten Gleichung. Diese Referenz veröffentlicht das Konzept, dass das synthetische CTE von zwei Schichtmaterialien einem gewichteten Durchschnitt der CTEs basierend auf Volumen ihres Materials entspricht. In der Realität weist dieses Konzept einige Fehler auf, sodass die Gleichung (1) Fehlerkoeffizient k enthält.
Es soll davon ausgegangen werden, dass der Halbleiterlaserchip 172, die Halterung 171 und die Klebeschicht 286 aus GaAs, AlM bzw. dem aus feinen Goldpartikeln gesinterten Restkörper hergestellt sind. Dann wird der Wert von d1 = 21~46 Mikrometer erhalten, wobei C0 = 5,9 ppm/K, C1 = 14,3 ppm/K, C2 = 4,5 ppm/K, d2 = 200 Mikrometer.
Wenn der aus feinen Silberpartikeln gesinterte Presskörper als die Klebeschicht 286 benutzt wird, wird der Wert von d1 = 14~28 Mikrometern erhalten, wobei C1 = 20 ppm/K, während andere Parameter bestehen bleiben. Wenn die eutektische Gold-Zinn-Legierung benutzt wird als die Klebeschicht 286, wird der Wert von d1 = 15~30 erhalten, wobei C1 = 17,5 ppm/K während andere Parameter bestehen bleiben.
Das Material des Halbleiterlaserchips 172 ist nicht beschränkt auf das GaAs. Das Material der Halterung 171 ist nicht beschränkt auf das AlM. Das Material der Klebeschicht 286 ist nicht beschränkt auf den aus feinen Goldpartikeln gesinterten Presskörper, den aus feinen Silberpartikeln gesinterten Presskörper oder die eutektische Gold-Zinn-Legierung, Au80–Sn20.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform steuert die Klebeschicht CTE, sodass Neben-Halterungen eliminiert werden. Eine fehlende Neben-Halterung liefert einen geringeren thermischen Widerstand, eine Kostenreduzierung und einen vereinfachten Herstellungsprozess.
Die Klebeschicht 286 ist nicht beschränkt auf eine Einzelschichtstruktur. Die Klebeschicht 286 kann auf der metallisierten Halterung 171 angeordnet werden. Wenn die metallisierte Schicht dünn genug ist, beeinflusst sie nicht das synthetische CTE. Wenn die metallisierte Schicht eine bestimmte Dicke aufweist, kann das Konzept der Gleichung (1) erstreckt werden auf solch eine Struktur.
Das Design, das das synthetische CTE bei der Klebeschicht steuert, ist nicht nur anwendbar auf die Halbleiterlaser, sondern ist auch anwendbar auf die anderen Leistungsgeräte, wie etwa IGBTs (Bipolar Transistoren mit isoliertem Gate; Insulated Gate Bipolar Transistors). Das obige Design ist auf jeden Typ von Halbleitergeräteanordnung anwendbar, wenn ein Halbleitergerät an eine Halterung angebracht ist.
Die Klebeschicht, die den aus feinen Goldpartikeln gesinterten Presskörper, den aus feinen Silberpartikeln gesinterten Presskörper oder den Dispersionskleber aus Silberpartikeln aufweist, hat den weiteren Vorteil, dass die Klebeschicht eine Funktion des Spannungsabbaus aufweist.
Ein typisches Young-Modul oder Speichermodul des aus feinen Goldpartikeln gesinterten Presskörpers, des aus feinen Silberpartikeln gesinterten Presskörpers und des Dispersionsklebers aus Silberpartikeln ist 9,5 GpA, 22 GpA bzw. 13 GpA. Diese Werte sind kleiner als der 82 GpA von GaAs, welches das Material des Halbleiterlaserchips 172 ist.
Die aus Klebern mit diesem niedrigen Young-Modul oder Speichermodul hergestellte Klebeschicht 286 absorbiert thermische Belastung und schützt den Halbleiterlaserchip 172.
Als das Material der Halterung beträgt das Young-Modul von AlM 320 GPa. Als anderes Klebematerial weist die eutektische Gold-Zinn-Legierung ein Young-Modul von 60GPa auf. Das E1 ist bevorzugt nicht mehr als 0,3 × E0, um die thermische Belastung abzubauen, wobei das E1 des Young-Moduls der Klebeschicht 286 und das E0 das Young-Modul des Halbleiterlaserchips sind.
Noch bevorzugter ist E1 nicht mehr als 0,2 mal E0, um die thermische Belastung zu reduzieren.
Das obige Design ist anwendbar auf die in 1 gezeigten Halbleiterlaser 10. Die Klebeschicht mit niedrigem Young-Modul zwischen dem Halbleiterlaserchip 2 und der Nebenhalterung 3 baut die thermische Belastung des Halbleiterlaserchips 2 ab.
Kleber mit niedrigem Young-Modul haben typischerweise ein größeres CTE als das GaAs. Wenn C0 = C2 in der Gleichung (1) ist, wird als Resultat erhalten, dass d1 = 0 ist.
Um ein praktikables d1 zu erhalten, ist deshalb C0 ≠ C2 erforderlich. d1 muss auch einen positiven Wert aufweisen, sodass C0 > C2 nötig ist.
Als ein Ergebnis sollte das Material für die Neben-Halterung 3 nicht dem CTE des Halbleiterlaserchips entsprechen.
Wenn das CTE der Klebeschicht geringer ist als das CTE des Halbleiterlaserchips 2, sollte die Nebenhalterung 3 ein CTE aufweisen, welches größer ist als das CTE des Halbleiterlaserchips 2.
Unter Bezugnahme auf 1 soll betrachtet werden, dass der Halbleiterlaserchip 2 auf dem GaAs basiert, dessen CTE 5,9 ppm/K beträgt, die Neben-Halterung 3 auf dem Mo basiert, dessen CTE und Dicke 5,1 ppm/K bzw. 200 Mikrometer betragen. Wenn der Halbleiterlaserchip 2 und die Neben-Halterung 3 durch den aus feinen Goldpartikeln gesinterten Presskörper, dessen CTE 14, 3 ppm/K beträgt, gebondet sind, wird d1 = 13,3~26,6 Mikrometer erhalten.
Entsprechend ist als Material für Neben-Halterung 3 Mo oder W geeignet. Aus Sicht der Materialkosten und Verarbeitbarkeit ist das Mo für die Neben-Halterung geeignet, da ein Nassätzprozess für Mo anwendbar ist.
Das oben genannte Design, das die Klebeschicht mit geringem Young-Modul oder Speichermodul einsetzt, ist nicht nur anwendbar auf den Halbleiterlaser, sondern ist auch anwendbar auf die Leistungsgeräte wie etwa IGBTs. Das obige Design ist anwendbar auf jeden Typ von Halbleiterlaseranordnung, wo ein Halbleitergerät an eine Halterung angebracht ist.
[Die sechzehnte Ausführungsform]
30(a) zeigt einen Scheibenlaser 290 als die sechzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die aus einem Festkörperlasermaterial, wie etwa Nd:YAG oder Yb:YAG hergestellte Scheibe 291, ist an der Wärmesenke 292 mittels Neben-Halterung 299 angebracht. Pumplicht 294 von einer Pumplichtquelle 293 trifft auf die obere Oberfläche der Scheibe 291. Eine geeignete Kopplungsoptik kann zwischen der Pumplichtquelle 293 und der Scheibe 291 angeordnet sein. Mehrere Pumplichtquellen 293 können auch vorgesehen sein.
30(b) zeigt die Querschnittsstruktur der Scheibe 291. Die Scheibe 291 umfasst ein Lasermedium 296, eine rückwärtige optische Oberflächenbeschichtung 297 und eine vorderseitige optische Oberflächenbeschichtung 305. Die Scheibe 291 ist an die Neben-Halterung 299 mittels einer Klebeschicht 298 gebondet.
Das Pumplicht 294 durchdringt die vorderseitige optische Oberflächenbeschichtung 305. Die vorderseitige optische Oberflächenbeschichtung 305 hat eine bestimmte Reflektivität gegenüber Laserlicht 295. Die rückwärtige optische Oberflächenbeschichtung 397 hat eine hohe Reflektivität gegenüber sowohl dem Pumplicht 294 und dem Laserlicht 295. Die vorderseitige optische Oberflächenbeschichtung 305, das Lasermedium 297 und die rückwärtige optische Oberflächenbeschichtung 298 bilden einen Laserresonator, der das Laserlicht 295 erzeugt.
Die Wärmesenke 292 kann eine wassergekühlte oder eine thermoelektrische gekühlte Wärmesenke sein.
Als die Pumplichtquelle 293 ist das in 2 gezeugte Laserlichtquellenmodul 20, das in 4 gezeigte Laserlichtquellenmodul 50, das in 10 gezeigte Laserlichtquellenmodul 90, das in 12 gezeigte Laserlichtquellenmodul 110, das in 14 gezeigte Laserlichtquellenmodul 130, das in 17 gezeigte Laserlichtquellenmodul 160, das in 20 gezeigte Laserlichtquellenmodul 190 oder das in 23 gezeigte Laserlichtquellenmodul 30 anwendbar.
Diese Laserlichtquellenmodule emittieren Licht senkrecht zu der Befestigungsoberfläche des Halbleiterlaser, sodass die Halbleiterlaser zweidimensional angeordnet sind. Als ein Ergebnis wird ein Hochleistungspumplicht erzeugt.
CTE der in 30(b) Scheibe 291 ist definiert als C0. CTE der Klebeschicht 298 ist definiert als C1. CTE und Dicke der Neben-Halterung 299 sind definiert als C2 und d2. Dann erhielten wir d1 als die Dicke der Klebeschicht 298 aus der Gleichung (1). Der Wert von d1 baut thermische Belastung zwischen der Scheibe 291 und der Neben-Halterung ab.
Das Young-Modul oder das Speichermodul der Klebeschicht 298 beträgt vorzugsweise nicht mehr als 0,3 mal E0 des Young-Moduls der Scheibe 291. Diese Bedingung baut thermische Belastungen ab.
Das CTE und das Young-Modul von YAG als ein Lasermaterial des Lasermediums 296 betragen 8,0 ppm/K bzw. 308GPa. Andere Materialien, wie etwa Saphir oder YVO4, sind als das Lasermedium 296 anwendbar.
Die in der Gleichung (1) beschriebene Variable d1 muss positiv und reell sein. Um diese Bedingung zu erfüllen, weist die Neben-Halterung 299 vorzugsweise ein geringeres CTE als das Lasermedium 296 auf. Auch die Klebeschicht 298 weist vorzugsweise ein höheres CTE auf als das Lasermedium 296.
Mo, W oder AlM ist bevorzugt als das Material für die Neben-Halterung, um die obigen Bedingungen zu erfüllen. Der aus feinem Gold gesinterte Presskörper, der aus feinem Silber gesinterte Presskörper oder der Dispersionskleber aus feinen Silberpartikeln ist bevorzugt als das Material der Klebeschicht, um die obigen Bedingungen zu erfüllen.
Die Bondingstruktur zwischen der Wärmesenke 292 und der Neben-Halterung 299 erfüllen bevorzugt ebenfalls die Gleichung (1). Das Young-Modul der Klebeschicht zwischen der Wärmesenke 292 und der Neben-Halterung 299 ist auch bevorzugt geringer als 30% des Young-Moduls der Neben-Halterung.
[Die siebzehnte Ausführungsform]
31 zeigt einen Scheibenlaser 300 als die siebzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die aus Festkörperlasermaterial, wie etwa Nd:YAG oder Yb:YAG, hergestellte Scheibe 291 ist an der Wärmesenke 292 mittels Neben-Halterung 299 angebracht. Pumplicht 303 von einer Pumplichtquelle 301 trifft in die Seitenfläche der Scheibe 291 mittels einer Kopplungsoptik 304. Mehrere Pumplichtquellen 301 können auch vorgesehen sein.
Der Scheibenlaser 300 erzeugt das Laserlicht 295 in gleicher Weise wie bei der sechzehnten Ausführungsform. Die Laserlichtquelle 301 ist auf der Wärmesenke 302 angeordnet. Die Wärmesenke 302 kühlt sowohl die Scheibe 291 als auch die Pumplichtquelle 301. Dadurch wird die Anzahl an Komponenten reduziert.
Das Design, bei dem sowohl die Pumplichtquelle 301 als auch die Scheibe 291 auf einer gemeinsamen Wärmesenke 302 angeordnet sind, ermöglicht eine einfachere optische Ausrichtung, da die gemeinsame Wärmesenke 302 als eine Bezugsfläche benutzt wird, um die Kopplungsoptik 304 zu befestigen.
Als Pumplichtquelle 301 wird bevorzugt der Halbleiterlaser 140, der Halbleiterlaser 170 oder der Halbleiterlaser 290 verwendet. Diese Halbleiterlaser emittieren Laserlicht parallel zu der Halterung, sodass sie geeignet sind, das in 31 gezeigte Design zu realisieren.
Diese Halbleiterlaser emittieren Laserlicht parallel zu der Halterung, sodass seitliches Pumpen der Scheibe 291 leicht implementiert wird.
Als Wärmesenke 302 ist die wassergekühlte oder die thermoelektrisch gekühlte Wärmesenke anwendbar.
[Die achtzehnte Ausführungsform]
32 zeigt einen Dünnfilmplattenlaser 310 als die achtzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Dünnfilmplatte 311 aus einem Festkörperlasermaterial, wie etwa Nd:YAG oder Yb:YAG, ist auf der Wärmesenke 312 angebracht. Pumplicht 314 von einer Pumplichtquelle 313 trifft auf die obere Oberfläche der Dünnfilmplatte 311. Eine geeignete Kopplungsoptik kann zwischen der Pumplichtquelle 313 und der Dünnfilmplatte 311 angeordnet sein. Mehrere Pumplichtquellen 313 können auch vorgesehen sein.
Eine optische Beschichtung, die das Pumplicht durchdringt, ist auf der oberen Oberfläche der Dünnfilmplatte 311 angeordnet. Geeignete optische Beschichtungen auf Seitenflächen 317 und 318 der Dünnfilmplatte 311 sind vorgesehen, um Laserlicht 315 zu erzeugen.
Als anderes Design sind AR (Antireflektion) Beschichtungen auf Seitenflächen 317 und 318 der Dünnfilmplatte 311 angeordnet, um die Dünnfilmplatte 311 als einen optischen Verstärker zu betreiben. Bei diesem Design wird Eingangslicht 316 verstärkt und als Ausgangslicht 315 emittiert.
Die Wärmesenke 312 kann eine wassergekühlte oder eine thermoelektrisch gekühlte Wärmesenke sein.
Als Pumplichtquelle 313 ist das in 2 gezeigte Laserlichtquellenmodul 20, das in 4 gezeigte Laserlichtquellenmodul 50, das in 8 gezeigte Laserlichtquellenmodul 70, das in 10 gezeigte Laserlichtquellenmodul 90, das in 12 gezeigte Laserlichtquellenmodul 110, das in 14 gezeigte Laserlichtquellenmodul 130, das in 17 gezeigte Laserlichtquellenmodul 160, das in 20 gezeigte Laserlichtquellenmodul 190 oder das in 23 gezeigte Laserlichtquellenmodul 230 anwendbar.
Eine Neben-Halterung und eine Klebeschicht können zwischen der Dünnfilmplatte 311 und der Wärmesenke 312 angeordnet sein. Dieses Design kann die Struktur mit der Wärmesenke 292, der Neben-Halterung 299 und der Klebeschicht 298, wie in 30 gezeigt, annehmen.
[Die neunzehnte Ausführungsform]
33 zeigt einen Dünnfilmplattenlaser 320 als die neunzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Dünnfilmplatte 311 aus einem Festkörperlasermaterial wie etwa in Nd:YAG oder Yb:YAG ist an der Wärmesenke 312 angebracht. Pumplicht 322 von einer Pumplichtquelle 321 trifft in die Seitenfläche 323 der Dünnfilmplatte 311. Zwischen der Pumplichtquelle 321 und der Dünnfilmplatte 311 ist eine Kopplungsoptik (nicht gezeigt) angeordnet. Mehrere Pumplichtquellen 321 können auch vorgesehen sein. Das Pumplicht kann in die Seiten 324 oder 318 treffen.
Das Design, bei dem das Pumplicht in die Seitenfläche 318 trifft, entspricht dem in 21 gezeigten Endpumpverfahren. Bei diesem Design erstreckt sich die Wärmesenke 312 in Richtung zu der Seitenfläche 318, und die Pumplichtquelle 321 ist rückwärtig zu der Seitenfläche 318 angeordnet.
Ein Design, das eine optische direkte Kopplung zwischen der Pumplichtquelle 321 und der Dünnfilmplatte 311 nutzt, ist verfügbar. Die Pumplichtquelle 321 und die Dünnfilmplatte 311 sind nahe genug angeordnet; die Kopplungsoptik kann entfallen. Ein Diebondingverfahren ist anwendbar für die Pumplichtquelle 321 und die Dünnfilmplatte 311, um sie auf der Wärmesenke 312 anzubringen. Dieses Verfahren ermöglicht es, die Pumplichtquelle 321 nahe bei der Dünnfilmplatte, so gering wie 0,1 mm, anzuordnen.
Eine optische Beschichtung, die das Pumplicht durchdringt, ist auf der Seitenfläche 323 der Dünnfilmplatte 311 angeordnet. Geeignete optische Beschichtungen auf den Seitenflächen 317 und 318 der Dünnfilmplatte 311 erzeugen Laserlicht 315.
Das Design mit AR-Beschichtungen auf den Seitenflächen 317 und 318 ermöglicht es, die Dünnfilmplatte 311 als einen optischen Verstärker zu betreiben. Bei diesem Design wird das Eingangslicht 313 verstärkt und das Ausgangslicht 315 emittiert.
Die Pumplichtquelle 321 ist auf der Wärmesenke 312 angeordnet. Die Wärmesenke 312 kühlt sowohl die Dünnfilmplatte 311 als auch die Pumplichtquelle 321. Dieses Design reduziert eine Anzahl an erforderlichen Komponenten.
Das Design, bei dem sowohl die Dünnfilmplatte 311 als auch die Pumplichtquelle 321 auf der Wärmesenke 312 angeordnet sind, macht optische Ausrichtung einfacher. Die Wärmesenke 312 kann benutzt werden als eine Bezugsebene, um die Kopplungsoptik (nicht gezeigt) anzubringen.
Als die Pumplichtquelle 321 wird bevorzugt der in 16 gezeigte Halbleiterlaser 140, der Halbleiterlaser 170 oder der Halbleiterlaser 290 benutzt. Diese Halbleiterlaser emittieren Laserlicht parallel zu der Halterung, sodass sie geeignet sind, das in 33 gezeigte Design zu realisieren.
[Die zwanzigste Ausführungsform]
34 zeigt einen Scheibenlaser 330 als die zwanzigste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Scheibe 291 aus einem Festkörperlasermaterial wie etwa Nd:YAG oder Yb:YAG ist an der Wärmesenke 292 mittels Neben-Halterung 299 angebracht. Eine Pumplichtquelle 331 ist auf der Wärmesenke 302 angeordnet. Die Wärmesenke kühlt sowohl die Scheibe 291 als auch die Pumplichtquelle 331. Dieses Design reduziert eine Anzahl erforderlicher Komponenten.
Pumplicht 333 von der Pumplichtquelle 331 wird von einem Spiegel 332 reflektiert und trifft in die Scheibe 291. Das Laserlicht 295 wird gemäß dem bei der sechzehnten Ausführungsform beschriebenen Mechanismus erzeugt. Die mehreren Pumplichtquellen 331 und Spiegel 332 können vorgesehen sein.
Optiken zum Recyceln des Pumplichts, welches nicht in der Scheibe 291 absorbiert wird, können vorgesehen sein. Reflektoren (nicht gezeigt) können auch vorgesehen sein zum Recyceln des Pumplichts 334.
Der Spiegel 332 ist mittels geeigneter Trägerelemente angebracht. Die Wärmesenke 302 wird als der Bezug zur optischen Anpassung benutzt.
Als die Pumplichtquelle 313 ist das in 2 gezeigte Laserlichtquellenmodul 20, das in 4 gezeigte Laserlichtquellenmodul 50, das in 10 gezeigte Laserlichtquellenmodul 90, das in 12 gezeigte Laserlichtquellenmodul 110, das in 14 gezeigte Laserlichtquellenmodul 130, das in 17 gezeigte Laserlichtquellenmodul 160, das in 20 gezeigte Laserlichtquellenmodul 190 oder das in 23 gezeigte Laserlichtquellenmodul 230 anwendbar.
Diese Laserlichtquellenmodule ordnen die Halbleiterlaser zweidimensional an. Als Ergebnis wird Hochleistungspumplicht realisiert. Jedoch emittieren diese Laserlichtquellen Licht senkrecht zu der Wärmesenke. Um das Pumplicht 333 in die Scheibe 291 einzuführen, weist die vorliegende Ausführungsform den Spiegel 332 auf.
Die Dünnfilmplatte 311 kann die Scheibe 29 bei dem in 34 gezeigten Design erzeugen.
[Die einundzwanzigste Ausführungsform]
35(a) zeigt einen wärmeleitfähigen Abstandshalter 340 als die einundzwanzigste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der wärmeleitfähige Abstandshalter 340 ist eine Ableitung des Isolierungsabstandshalters 8. Wie in 35(b) gezeigt ist, weist der wärmeleitfähige Abstandshalter 340 einen Hauptkörper 341, wärmeleitfähige Teile 342 und 343 auf. Das wärmeleitfähige Teil 342 kontaktiert den Halbleiterlaser. Das wärmeleitfähige Teil 342 kontaktiert die Wärmesenke.
Der Hauptkörper 341 ist aus AlM hergestellt. Die wärmeleitfähigen Teile 342 und 343 sind aus dem aus feinen Goldpartikeln gesinterten Presskörper, dem aus feinen Silberpartikeln gesinterten Presskörper oder dem Dispersionskleber aus feinen Silberpartikeln hergestellt. Die Dicke der wärmeleitfähigen Teile 342 und 343 beträgt zwischen 10 und 100 Mikrometer. Die typische Dicke beträgt 20 Mikrometer.
Die aus feinen Goldpartikeln und feinen Silberpartikeln gesinterten Presskörper haben eine poröse Struktur, sodass sie flexibel sind und elastisch oder plastisch verformt sind. Wie in 35(c) gezeigt ist, sind die wärmeleitfähigen Teile 342 und 343 deformiert durch Schraubklemmung der Halterung 1 des Halbleiterlasers an die Wärmesenke 11. Als Ergebnis wird der effektive Kontaktbereich zwischen der Halterung 1 und der Wärmesenke 11 vergrößert. Deshalb verbessert der wärmeleitfähige Abstandshalter die thermische Leitfähigkeit.
Aufgrund elastischer Verformung der wärmeleitfähigen Teile 342 und 343 arbeiten sie auch als eine Belagsscheibe, um Rutschen der Schraube zu verhindern.
Der Dispersionskleber aus feinen Silberpartikeln ist elastisch oder plastisch verformt. Als Ergebnis verbessert er die thermische Leitfähigkeit des wärmeleitfähigen Abstandshalters 340.
Der Hauptkörper 341 des wärmeleitfähigen Abstandshalters 340 ist aus dem AlM hergestellt, sodass er auch als ein Isolierungsabstandshalter arbeitet. Der Hauptkörper 341 kann Kupfer sein. Bei dieser Konfiguration arbeitet der wärmeleitfähige Abstandshalter 340 als ein elektrisch leitfähiger Abstandshalter.
Die wärmeleitfähigen Teile 342 und 343 werden durch die folgenden Schritte gebildet. Zuerst wird der Kleber aus feinen Goldpartikeln, der Kleber aus feinen Silberpartikeln oder der Dispersionskleber aus feinen Silberpartikeln angewandt an vorderen und rückwärtigen Oberflächen des Hauptkörpers 341. Als zweites wird der Kleber gehärtet und die wärmeleitfähigen Teile 342 und 343 werden erhalten.
Die Kleber aus feinen Gold- oder Silberpartikeln erfordern Metallisierungsschichten auf beiden Oberflächen des Hauptkörpers 341. Der Dispersionskleber aus feinen Silberpartikeln erfordert nicht solche Metallisierungsschichten.
Der wärmeleitfähige Abstandshalter 340 verbessert die thermische Leitfähigkeit für den Fall, dass die Halterung 1 durch Klemmung angebracht ist. Die Befestigung durch Klemmung ermöglicht bessere Nacharbeitbarkeit.
35(a) und (c) zeigen eine Konfiguration, bei der der Isolierungsabstandshalter 8 an die Halterung 1 gebondet ist und ein wärmeleitfähiges Teil 244 auf einer rückwärtigen Oberfläche des Isolierungsabstandshalters 8 gebildet ist. Das wärmeleitfähige Teil 244 ist aus dem aus feinen Goldpartikeln gesinterten Presskörper, dem Presskörper aus feinen Silberpartikeln oder dem Dispersionskleber aus feinen Silberpartikeln hergestellt.
Die Halterung 1 ist an einer Wärmesenke mittels Schraube 12 angebracht. Das wärmeleitfähige Teil 344 ist verformt und erhöht den effektiven Kontaktbereich und verbessert thermische Leitfähigkeit.
36(c) zeigt eine Konfiguration, bei der ein wärmeleitfähiges Teil 345 auf der Wärmesenke 11 angeordnet ist. Das wärmeleitfähige Teil 345 ist aus dem aus feinen Goldpartikeln gesinterten Presskörper, dem Presskörper aus feinen Silberpartikeln oder dem Dispersionskleber aus feinen Silberpartikeln hergestellt.
Die Halterung 1 ist an einer Wärmesenke mittels Schraube 12 angebracht. Das wärmeleitfähige Teil 345 ist verformt und erhöht einen effektiven Kontaktbereich und verbessert thermische Leitfähigkeit.
Die in 36 gezeigte Konfiguration ermöglicht bessere Nacharbeitbarkeit.
Die in 36(b) gezeigte Konfiguration ist anwendbar auf den in 12 gezeigten Halbleiterlaser 120, den in 22 gezeigten Halbleiterlaser 220 und die in 30 gezeigte Neben-Halterung 299.
Das Design der vorliegenden Ausführungsform ist nicht nur anwendbar auf die Halbleiterlaser, sondern kann auch auf die Leistungshalbleitergeräte, wie etwa IGBTs, und Festkörpermedien angewandt werden.
[Zusätzliche Ausführungsformen]
Die vorliegende Erfindung stellt die folgenden zusätzlichen beispielhaften Ausführungsformen bereit, wobei deren Nummerierung nicht als Angabe von Wichtigkeitsleveln zu interpretieren ist.
Die zusätzliche Ausführungsform 1 stellt einen Halbleiterlaser bereit mit einem Halbleiterlaserchip, leitfähiger Halterung, Isolierungsblock, oberer Elektrode und unterer Elektrode, wobei der Halbleiterlaserchip und der Isolierungsblock an die erste Oberfläche der leitenden Halterung gebondet sind, die obere Elektrode an den Isolierungsblock gebondet ist, eine obere Oberfläche der oberen Elektrode und der Halbleiterlaserchip mittels leitfähiger Leitung verbunden sind und die untere Elektrode an die zweite Oberfläche der leitfähigen Halterung gebondet ist.
Die zusätzliche Ausführungsform 2 stellt ein Laserlichtquellenmodul bereit mit mehreren Halbleiterlasern der zusätzlichen Ausführungsform 1 auf einer Wärmesenke, wobei die Wärmesenke und die mehreren Halbleiterlaser isoliert sind und eine Seitenfläche einer oberen Elektrode eines der Halbleiterlaser und eine untere Elektrode eines benachbarten Halbleiterlasers mittels einer leitfähigen Leitung verbunden sind.
Die zusätzliche Ausführungsform 3 stellt ein Laserlichtquellenmodul der zusätzlichen Ausführungsform 2 bereit, wobei die Wärmesenke eine wassergekühlte Wärmesenke ist und die Halbleiterlaser Befestigungslöcher aufweisen, und wobei die Wärmesenke einen haarnadelförmigen Kanal aufweisen, sodass Wärmeerzeugungsbereiche der Halbleiterlaser über dem Kanal platziert sind, und wobei die Löcher vorgesehen sind, die Halbleiterlaser zwischen dem Kanal anzuordnen.
Die zusätzliche Ausführungsform 4 stellt einen Festkörperlaser bereit mit einem Festkörpermedium und einer Pumplichtquelle, wobei die Pumplichtquelle die Laserlichtquelle der zusätzlichen Ausführungsform 2 ist.
Die zusätzliche Ausführungsform 5 stellt einen Halbleiterlaser bereit mit einem Halbleiterlaserchip, einer leitfähigen Halterung, einem Isolierungsblock, einer Elektrode und einem Isolierungsabstandshalter, wobei der Halbleiterlaser und der Halbleiterlaserchip und der Isolierungsblock an die erste Oberfläche der leitfähigen Halterung gebondet sind, die Elektrode an den Isolierungsblock gebondet ist, und eine obere Oberfläche der Elektrode und der Halbleiterlaserchip mittels einer leitfähigen Leitung verbunden sind und der Isolierungsblock an die dritte Oberfläche der leitfähigen Halterung gebondet ist.
Die zusätzliche Ausführungsform 6 stellt einen Halbleiterlaser des zusätzlichen Ausführungsform 5 bereit, wobei der Isolierungsblock aus AlM hergestellt ist.
Die zusätzliche Ausführungsform 7 stellt einen Halbleiterlaser der zusätzlichen Ausführungsform 5 bereit, wobei eine Dicke des Isolierungsabstandshalters zwischen 0,2 mm und 0,5 mm beträgt.
Die zusätzliche Ausführungsform 8 stellt einen Halbleiterlaser der zusätzlichen Ausführungsform 5 bereit, wobei die leitfähige Halterung und der Isolierungsblock durch Dispersionskleber aus feinen Silberpartikeln gebondet sind.
Die zusätzliche Ausführungsform 9 stellt einen Halbleiterlaser der zusätzlichen Ausführungsform 5 bereit, wobei der Isolierungsabstandshalter eine goldmetallisierte Oberfläche aufweist und die goldmetallisierte Oberfläche und die leitfähige Halterung gebondet sind.
Die zusätzliche Ausführungsform 10 stellt einen Halbleiterlaser bereit mit einem Halbleiterlaserchip, einer leitfähigen Halterung, einem Isolierungsblock und einer Elektrode, wobei der Halbleiterlaserchip und der Isolierungsblock an die erste Oberfläche der leitfähigen Halterung gebondet sind und eine obere Oberfläche der Elektrode und der Halbleiterlaserchip mittels einer leitfähigen Leitung verbunden sind, wobei eine Dicke der Elektrode geringer als 0,3 mm ist.
Die zusätzliche Ausführungsform 11 stellt einen Halbleiterlaser bereit mit einem Halbleiterlaserchip, einer Halterung, einer Neben-Halterung, einem Isolierungsblock und einer Elektrode, wobei die Neben-Halterung an die Halterung gebondet ist, der Halbleiterchip an die Neben-Halterung gebondet ist, der Isolierungsblock an die Halterung gebondet ist, die Elektrode an den Isolierungsblock gebondet ist und eine obere Oberfläche der Elektrode und der Halbleiterlaser mittels einer leitfähigen Leitung verbunden sind, und wobei die Halterung, die Neben-Halterung, der Isolierungsblock und die Elektrode durch gleichzeitiges Löten gebondet sind.
Die zusätzliche Ausführungsform 12 stellt einen Halbleiterlaser der zusätzlichen Ausführungsform 11 bereit, wobei das gleichzeitige Löten unter Benutzung einer Karbonschablone erfolgt.
Die zusätzliche Ausführungsform 13 stellt einen Halbleiterlaser der zusätzlichen Ausführungsform 11 breit, wobei die Halterung, die Neben-Halterung und die Elektrode gleichzeitig überzogen werden.
Die zusätzliche Ausführungsform 14 stellt ein Laserlichtquellenmodul bereit mit mehreren Halbleiterlasern und einer Wärmequelle, wobei jeder der Halbleiterlaser einen Halbleiterlaserchip, einer leitfähige Halterung, einem Isolierungsblock und eine Elektrode aufweist, wobei der Halbleiterlaserchip und der Isolierungsblock an die erste Oberfläche der Halterung gebondet sind, eine obere Oberfläche der Elektrode und der Halbleiterchip mittels einer leitfähigen Leitung verbunden sind, und wobei die Wärmesenke und mehrere Halbleiterlaser isoliert sind und eine Seitenfläche der Elektrode eines der Halbleiterlaser und die Halterung eines benachbarten Halbleiterlasers mittels einer leitfähigen Leitung verbunden sind.
Die zusätzliche Ausführungsform 15 stellt einen Halbleiterlaser bereit mit einem Halbleiterlaserchip, einer leitfähigen Halterung, einem Isolierungsblock und einer Elektrode, wobei der Halbleiterlaserchip und der Isolierungsblock an die erste Oberfläche der leitfähigen Halterung gebondet sind, die Elektrode an den Isolierungsblock gebondet ist, eine obere Oberfläche der Elektrode und der Halbleiterlaserchip mittels einer leitfähigen Leitung verbunden sind und wobei die leitfähige Halterung zwei oder mehr Befestigungslöcher aufweist und wobei die Löcher an anderen Positionen als unmittelbar unterhalb von Bereichen des Halbleiterlaserchips platziert sind.
Die zusätzliche Ausführungsform 16 stellt ein Laserlichtquellenmodul bereit mit mehreren Halbleiterlasern der zusätzlichen Ausführungsform 15, die auf einer Wärmesenke angebracht sind, wobei die Wärmesenke und die mehreren Halbleiter isoliert sind und eine Seitenfläche der Elektrode eines der Halbleiterlaser und die Halterung eines benachbarten Halbleiterlasers mittels einer leitfähigen Leitung verbunden sind.
Die zusätzliche Ausführungsform 17 stellt ein Laserlichtquellenmodul der zusätzlichen Ausführungsform 16 bereit, wobei die Wärmesenke eine wassergekühlte Wärmesenke ist und wobei die Wärmesenke einen geradlinigen Kanal mit Gewindebohrungen zur Anbringung der Halbleiterlaser auf jeder Seite aufweist.
Die zusätzliche Ausführungsform 18 stellt einen Festkörperlaser bereit mit einem Festkörperlasermedium und einer Pumplichtquelle, wobei die Pumplichtquelle das Laserlichtquellenmodul der zusätzlichen Ausführungsform 15 ist.
Die zusätzliche Ausführungsform 19 stellt einen Halbleiterlaser bereit mit einem Halbleiterlaserchip und Isolierungshalterung, wobei die erste und zweite Elektrode geformt sind auf der Isolierungshalterung, wobei der Halbleiterlaserchip an die erste Elektrode gebondet ist, der Halbleiterlaserchip und die zweite Elektrode mittels einer Leitung verbunden sind und ein Befestigungsloch entsprechend jeder Elektrode vorgesehen ist.
Die zusätzliche Ausführungsform 20 stellt ein Laserlichtquellenmodul bereit mit mehreren Halbleiterlasern der zusätzlichen Ausführungsform 19 auf einer Wärmesenke, wobei einer der Halbleiterlaser und ein benachbarter Halbleiterlaser mittels einer Busschiene verbunden sind.
Die zusätzliche Ausführungsform 21 stellt ein Laserlichtquellenmodul der zusätzlichen Ausführungsform 20 bereit, wobei die Wärmesenke eine wassergekühlte Wärmesenke ist und wobei die Wärmesenke einen geradlinigen Kanal mit Gewindebohrungen zur Befestigung der Halbleiterlaser auf einer Seite aufweist.
Die zusätzliche Ausführungsform 22 stellt einen Festkörperlaser bereit mit einem Festkörperlasermedium und einer Pumplichtquelle, wobei die Pumplichtquelle das Laserlichtquellenmodul der zusätzlichen Ausführungsform 20 ist.
Die zusätzliche Ausführungsform 23 stellt einen Halbleiterlaser bereit mit einer Isolierungshalterung, einer leitfähigen Neben-Halterung, einer Isolierungsplatte, der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, wobei der Halbleiterlaserchip an die leitfähige neben-Halterung gebondet ist, die leitfähige Neben-Halterung an die Isolierungshalterung gebondet ist, die erste Elektrode an die Isolierungsplatte gebondet ist, die Isolierungsplatte an die Isolierungshalterung gebondet ist und die zweite Elektrode an die Isolierungsplatte gebondet ist, wobei der Halbleiterlaserchip und die erste Elektrode mittels der ersten Leitung verbunden sind und die leitfähige Neben-Halterung und die zweite Elektrode mittels der zweiten Leitung verbunden sind.
Die zusätzliche Ausführungsform 24 stellt ein Laserlichtquellenmodul bereit mit mehreren Halbleiterlasern der zusätzlichen Ausführungsform 23 auf einer Wärmesenke, wobei einer der Halbleiterlaser und ein benachbarter Halbleiterlaser mittels einer Leitung verbunden sind.
Die zusätzliche Ausführungsform 25 stellt einen Halbleiterlaser bereit mit einem Halbleiterlasermedium und einer Pumplichtquelle, wobei die Pumplichtquelle die Laserlichtquelle der zusätzlichen Ausführungsform 24 ist.
Die zusätzliche Ausführungsform 26 stellt ein Laserlichtquellenmodul bereit mit zwei Halbleiterlasern auf einer Wärmesenke, wobei jeder der Halbleiterlaser einen Halbleiterlaserchip, eine leitfähige Halterung, einen Isolierungsblock und eine Elektrode aufweist, wobei der Halbleiterlaserchip und der Isolierungsblock an eine Oberfläche der leitfähigen Halterung gebondet sind, die Elektrode an den Isolierungsblock gebondet ist, eine obere Oberfläche der Elektrode und der Halbleiterlaserchip mittels einer leitfähigen Leitung verbunden sind, und wobei der erste Halbleiterlaser und der zweite Halbleiterlaser nach Art des von Angesicht zu Angesicht angeordnet sind.
Die zusätzliche Ausführungsform 27 stellt einen Festkörperlaser der zusätzlichen Ausführungsform 26 bereit, wobei das Festkörperlasermedium durch ein Endpumpverfahren gepumpt wird.
Die zusätzliche Ausführungsform 28 stellt einen Halbleiterlaser bereit mit einem Halbleiterlaserchip, einer leitfähigen Halterung, dem ersten Isolierungsblock, dem zweiten Isolierungsblock und einer Elektrode, wobei der Halbleiterlaserchip und der erste Isolierungsblock an die erste Oberfläche der leitfähigen Halterung an einem Ende gebondet sind, die Elektrode an den ersten Isolierungsblock gebondet ist, eine obere Oberfläche der Elektrode und der Halbleiterlaserchip mittels einer leitfähigen Leitung verbunden sind, und wobei der zweite Isolierungsblock an die erste Oberfläche der leitfähigen Halterung am anderen Ende gebondet ist.
Die zusätzliche Ausführungsform 29 stellt einen Halbleiterlaser der zusätzlichen Ausführungsform 28 bereit, wobei eine Höhe des zweiten Isolierungsblocks äquivalent ist zu einer Summe einer Höhe des ersten Isolierungsblocks und einer Höhe der Elektrode.
Die zusätzliche Ausführungsform 30 stellt einen Halbleiterlaser bereit mit einem Halbleiterlaserchip, einer leitfähigen Halterung, einem Isolierungsblock und einer Elektrode, wobei die Elektrode eine Stufenstruktur mit oberer Oberfläche und unterer Oberfläche aufweist, und wobei der Halbleiterlaser und Isolierungsblock die leitfähige Halterung gebondet sind, die Elektrode an dem Isolierungsblock gebondet ist, der Halbleiterlaser und die Elektrode mittels einer leitfähigen Leitung verbunden sind, und wobei die leitfähige Leitung an die untere Seite der Elektrode gebondet ist.
Die zusätzliche Ausführungsform 31 stellt einen Halbleiterlaser bereit mit einem Halbleiterlaserchip, einer Isolierungshalterung, einer Isolierungsplatte, der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, wobei der Halbleiterlaserchip an die Isolierungshalterung gebondet ist, die erste Elektrode an die isolierungsplatte gebondet ist, die Isolierungsplatte an die Isolierungshalterung gebondet ist, die zweite Elektrode an die Isolierungshalterung gebondet ist, und wobei der Halbleiterlaserchip und die erste Elektrode mittels einer flachen Elektrode verbunden sind.
Die zusätzliche Ausführungsform 32 stellt einen Halbleiterlaser bereit mit einem Halbleiterlaserchip, einer leitfähigen Halterung, einem Isolierungsblock und einer Elektrode, wobei der Halbleiterlaserchip und der Isolierungsblock an eine erste Oberfläche der leitfähigen Halterung gebondet sind, die Elektrode an den Isolierungsblock gebondet ist und eine obere Oberfläche der Elektrode und der Halbleiterlaser verbunden sind mittels einer flachen Elektrode.
Die zusätzliche Ausführungsform 33 stellt einen Halbleiterlaser bereit mit einem Halbleiterlaserchip, einer Isolierungshalterung, wobei die Isolierungshalterung das erste Elektrodenmuster und das zweite Elektrodenmuster aufweist, wobei der Halbleiterlaserchip an das Elektrodenmuster gebondet ist und der Halbleiterlaser und das zweite Elektrodenmuster mittels einer flachen Elektrode verbunden sind.
Die zusätzliche Ausführungsform 34 stellt ein Laserlichtquellenmodul bereit mit mehreren Halbleiterlasern auf einer Wärmesenke, wobei der Halbleiterlaser eine obere Elektrode und eine untere Elektrode aufweist und wobei die Wärmesenke und mehrere der Halbleiterlaser isoliert sind und wobei eine Seitenfläche der oberen Elektrode eines bestimmten Halbleiterlasers und eine Seitenfläche der unteren Elektrode des benachbarten Halbleiterlasers mittels einer flachen Elektrode verbunden sind.
Die zusätzliche Ausführungsform 35 stellt ein Laserlichtquellenmodul bereit mit mehreren Halbleiterlasern und einer Wärmesenke, wobei der Halbleiterlaser einen Halbleiterlaserchip, eine leitfähige Halterung, einen Isolierungsblock und eine Elektrode aufweist, und wobei der Halbleiterlaserchip und der Isolierungsblock an eine Oberfläche der leitfähigen Halterung gebondet sind, die Elektrode an den Isolierungsblock gebondet ist, eine obere Oberfläche der Elektrode und der Halbleiterlaserchip verbunden sind, und ferner wobei die Wärmesenke und die Halbleiterlaser isoliert sind und eine Seitenfläche der Elektrode eines der Halbleiterlaser verbunden ist mit der leitfähigen Halterung eines benachbarten Halbleiterlasers mittels einer flachen Elektrode.
Die zusätzliche Ausführungsform 36 stellt ein Laserlichtquellenmodul bereit mit mehreren Halbleiterlasern und einer Wärmesenke, wobei der Halbleiterlaser einen Halbleiterlaserchip, eine Isolierungsplatte, die erste Elektrode und die zweite Elektrode aufweist, wobei der Halbleiterlaserchip an die Isolierungshalterung gebondet ist, die erste und zweite Elektrode auf der Isolierungsplatte gebildet sind, die Isolierungsplatte an die Isolierungshalterung gebondet ist, die zweite Elektrode an die Isolierungshalterung gebondet ist, und der Halbleiterlaserchip und die erste Elektrode verbunden sind, und ferner die Wärmesenke und die erste Elektrode eines der Halbleiterlaser und die zweite Elektrode eines benachbarten Halbleiterlasers verbunden sind mittels einer flachen Elektrode.
Die zusätzliche Ausführungsform 37 stellt ein Laserlichtquellenmodul bereit mit mehreren Halbleiterlasern und einer Wärmesenke, wobei der Halbleiterlaser einen Halbleiterlaserchip, eine Isolierungsplatte, die erste Elektrode und zweite Elektrode aufweist, wobei der Halbleiterlaserchip an die Isolierungshalterung gebondet ist, die erste Elektrode an die Isolierungsplatte gebondet ist, die Isolierungsplatte an die Isolierungshalterung gebondet ist, die zweite Elektrode an die Isolierungshalterung gebondet ist und der Halbleiterlaserchip und die erste Elektrode verbunden sind, wobei die Wärmesenke und die Halbleiterlaser isoliert sind und die erste Elektrode eines der Halbleiterlaser und die zweite Elektrode eines benachbarten Halbleiterlasers verbunden sind mittels einer flachen Elektrode.
Die zusätzliche Ausführungsform 38 stellt einen Halbleiterlaser bereit mit einem Halbleiterlaserchip und einer Elektrode, verbunden mit einer flachen Elektrode, wobei ein CTE der flachen Elektrode weitgehend einem CTE des Halbleiterlaserchips entspricht.
Die zusätzliche Ausführungsform 39 stellt eine Geräteanordnung bereit mit einem Gerät und einer Halterung, gebondet mittels einer Klebeschicht, wobei der folgende Ausdruck erfüllt ist, in dem:
C0, C2, C1, d2 und d1 bezeichnet ein CTE des Geräts, ein CTE der Halterung, ein CTE der Klebeschicht, Dicke der Halterung bzw. Dicke der Klebeschicht, d1 = kd2(C0 – C2)/(C1 – C0) (1) wobei k eine reelle Zahl ist und 0,7 ≦ k ≦ 1,4.
Die zusätzliche Ausführungsform 40 stellt eine Geräteanordnung bereit mit einem Gerät und einer Halterung, gebondet mittels einer Klebeschicht, wobei ein Young-Modul, oder ein Speichermodul E1 der Klebeschicht nicht geringer ist als 0,3·E0, wobei E0 ein Young-Modul des Geräts ist.
Die zusätzliche Ausführungsform 41 stellt eine Geräteanordnung bereit mit einem Gerät und einer Halterung, gebondet mittels einer Klebeschicht, wobei ein CTE der Halterung kleiner ist als ein Koeffizient des Geräts, und ein CTE der Klebeschicht größer ist als die Wärmeausdehnung des Geräts.
Die zusätzliche Ausführungsform 42 stellt eine Geräteanordnung bereit mit einem Gerät und einer Halterung, gebondet mittels einer Klebeschicht, wobei ein CTE der Halterung größer ist als ein Koeffizient des Geräts, und ein CTE der Klebeschicht kleiner ist als die Wärmeausdehnung des Geräts.
Die zusätzliche Ausführungsform 43 stellt einen Festkörperlaser bereit mit einem Dünnfilmlasermedium, einer Pumplichtquelle und einer Wärmesenke, wobei das Dünnfilmlasermedium und die Pumplichtquelle an der Wärmesenke angebracht sind.
Die zusätzliche Ausführungsform 44 stellt einen Festkörperlaser bereit der zusätzlichen Ausführungsform 43, wobei die Pumplichtquelle nicht parallel zu einer Befestigungsoberfläche emittiert.
Die zusätzliche Ausführungsform 45 stellt einen Festkörperlaser der zusätzlichen Ausführungsform 43 bereit, ferner mit einer Kopplungsoptik, um das Dünnfilmlasermedium und die Pumplichtquelle zu koppeln, wobei eine Oberfläche der Wärmesenke benutzt wird als eine Bezugsebene für optische Anpassung der Kopplungsoptik.
Die zusätzliche Ausführungsform 46 stellt einen Festkörperlaser der zusätzlichen Ausführungsform 43 bereit, wobei die Pumplichtquelle Licht senkrecht zu einer Befestigungsoberfläche emittiert, ferner mit einem Spiegel, um das Festkörperlasermedium und die Pumplichtoberfläche zu koppeln.
Die zusätzliche Ausführungsform 47 stellt einen wärmeleitfähigen Abstandshalter bereit mit einer wärmeleitfähigen Schicht, die hergestellt ist aus einer Auswahl von einem aus feinen Goldpartikeln gesinterten Presskörper, einem aus feinen Silberpartikeln gesinterten Festkörper oder einem Dispersionskleber aus feinen Silberpartikeln.
Die zusätzliche Ausführungsform 48 stellt ein an einer Wärmesenke anzubringendes Gerät bereit, wobei eine an der Wärmesenke anzubringende Oberfläche ein wärmeleitfähiges Material aufweist, hergestellt aus einer Auswahl von einem aus feinen Goldpartikeln gesinterten Presskörper, einem aus feinen Silberpartikeln gesinterten Presskörper oder einem Dispersionskleber aus feinen Silberpartikeln.
Die zusätzliche Ausführungsform 49 stellt eine Wärmesenke bereit mit einer wärmeleitfähigen Schicht hergestellt aus einer Auswahl von einem aus feinen Goldpartikeln gesinterten Presskörper, einem aus feinen Silberpartikeln gesinterten Presskörper oder einem Dispersionskleber aus feinen Silberpartikeln.
Obgleich die erläuternden Ausführungsformen der Erfindung mit Sorgfalt beschrieben wurden, soll verstanden werden, dass verschiedene andere Modifikationen offensichtlich sind und einfach gemacht werden können durch Fachleute, ohne den Geist und Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Entsprechend ist es nicht beabsichtigt, dass der Schutzumfang der beigefügten Ansprüche durch die Beispiele und hierin bereitgestellten Beschreibungen beschränkt ist, sondern dass vielmehr die Ansprüche so verstanden werden sollen, dass sie all die Merkmale der patentierbaren Neuheit umfassen, die bei der vorliegenden Erfindung vorliegen, einschließlich aller Merkmale, die als Äquivalente davon von Fachmännern auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung behandelt würden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2003-23205 [0002]
JP 2012-514860 [0003]
JP 3800116 [0004]
JP 5075165 [0005]
JP 5296977 [0006]
JP 2008-283064 [0007]
JP 2008-311556 [0008]
JP 2009-158645 [0009]

Claims

Halbleiterlaser mit einem Halbleiterlaserchip, einer leitfähigen Halterung, einem Isolierungsblock und einer Elektrode, wobei der Halbleiterlaserchip und der Isolierungsblock an eine Oberfläche der leitfähigen Halterung gebondet sind und wobei eine oberer Oberfläche der Elektrode und der Halbleiterlaserchip elektrisch verbunden sind, und wobei ferner eine Dicke der Elektrode nicht weniger als 0,3 mm beträgt.
Halbleiterlaser nach Anspruch 1, wobei leitfähige Teile an eine erste Oberfläche der Elektrode gebondet sind, um eine elektrische Verbindung zu einem externen elektrischen Schaltkreis zu schaffen.
Halbleiterlaser nach Anspruch 2, wobei die leitfähigen Teile leitfähige Leitungen sind.
Halbleiterlaser nach Anspruch 2, wobei die leitfähigen Teile flache Elektroden sind.
Halbleiterlaser mit einem Halbleiterlaserchip, einer leitfähigen Befestigung, einem Isolierungsblock, einer Elektrode und einem Isolierungsabstandshalter, wobei der Halbleiterlaserchip und der Isolierungsblock an eine Oberfläche der leitfähigen Halterung gebondet sind, wobei die Elektrode an den Isolierungsblock gebondet ist, wobei eine obere Oberfläche der Elektrode und der Halbleiterlaserchip elektrisch verbunden sind, und wobei der Isolierungsblock an eine andere Oberfläche der leitfähigen Halterung gebondet ist, um mit einer Wärmesenke kontaktiert zu sein.
Halbleiterlaser nach Anspruch 5, ferner mit einer anderen Elektrode, die auf einer gegenüberliegenden Oberfläche zu der Oberfläche, an der der Halbleiterlaserchip angeordnet ist, angeordnet ist.
Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei der Isolierungsblock aus einem Aluminiumnitrid hergestellt ist.
Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei eine Dicke des Isolierungsabstandshalters zwischen 0,2 mm und 0,5 mm beträgt.
Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei eine Klebeschicht, die aus einem Material hergestellt ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem aus feinen Goldpartikeln gesinterten Presskörper, einem aus feinen Silberpartikeln gesinterten Presskörper und einem Dispersionskleber aus feinen Silberpartikeln, zwischen dem Isolationsabstandshalter und der leitfähigen Halterung angeordnet ist.
Halbleiterlaser mit einem Halbleiterlaserchip, einer leitfähigen Befestigung, einem Isolierungsblock, einer Elektrode und einem Isolierungsabstandshalter, wobei der Halbleiterlaserchip und der Isolierungsblock an eine Oberfläche der leitfähigen Halterung gebondet sind, wobei die Elektrode an den Isolierungsblock gebondet ist, wobei eine obere Oberfläche der Elektrode und der Halbleiterlaserchip elektrisch verbunden sind, und wobei die leitfähige Halterung zwei oder mehr Befestigungslöcher aufweist an einer anderen Oberfläche senkrecht zu der Oberfläche, an der der Halbleiterlaser angeordnet ist, und ferner, wobei die Löcher an anderen Positionen als unmittelbar neben Bereichen des Halbleiterlaserchips angeordnet sind.