TW201946344A - 半導體雷射裝置 - Google Patents

Abstract

[課題]提供一種小型的半導體雷射裝置，即使搭載高輸出的半導體雷射芯片，也可以確保高排熱性。
[技術內容]具備：藉由包含具有第一開口部的第一面及具有第二開口部的第二面的外側面而被覆蓋的中空形狀的金屬製的框體、及被收容於框體的內側的半導體雷射芯片、及以將第一開口部閉塞的方式被載置於第一面的上面且由絕緣性材料所構成的蓋體、及包含透光構件且以至少透光構件的一部分與第二開口部相面對的方式被載置於第二面的上面的窗部、及將蓋體的框體側的面的一部分及蓋體的框體相反側的面的一部分之間貫通蓋體地連絡地形成的由電性材料所構成的電極部、及將露出於蓋體的框體側的面上的電極部及半導體雷射芯片電連接用的供電端子。

Description

半導體雷射裝置

本發明，是有關於半導體雷射裝置。

近年來，小型的半導體雷射裝置持續被開發(例如專利文獻1參照)。以下，參照第9圖~第11圖，說明此習知的半導體雷射裝置的構造。

第9圖，是習知的半導體雷射裝置100的示意的立體圖。如第9圖所示，此半導體雷射裝置100，是包含：由絕緣性陶瓷所構成的框體110、及被固定地載置於框體110上面的蓋體120、及構成光取出用的窗部的透光板130。

第10圖，是示意從第9圖將蓋體120及透光板130取下構造的立體圖。且，第11圖，是由第9圖中的A1-A1線將半導體雷射裝置100切斷時的示意的剖面圖。

蓋體120，是與框體110的面111接觸地設置。且，透光板130，是與框體110的面112、及蓋體120的面121接觸地設置。透光板130，是對於框體110的面112及蓋體120的面121，各別透過黏著層(151、152)固定地被黏著。

半導體雷射芯片140，是被設於框體110的面114上，並且透過金屬線141，從設於框體110的背面的電極(160、160)使電力被供給。
[習知技術文獻]
[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2017-112138號公報

[本發明所欲解決的課題]

近年來，半導體雷射裝置的高輸出化的要求提高。本發明人等，是參照第9圖~第11圖在上述的習知的半導體雷射裝置100中，將半導體雷射芯片140，作成可射出高輝度的光的雷射芯片的情況，發現以下的課題。

半導體雷射芯片140，是可射出高輝度的光的雷射芯片的情況，發光時發生的熱量會增大。但是，如上述，載置了半導體雷射芯片140的框體110，是由絕緣性陶瓷所構成。在絕緣性陶瓷中，雖存在高熱傳導率的材料，但是與金屬材料比較的話其熱傳導率仍低。因此，具有無法實現充分的排熱功能的可能性。

且如第11圖所示，對於半導體雷射芯片140供電用的電極160，因為是形成於框體110的背面側(與蓋體120相反側)，所以無法將框體110本身由導電性材料所構成。假設，參照第9圖~第11圖在上述的習知的半導體雷射裝置100中，將框體110由金屬材料所構成的話，一對的電極160彼此會短路，明顯無法對於半導體雷射裝置100供給電流。

本發明，是鑑於上述的課題，其目的是提供一種小型的半導體雷射裝置，即使搭載高輸出的半導體雷射芯片，也可以確保高排熱性。

[用以解決課題的手段]

本發明的半導體雷射裝置，是具備：藉由包含具有第一開口部的第一面及鄰接於前述第一面的面且具有第二開口部的第二面的外側面而被覆蓋的中空形狀的金屬製的框體、及被收容於前述框體的內側的半導體雷射芯片、及以將前述第一開口部閉塞的方式被載置於前述第一面的上面且由絕緣性材料所構成的蓋體、及包含透光構件且以至少前述透光構件的一部分與前述第二開口部相面對的方式被載置於前述第二面的上面的窗部、及將前述蓋體的前述框體側的面的一部分及前述蓋體的前述框體相反側的面的一部分之間貫通前述蓋體地連絡地形成且由導電性材料所構成的電極部、及將露出於前述蓋體的前述框體側的面上的前述電極部及前述半導體雷射芯片電連接用的供電端子。

依據上述構成的話，從蓋體側對於半導體雷射芯片進行供電。因此，載置半導體雷射芯片的框體，成為可由熱傳導性高的金屬材料(例如Cu等)構成。此結果，即使半導體雷射芯片是高輸出的芯片的情況時，也可通過框體確保高排熱性能。

但是參照第9圖~第11圖在上述的習知的半導體雷射裝置100中，透光板130，是以與蓋體120及框體110的兩者接觸的方式被設置(特別是第11圖參照)。為了實現此構成，是將蓋體120設置在框體110的面111上時，有必要提高位置對合的精度。若蓋體120的位置偏離的話，無法將透光板130正確設置，此情況，具有無法充分地確保框體110內部的氣密性的可能性。假設，無法充分地確保框體110內部的氣密性的情況，塵和水分會附著在半導體雷射芯片140的端面，光強度就具有下降的可能性。

進一步，在上述的習知的半導體雷射裝置100中，特別是如第10圖所示，有必要將由陶瓷所構成的框體110由微細加工而成型。陶瓷的成型時，燒製過程(例如1000°C以上)是成為必要，藉由經過此燒製過程、及其後的在室溫下的冷卻過程，會產生形狀變形，具有無法確保各面(111、112)的平坦性的可能性。藉由這種理由，也具有無法充分地確保框體110的內部的氣密性的可能性。

對於此，依據本發明的半導體雷射裝置的話，蓋體是被載置在框體的其中之一的面(第一面)，包含透光構件的窗部是被載置在框體的別的面(第二面)的構成。因此，與如習知的半導體雷射裝置100相比，不需進行高精度的位置對合，就可以達成確保框體內部的氣密性的別的效果。且，因為可以將框體由金屬材料形成，所以與陶瓷相異，可容易地成型。

前述半導體雷射裝置，是具備將前述半導體雷射芯片載置在面上的副支架，前述副支架，是被載置在前述框體的內壁面上者也無妨。

依據這種構成的話，藉由將副支架薄地構成，就成為可將半導體雷射芯片的面實質地載置在金屬製的框體的面上。由此，高排熱性被確保。

前述半導體雷射裝置，是具備支撐基板，前述支撐基板的面、及前述框體的面之中的除了前述第一面及前述第二面以外的其中任一的面是可以被接合。

依據上述構成的話，因為可以將金屬製的框體的一面及支撐基板的一面接合，所以藉由支撐基板也與框體同樣地由熱傳導率高的材料所構成，就可以將由半導體雷射芯片發生的熱通過框體朝支撐基板側有效率地排熱。此情況，支撐基板，是同時具有：將框體支撐的功能、及將由半導體雷射芯片發生的熱排熱的功能。

前述半導體雷射裝置，其將前述半導體雷射芯片收容於內側的前述框體，是在平面上被配列複數個也無妨。此時，前述框體，是在前述支撐基板的面上被配列複數個也無妨。

依據這種構成的話，因為各框體是由金屬製的材料所構成，所以可以將從被收容在各框體的半導體雷射芯片所發生的熱有效率地排熱。由此，可以射出具有高放射照度的光，可實現小型的半導體雷射裝置。

前述半導體雷射裝置，是使單一的前述半導體雷射芯片被收容在前述框體的內側也無妨。

前述半導體雷射芯片，是具備朝與前述第二面垂直交叉的方向射出光的光射出領域也無妨。

[發明的效果]

依據本發明的話，即使搭載高輸出的半導體雷射芯片，也可以確保高排熱性，可實現小型的半導體雷射裝置。

參照圖面說明本發明的半導體雷射裝置的實施例。又，以下的圖面，僅是示意地圖示者，圖面上的尺寸比及實際的尺寸比未必一致。

第1圖，是示意半導體雷射裝置的一實施例的整體構造的立體圖。半導體雷射裝置1，是包含：支撐基板2、及光取出用的第一透光板3、及從側方將整體覆蓋地形成的框體4。後述的複數半導體雷射芯片40(第7圖參照)是被搭載在框體4的內側，從各半導體雷射芯片40被射出的雷射光L1，是透過第一透光板3朝裝置外部被取出。

以下，依據需要，使用第1圖說明XYZ座標系。支撐基板2及第一透光板3，皆是主面對於XY平面平行地配置，雷射光L1，是朝對於XY平面垂直交叉的方向(Z方向)被取出。

支撐基板2，是除了將複數半導體雷射芯片40(第7圖參照)支撐的功能以外，也兼具將從半導體雷射芯片40發生的熱排熱的功能，顯示高熱傳導率的材料較佳。其中一例，支撐基板2，是由Cu、Cu合金、Al等的金屬材料所構成，厚度，是例如0.3mm以上、2mm以下，較佳是，0.5mm以上、1mm以下。

第一透光板3，是對於雷射光L1的透過性高的材料即可，例如，由硼矽酸玻璃等構成。且，框體4，雖可以由任意的材料構成，但是鑑於加工時的處理容易性，例如由陶瓷材料和玻璃環氧樹脂等所構成。

第2圖，是示意從第1圖將第一透光板3取下的狀態的半導體雷射裝置1的立體圖。如第2圖所示，半導體雷射裝置1，是使複數半導體雷射單元10在XY平面上被配列地構成。各半導體雷射單元10，是包含後述的半導體雷射芯片40(第7圖參照)。又，在第2圖中圖示，從各半導體雷射單元10被射出的雷射光，是透過透鏡構件11被導引至第一透光板3(第1圖參照)的例。且，在第2圖中，為了說明的方便上，省略一部分的透鏡構件11的圖示。

以下，參照第3圖~第8圖，說明半導體雷射裝置1所包含的半導體雷射單元10的構成。

第3圖，是將本實施例的半導體雷射單元10抽出圖示的示意的立體圖。第4圖，是將第3圖所示的半導體雷射單元10，朝-Z方向所見時的示意的俯視圖。第5圖，是將第3圖所示的半導體雷射單元10，朝X方向所見時的示意的俯視圖。

第6圖，是將半導體雷射單元10由第4圖內的X1-X1線切斷時的示意的剖面圖。第7圖，是將半導體雷射單元10的構成零件分解地示意的立體圖。第8圖，是只有將半導體雷射單元10的一構成零件也就是框體20抽出顯示的示意的立體圖。

半導體雷射單元10，是包含框體20、蓋體30、窗部50，半導體雷射芯片40是被收容在框體20的內側。半導體雷射芯片40，是例如可以由0.5W以上的輸出射出雷射光L1的元件。在本實施例中，從半導體雷射芯片40被射出的雷射光L1的波長並無限定，例如為可視光。

如第7圖及第8圖所示，框體20，是藉由包含：具有第一開口部21a的第一面21、及鄰接於此第一面21了的面且具有第二開口部22a的第二面22，的外側面，而被覆蓋的中空形狀的構件。在此說明，第一面21是與YZ平面平行的面，第二面22是與XY平面平行的面。

框體20，是由顯示高熱傳導率的金屬材料所構成。這種金屬材料的例，可舉例Cu、Cu合金、Al，Cu是特別佳。框體20的尺寸，是例如其X方向是2mm以上、5mm以下，Y方向是2mm以上、5mm以下，Z方向是1.5mm以上、5mm以下。

如第3圖~第7圖所示，蓋體30，是以將第一開口部21a閉塞的方式，被設於框體20的第一面21上。蓋體30，是由絕緣性材料所構成，例如利用Al₂ O₃ 、AlN等的陶瓷材料。更詳細的話，透過形成於框體20的第一面21上的軟焊條材(未圖示)，使蓋體30及框體20固定地被黏著。蓋體30的厚度(X方向)，是例如，0.3mm以上，1mm以下。

在蓋體30的一部分上面，形成有由導電性材料所構成的電極部(31、31)。此電極部(31、31)，是將蓋體30朝厚度方向(X方向)貫通地形成，朝相反側的面(框體20側的面)露出。朝框體20側的面露出的電極部(31、31)，是與供電端子(32、32)連接。電極部(31、31)，是例如由Au電鍍所構成。

半導體雷射芯片40，是透過由例如Au-Sn所構成的軟焊條層46而固定地被黏著在副支架45上。在副支架45的面中，形成有電力地相互地被分離地形成的導電層(47、47)。這些的導電層(47、47)、及供電端子(32、32)是接觸。且，在一方的導電層47中，連接有與半導體雷射芯片40連絡的金屬線41。由此，電壓被外加在電極部(31、31)的話，電流是被供給至半導體雷射芯片40。又，如第6圖~第8圖所示，副支架45，是被載置在框體20的內壁面23上。

在本實施例中，框體20的內壁面23，是由與YZ平面平行的面所構成。半導體雷射芯片40，是例如其Y方向(寬度方向)是50μm以上、500μm以下，Z方向(長度方向)是1mm以上、2mm以下，X方向(厚度方向)是50μm以上、200μm以下。且，副支架45，其Y方向是0.2mm以上、3mm以下，Z方向是1mm以上、3mm以下，X方向(厚度方向)是100μm以上、500μm以下。

如第7圖所示，在本實施例的半導體雷射單元10中，窗部50是只有由透光構件51所構成。透光構件51，是例如利用硼矽酸玻璃、矽酸鹽玻璃、石英玻璃等的玻璃材料最佳。且，構成窗部50的透光構件51的一部分是與第二開口部22a相面對地被設置。

又，除了第7圖所示的例以外，窗部50，即使是具備透光構件51以外的構成構件(例如隔件等)也無妨。此情況，例如，框體20的第二面22，是與隔件接觸，在此隔件的面上可以設置透光構件51。

在這種構成中，電壓被外加在電極部(31、31)的話，電流是被供給至半導體雷射芯片40，超過門檻值的電流的電流量被供給的話，雷射光L1是從半導體雷射芯片40的端面(光射出領域:發射體)朝Z方向被射出。此雷射光L1，是透過第二開口部22a及透光構件51朝半導體雷射單元10的外部被取出。且，參照第1圖及第2圖如上述，從各半導體雷射單元10被射出的雷射光L1，是透過透鏡構件11、第一透光板3，朝半導體雷射裝置1的外部被取出。

依據上述的半導體雷射裝置1的話，供電是從蓋體30側對於各半導體雷射單元10進行。因此，可以將半導體雷射單元10(及副支架45)，載置於由導電性材料所構成的面23上。即，參照第7圖及第8圖如上述，藉由將此面23，作成金屬製的框體20的內壁，就可以將從半導體雷射芯片40發生的熱，通過框體20朝支撐基板2側有效率地排熱。尤其是，如第6圖所示，藉由將框體20的一個的面與支撐基板2的面接合，就可以將從半導體雷射芯片40發生的熱進一步有效率地朝外部排熱。

進一步，因為可以將框體20由金屬材料構成，所以可以容易地成型成如第8圖所示的形狀。且，因為蓋體30被載置的框體20的面(第一面21)、及窗部50被載置的框體20的面(第二面22)是不同，所以為了確保框體20的內部的氣密性，只在各面獨立地進行位置對合即可，比以往更不要求位置對合的精度。

[別的實施例]
以下，說明本發明的半導體雷射裝置的別的實施例。

(1)在上述實施例中，例示說明了在各框體20內搭載一個半導體雷射芯片40的情況。但是，複數(例如2個以上5個以下)的半導體雷射芯片40被搭載在各框體20內也無妨。

且在上述實施例中，參照第2圖說明了，複數半導體雷射單元10是被配列在平面的情況。但是，本發明的半導體雷射裝置1，不排除只有具備單一的半導體雷射單元10的情況。

(2)參照各圖面的上述的半導體雷射裝置1的構造，僅是一例，本發明，不限定於圖示的構造。例如，可如以下地變形。

半導體雷射裝置1，不具備第一透光板3的構成也無妨，不具備透鏡構件11的構成也無妨。且，半導體雷射裝置1，是藉由具備適宜的鏡子等的反射構件，將光取出方向成為Z方向以外的方向也無妨。

(3)在上述實施例中說明了，框體20的外形是幾乎長方體形狀的情況，但是若具有4面以上的平面的多面體的話不限定於長方體。

1‧‧‧本發明的半導體雷射裝置

2‧‧‧支撐基板

3‧‧‧第一透光板

4‧‧‧框體

10‧‧‧半導體雷射單元

11‧‧‧透鏡構件

20‧‧‧框體

21‧‧‧框體的第一面

21a‧‧‧第一開口部

22‧‧‧框體的第二面

22a‧‧‧第二開口部

23‧‧‧框體的內壁面

30‧‧‧蓋體

31‧‧‧電極部

32‧‧‧供電端子

40‧‧‧半導體雷射芯片

41‧‧‧金屬線

45‧‧‧副支架

46‧‧‧軟焊條層

47‧‧‧導電層

50‧‧‧窗部

51‧‧‧透光構件

100‧‧‧習知的半導體雷射裝置

110‧‧‧框體

111、112、114‧‧‧框體的面

120‧‧‧蓋體

121‧‧‧蓋體的面

130‧‧‧透光板

140‧‧‧半導體雷射芯片

141‧‧‧金屬線

151、152‧‧‧黏著層

160‧‧‧電極

L1‧‧‧雷射光

[第1圖]示意本發明的半導體雷射裝置的一實施例的整體構造的立體圖。

[第2圖]示意從第1圖，將第一透光板取下的狀態的半導體雷射裝置的立體圖。

[第3圖]將被包含於本發明的半導體雷射裝置的半導體雷射單元抽出圖示的示意的立體圖。

[第4圖]將第3圖所示的半導體雷射單元，朝-Z方向所見時的示意的俯視圖。

[第5圖]將第3圖所示的半導體雷射單元，朝X方向所見時的示意的俯視圖。

[第6圖]將半導體雷射單元由第4圖內的X1-X1線切斷時的示意的剖面圖。

[第7圖]將半導體雷射單元的構成零件分解的示意的立體圖。

[第8圖]示意半導體雷射單元的構成零件的一個框體的立體圖。

[第9圖]示意習知的半導體雷射裝置的構成的立體圖。

[第10圖]示意從在第9圖被圖示的半導體雷射裝置，將蓋體及透光板取下的狀態的構造的立體圖。

[第11圖]由第9圖中的A1-A1線將半導體雷射裝置切斷時的示意的剖面圖。

Claims (8)

1. 一種半導體雷射裝置，具備： 藉由包含具有第一開口部的第一面及鄰接於前述第一面的面且具有第二開口部的第二面的外側面而被覆蓋的中空形狀的金屬製的框體、及 被收容於前述框體的內側的半導體雷射芯片、及 以將前述第一開口部閉塞的方式被載置於前述第一面的上面且由絕緣性材料所構成的蓋體、及 包含透光構件且以至少前述透光構件的一部分與前述第二開口部相面對的方式被載置於前述第二面的上面的窗部、及 將前述蓋體的前述框體側的面的一部分及前述蓋體的前述框體相反側的面的一部分之間貫通前述蓋體地連絡地形成且由導電性材料所構成的電極部、及 將露出於前述蓋體的前述框體側的面上的前述電極部及前述半導體雷射芯片電連接用的供電端子。
2. 如申請專利範圍第1項的半導體雷射裝置，其中， 具備將前述半導體雷射芯片載置在面上的副支架， 前述副支架，是被載置在前述框體的內壁面上。
3. 如申請專利範圍第1項的半導體雷射裝置，其中， 具備支撐基板， 前述支撐基板的面、及前述框體的面之中的除了前述第一面及前述第二面以外的其中任一的面是被接合。
4. 如申請專利範圍第3項的半導體雷射裝置，其中， 在前述支撐基板的面上，將前述半導體雷射芯片收容於內側的前述框體，是在平面上被配列複數個。
5. 如申請專利範圍第1項的半導體雷射裝置，其中， 單一的前述半導體雷射芯片是被收容在前述框體的內側。
6. 如申請專利範圍第4項的半導體雷射裝置，其中， 單一的前述半導體雷射芯片是被收容在前述框體的內側。
7. 如申請專利範圍第1項的半導體雷射裝置，其中， 前述半導體雷射芯片，是具備朝與前述第二面垂直交叉的方向射出光的光射出領域。
8. 如申請專利範圍第4項的半導體雷射裝置，其中， 前述半導體雷射芯片，是具備朝與前述第二面垂直交叉的方向射出光的光射出領域。