TWI750544B - 半導體雷射晶片安裝基座、其製造方法以及半導體雷射模組 - Google Patents

半導體雷射晶片安裝基座、其製造方法以及半導體雷射模組 Download PDF

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Abstract

本發明的半導體雷射晶片安裝基座，具備：半導體雷射晶片，其具備在長邊方向具有出射端面及後端面，從上述出射端面出射雷射；及安裝上述半導體雷射晶片的基座，上述基座與上述半導體雷射晶片的出射端面側的第1距離，比上述基座與上述半導體部之後端面側的第2距離小。

Description

半導體雷射晶片安裝基座、其製造方法以及半導體雷射模組
本發明係關於半導體雷射晶片安裝基座、其製造方法及半導體雷射模組。
已知具備半導體雷射晶片、及與半導體雷射晶片光學結合的光纖的半導體雷射模組。製造如此的半導體雷射模組時，例如以如下程序進行組裝。首先，將半導體雷射晶片安裝在基座。此時，將半導體雷射晶片，藉由金-錫(AuSn)合金等的焊錫，接合安裝在基座(專利文獻1)。再者，亦可取代焊錫使用導電性接合劑等其他的接合劑。如此安裝半導體雷射晶片的基座(半導體雷射晶片安裝基座)亦稱為基座上晶片。
其次，將基座上晶片，直接或經由金屬製基台或電子冷卻元件等，以錫-鉍(SnBi)合金等的焊錫接合安裝在金屬的框體。再者，在框體上安裝透鏡等其他的光學零件，進行半導體雷射晶片與光纖的光學結合。
作為半導體雷射晶片，有多數端面發光型的半導體雷射晶片被實際運用。端面發光型的半導體雷射晶片，在其長邊方向的兩端面的一方，作為形成雷射振盪波長的反射率高的HR(High Reflection)鍍層的後端面。另一方面，其他的端面作為形成反射率低的AR(Anti-RefLection)鍍層的出射端面。後端面與出射端面構成雷射共振器，振盪的雷射主要從出射端面出射。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］
專利文獻1︰日本專利第5075165號公報
［發明所欲解決的課題］
一般，半導體雷射晶片是藉由黏晶安裝在基座。在黏晶，以筒夾真空夾取半導體雷射晶片，將半導體雷射晶片安裝在加熱為焊錫等的接合劑的熔點以上的溫度的基座。
此時，通常，為將半導體雷射晶片在長邊方向均勻地安裝在基座，一般以筒夾夾取半導體雷射晶片的長邊方向的中央附近，對基座按壓。
另一方面，近幾年，半導體雷射晶片進展得越來越高光輸出化。隨此，將半導體雷射晶片所產生的熱，有效地對基座散熱越來越重要。
本發明係有鑑於上述情形所完成者，其目標在於提供，能夠將半導體雷射晶片所產生的熱，有效地對基座散熱的半導體雷射晶片安裝基座、其製造方法、及半導體雷射模組。 ［用於解決課題的手段］
為解決上述課題達成目標，關於本發明的一態樣的半導體雷射晶片安裝基座，其特徵在於：具備：半導體雷射晶片，其具備在長邊方向具有出射端面及後端面的半導體部，從上述出射端面出射雷射；及安裝上述半導體雷射晶片的基座，上述基座與上述半導體部的出射端面側的第1距離，比上述基座與上述半導體部之後端面側的第2距離小。
關於本發明的一態樣的半導體雷射晶片安裝基座，其中上述第1距離與上述第2距離的差距為1.5μm以上。
關於本發明的一態樣的半導體雷射晶片安裝基座，其中上述第1距離為16μm以下。進一步較佳的是12μm以下。
關於本發明的一態樣的半導體雷射晶片安裝基座，其中上述第1距離與上述第2距離的差距為10μm以下。
關於本發明的一態樣的半導體雷射晶片安裝基座，其中上述半導體雷射晶片為雷射巴條晶片。
關於本發明的一態樣的半導體雷射晶片安裝基座的製造方法，其特徵在於：包括：將半導體晶片，以保持具將在長邊方向的較中央更靠上述出射端面側為中心按壓上述基座，安裝在該基座的步驟。
關於本發明的一態樣的半導體雷射晶片安裝基座的製造方法，其中上述保持具為筒夾，在該筒夾的長邊方向與上述半導體雷射晶片抵接的兩端間的距離的筒夾長度，對上述半導體雷射晶片的上述出射端面與上述後端面的距離的共振器長的比率為28.5%以上且81.9%以下。
關於本發明的一態樣的半導體雷射晶片安裝基座的製造方法，其中上述筒夾長度，對上述共振器長的比率為44.4%以上且75.0%以下。
關於本發明的一態樣的半導體雷射晶片安裝基座的製造方法，其中上述半導體雷射晶片為雷射巴條晶片。
關於本發明的一態樣的半導體雷射模組，其特徵在於：具備上述半導體雷射晶片安裝基座。 ［發明的效果］
根據本發明，能夠達成將半導體雷射晶片所產生的熱，有效地對基座散熱的效果。
以下，邊參照添附圖，詳細說明本發明的實施形態。再者，並非藉由以下說明的實施形態限定本發明。此外，在圖面的記載，同一或對應的要素適當附以同一符號。此外，圖面係為示意，需要留意各要素的尺寸關係、各要素的比率，有時與現實不同。再者，在圖面相互之間，亦有時包含尺寸關係或比率不同的部分。
(半導體雷射模組的概略構成) 圖1A及圖1B係表示具備關於實施形態的基座上晶片的半導體雷射模組的概略構成示意圖。圖1A係半導體雷射模組的平面圖，圖1B係半導體雷射模組的一部分切口側面圖。
半導體雷射模組100，具備由金屬組成的具有蓋1a與底板部1b的框體1。此外，半導體雷射模組100，具備依序安裝在在底板部1b上的：由金屬組成的階梯形狀的LD高度調整板2；具有長方體形狀的6個基座3；及具有略長方體形狀的6個半導體雷射晶片4。再者，在圖1A，為了說明省略蓋1a的圖示。
此外，半導體雷射模組100，具備2個導線腳5。2個導線腳5，對各半導體雷射晶片4，經由基座3及未示於圖的接合線電性連接，對各半導體雷射晶片4供給電力。再者，半導體雷射模組100，具備：6個第1透鏡6；6個第2透鏡7；6個反射鏡8；第3透鏡9；光濾波器10；第4透鏡11。各第1透鏡6、各第2透鏡7、各反射鏡8、第3透鏡9、光濾波器10、及第4透鏡11，在各半導體雷射晶片4所出射的雷射光路上，沿著光路依序配置。再者，半導體雷射模組100具備與第4透鏡11相對配置的光纖12。光纖12的雷射入射側的一端，收容在框體1的內部，藉由支持構件13支持。
各半導體雷射晶片4，是例如以砷化鎵(GaAs)或磷化銦(lnP)作為主材料構成，輸出按照其材料或組成的波長的雷射。各半導體雷射晶片4的厚度，例如為0.1mm左右。各半導體雷射晶片4，係如圖1B所示，安裝在各基座3，且各基座3，係以相互不同的高度安裝在LD高度調整板2。再者，各第1透鏡6、各第2透鏡7、各反射鏡8，分別配置在對應的半導體雷射晶片4的高度。在此，有時將安裝在基座3與安裝在基座3的半導體雷射晶片4的構成物，稱為作為半導體雷射晶片安裝基座的基座上晶片16。
此外，在光纖12對框體1的插入部，設有鬆管15，在框體1的一部分外嵌套筒14，覆蓋鬆管15的一部分與插入部。
說明關於該半導體雷射模組100的動作。各半導體雷射晶片4，經由導線腳5供給電力，輸出雷射。從各半導體雷射晶片4輸出的各雷射，藉由對應的各第1透鏡6、各第2透鏡7變成略準直光，藉由對應的各反射鏡8向第3透鏡9反射。再者，各雷射光，藉由第3透鏡9、第4透鏡11聚光，入射光纖12的端面，在光纖12中傳播。再者，光濾波器10，係有波長有別於上述雷射的波長的光從外部經由光纖12輸入半導體雷射模組100時，用於防止該光輸入各半導體雷射晶片4的帶通濾波器。
該半導體雷射模組100的組裝，例如可以如下步驟進行。首先，將基座3加熱到接合溫度的約300℃，將半導體雷射晶片4，以熔點為約280℃的AuSn焊錫接合安裝在基座3，形成6個基座上晶片16。接著，將安裝LD高度調整板2的框體1的底板部1b加熱到接和溫度的約150℃，將各基座上晶片16，以熔點為約140℃的SnBi焊錫接合安裝在LD高度調整板2。之後，將半導體雷射模組100以外的構成零件安裝在框體1。
(基座上晶片的概略構成) 接著，說明關於基座上晶片16。圖2係繪示基座上晶片16的平面圖。如上所述，基座上晶片16，具備：半導體雷射晶片4；及安裝半導體雷射晶片4的基座3。
基座3，具備：基板3a；及上部覆蓋層3b。基板3a，可包含例如氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化鈹(BeO)、氮化硼(BN)、鑽石、碳化矽(SiC)、氮化矽(Si3 N4 )、二氧化矽(SiO2 )、氧化鋯(ZrO2 )的至少任一者所構成。在本實施形態的半導體雷射晶片4雖為單射極型，惟亦可為多射極型的雷射巴條晶片。半導體雷射晶片4，為雷射巴條晶片時，基板3a，可為Cu等的金屬。在本實施形態，基板3a係由AlN所組成。此外，基板3a的厚度，例如為0.3~1.0mm程度。
上部覆蓋層3b，厚度例如在1μm~80μm的範圍，形成在基板3a的安裝半導體雷射晶片4側的表面。上部覆蓋層3b，係由金屬多層膜組成。
上部覆蓋層3b，以溝G分離成2個部分。溝G係為將2個部分電性絕緣而設。上部覆蓋層3b的兩個部分的一方，以未示於圖的接合線電性連接在半導體雷射晶片4的表面，另一方安裝半導體雷射晶片4。
半導體雷射晶片4，經由上部覆蓋層3b接合安裝在基座3。在上部覆蓋層3b的表面，形成例如由AuSn焊錫組成的預鍍層3c，藉此將半導體雷射晶片4接合安裝在上部覆蓋層3b。再者，上部覆蓋層3b，在與預鍍層3c接觸的表面，形成例如由白金(Pt)組成的阻隔金屬層為佳。阻隔金屬層，係用於防止預鍍層3c的AuSn焊錫與比上部覆蓋層3b的阻隔金屬層更下層的金屬材料的化學反應而形成。
在半導體雷射晶片4的底面側(與上部覆蓋層3b接合的面側)及頂面，分別形成有電極，半導體雷射晶片4，經由該等電極從導線腳5供給電力。再者，半導體雷射晶片4，以向下接合安裝時，一般在頂面側形成n側電極。此外，半導體雷射晶片4，以向上接合安裝時，一般在頂面側形成p側電極。再者，半導體雷射晶片4，以向下接合安裝，對基座3的散熱性較高。
圖3係表示基座上晶片16的A-A線剖面的一部分的圖。如圖3所示，半導體雷射晶片4，具備：主要以半導體構成的半導體部4a；及主要以金屬構成的金屬化層4b。半導體部4a，在長邊方向具有出射端面4aa及後端面4ab，從出射端面4aa出射雷射光。在出射端面4aa，形成有雷射振盪波長的反射率為例如0.1%~7%左右的AR鍍層。在後端面4ab，形成有雷射振盪波長的反射率為例如95%左右的HR鍍層。出射端面4aa與後端面4ab構成雷射共振器，出射端面4aa與後端面4ab的距離為共振器長。共振器長，例如為800μm~6mm程度，惟並無特別限定。此外，半導體雷射晶片4的寬度，例如為100μm~1mm，惟並無特別限定。
此外，半導體部4a，係例如形成在GaAs基板上，構成單模或多模式的導波路。活性層，係例如將組成設定成雷射振盪波長為900nm~1080nm。從出射端面4aa出射的雷射光的功率，例如為10mW~30W，惟並無特別限定。此外，在本實施形態的半導體雷射晶片4為單射極型，惟亦可為多射極型的雷射巴條晶片。
金屬化層4b，例如作成包含對半導體雷射晶片4供給電力的電極、及用於保護電極的鍍敷層的多層結構。金屬化層4b的厚度，例如為1μm-10μm。
預鍍層3c的AuSn焊錫的厚度，只要是可充分接合金屬化層4b與上部覆蓋層3b，且後述的基座3與半導體部4a的既定部分的距離可得所期望之值的厚度，並無特別限定。
在此，使基座3與半導體部4a的出射端面4aa側的距離(第1距離)為D1，基座3與半導體部4a的後端面4ab側的距離(第2距離)為D2。D1，典型上係基座3與半導體部4a的出射端面4aa的距離。但是，D1亦可係從出射端面4aa向半導體部4a的長邊方向中央20μm以內的寬度的區域，與基座3的距離。同樣地，D2，典型上係基座3與半導體部4a的後端面4ab的距離。但是，D1亦可係從後端面4ab向半導體部4a的長邊方向中央20μm以內的寬度的區域，與基座3的距離。
在該基座上晶片16，由於D1比D2更小，故可將半導體雷射晶片4所產生的熱，有效地向基座3散熱。
以下，具體說明。根據本發明者們，對半導體雷射晶片的特性仔細觀察，隨著半導體雷射晶片4的高光輸出化，在半導體部4a的出射端面4aa側與後端面4ab側的雷射光的功率差會變大。具體而言係在出射端面4aa側，功率更變大。伴隨此，在出射端面4aa側，局部發生的熱量會變大。
因此，本發明者們想到使D1較D2小。藉此，由於出射端面4aa側會比後端面4ab側更接近基座3，故在出射端面4aa側所產生的熱會優先且有效地對基座3散熱。其結果，由於可有效地將半導體雷射晶片4所產生的熱，對基座3散熱，故可提升發光效率，使光輸出變大。此外，由於可有效地將容易變得更高溫的出射端面4aa側降溫，故可提升半導體雷射晶片4的可靠度，例如可減低故障率。
再者，本發明者們進行各式各樣的實驗，結果確認藉由使D1與D2的差為1.5μm以上，可顯著地降低半導體雷射晶片4的故障率。但是，當D1與D2的差過大，則由於有時會使後端面4ab側的放熱性顯著地下降，或在後端面4ab側降低預鍍層3c的焊錫接合性，故D1與D2的差以10μm以下左右為佳。例如，以每1晶片注入10~20A的電流的高輸出半導體雷射晶片實驗，則D1與D2的差較10μm大時，可觀察到如半導體雷射晶片在通電時熔融的劇烈的故障。此外，使D1為16μm以下，進一步較佳的是12μm以下，則由於出射端面4aa側相對較接近基座3而佳。
此外，在本實施形態，如圖3所示，半導體雷射晶片4在金屬化層4b側具有呈凸狀的些許彎曲，但即使是沒有彎曲而為直線狀，顯然可有效的得到對基座3散熱的效果。
(基座上晶片的製造方法) 接著，將關於基座上晶片16的製造方法的一例，與參考例對比說明。
本製造方法，包含將在半導體雷射晶片4的長邊方向的較中央靠出射端面4aa側，以作為保持具的筒夾對基座3按壓，而安裝在基座3的步驟。
圖4A係在實施形態的製造方法的半導體雷射晶片4的夾取狀態的說明圖，圖4B係在參考例的製造方法半導體雷射晶片4的夾取狀態的說明圖。在圖4A及圖4B，係表示從側面觀看被夾取的半導體雷射晶片4的情形，及此時從上面觀看半導體雷射晶片4的情形。筒夾210，例如，具有由金屬組成的本體部211與聚醯亞胺樹脂組成的尖端部212，尖端部212係長方體狀的形狀的平型筒夾。筒夾210，在尖端部212的尖端面開口，形成連接到真空幫浦的吸引孔。筒夾210，藉由將半導體雷射晶片4以吸引孔吸引真空夾取，可在尖端部212保持半導體雷射晶片4。
在參考例，使筒夾210的尖端部212，與半導體雷射晶片4的長邊方向的中央附近抵接夾取，使半導體雷射晶片4在長邊方向均一地安裝在基座3。再者，區域A2為尖端部212與半導體雷射晶片4抵接的區域。
相對於此，在本製造方法，將筒夾210的尖端部212，以半導體雷射晶片4的長邊方向的較中央靠出射端面4aa側作為中心抵接夾取。再者，區域A1係尖端部212與半導體雷射晶片4抵接的區域。
在圖4A及圖4B顯示出射端面4aa與筒夾210的尖端部212在長邊方向的出射端面側的端部一致的狀態，惟只要能夠吸附，筒夾210的尖端部212在長邊方向的出射端面側的端部，亦可較半導體雷射晶片4向出射端面4aa側凸出。或者，只要出射端面4aa側的距離D1變得充分狹窄，則筒夾210的尖端部212在長邊方向的出射端面4aa側的端部，亦可向半導體雷射晶片4的長邊方向的中心側內縮。惟，筒夾210的尖端部212的中心越接近半導體雷射晶片4的長邊方向的中心，使距離D1變窄的效果會變小。
然後，如圖5所示，在以載置在載置台220上的未示於圖的加熱器，加熱到可使預鍍層3c熔融的基座3，將半導體雷射晶片4以筒夾210按壓，安裝在基座3。藉此，能夠製造如圖3所示，D1比D2小的基座上晶片16。 在接合安裝半導體雷射晶片4與基座3的步驟中，有時包含將筒夾210從半導體雷射晶片4暫時分離的步驟。此係，防止來自加熱器的熱經由筒夾210釋散，企圖更有效地熔化焊錫。即使在如此的情形，在筒夾210將半導體雷射晶片4按壓的任一步驟，只要按壓在較半導體雷射晶片4的長邊方向的中央更靠出射端面4aa側，會有本發明的效果。
圖6係半導體雷射晶片4的安裝狀態的說明圖。橫軸係表示半導體雷射晶片4的長邊方向，縱軸係表示基座3與半導體部4a的距離。基準位置係表示安裝狀態的半導體部4a的底面的最低位置。線L1係表示根據本製造方法的半導體雷射晶片4的安裝狀態，線L2係表示根據參考例的半導體雷射晶片4的安裝狀態。如此，根據本製造方法所示線L1，可使基座3與半導體部4a的出射端面4aa側的距離，比參考例所示線L2小，故能夠製造可有效地散熱的基座上晶片16。
(實施例1、比較例1) 準備在AlN所組成的基板上，包含由Pt組成的阻隔金屬層，以Cu為主要成分的金屬多層膜所組成的上部覆蓋層、及形成由AuSn焊錫所組成的預鍍層3c的基座。此外，在GaAs基板上形成包含InGaAs活性層，共振器長度為4.5mm，厚度為0.1mm左右的半導體雷射晶片。然後，使用平型筒夾夾取半導體雷射晶片，安裝在基座，而製作基座上晶片。再者，平型筒夾的筒夾長度為2mm。在此，所謂筒夾長度，係指以保持半導體雷射晶片的狀態，在筒夾的長邊方向與半導體雷射晶片抵接的兩端之間的距離。因此，即使在與半導體雷射晶片抵接的兩端間之間，有半導體雷射晶片與筒夾並不抵接的部分，並不會因該不抵接部分的存在而使筒夾長度變化。
在實施例1，係如圖4A所示，藉由使筒夾的出射端面側的端部與半導體雷射晶片的出射端面大略一致，使筒夾，以較半導體雷射晶片的長邊方向的中央更靠出射端面側為中心抵接夾取。另一方面，在比較例1，係如圖4B所示，使筒夾抵接夾取半導體雷射晶片的長邊方向中央附近。
安裝後，將半導體部的長邊方向中央的位置，在從出射端面向半導體部的長邊方向的中央20μm以內的寬度的區域、及從後端面向半導體部的長邊方向的中央20μm以內的寬度的區域，測定半導體部與基座的距離。
圖7A係在比較例1的半導體雷射晶片的安裝狀態的說明圖，圖7B係在實施例1的半導體雷射晶片的安裝狀態的說明圖。在圖7A及圖7B表示以中央位置作為基準位置的出射端面側及後端面側的距離。在比較例1，出射端面側與後端面側呈大略相同的距離。相對於此，在實施例1，可使出射端面側的距離較後端面側的距離接近基座4μm左右。
接著，準備42組與實施例1、比較例1所使用的相同基座與半導體雷射晶片，將半導體雷射晶片安裝在基座，製作42個基座上晶片的樣品。關於樣品編號1~18，以與比較例1同樣地將半導體雷射晶片以長邊方向中央附近夾取，樣品編號19~42，以與實施例1同樣地將半導體雷射晶片以出射端面側為中心夾取。
圖8係在基座上晶片的複數樣品的安裝狀態的說明圖，表示在各樣品所測定的D2與D1的差(距離D2-距離D1)。如圖8所示，在樣品編號1~18的(距離D2-距離D1)為0μm附近之值。在樣品編號1~18的(距離D2-距離D1)的平均值為-0.3μm，最大值為0.6μm，最小值為-1.9μm。另一方面，樣品編號19~42的(距離D2-距離D1)為1.5μm以上之值。樣品編號19~42的(距離D2-距離D1)的平均值為2.8μm，最大值為4.5μm，最小值為1.5μm。如此，根據實施例1的方法，可使(距離D2-距離D1)在1.5μm以上。
接著，對實施例1、比較例1所製作的基座上晶片的半導體雷射晶片流通供應電流的最大規格值，測定最大光輸出。測定時，將基座上晶片載置在溫度調整為30℃的載台進行通電。
圖9係在實施例1與比較例1的半導體雷射晶片的相對光輸出的說明圖。在圖9表示把在比較例1的最大光輸出作為1時的相對光輸出。如圖9所示，確認實施例1的情形較比較例1的情形提升3%以上的最大光輸出。
接著，作為實施例2~6，準備平型筒夾，與尖端部的尖端面為略圓形狀的圓型筒夾，使用該等將半導體雷射晶片安裝在基座，以各實施例製作100組以上的基座上晶片。在此，作為半導體雷射晶片，準備與實施例1同樣的共振器長為4.5mm的半導體雷射晶片，與共振器長更短的4mm的半導體雷射晶片。此外，關於筒夾，亦準備筒夾長度為0.5mm、2mm、3mm、4mm的筒夾。此外，在實施例2~6，以與實施例1的情形同樣地，使筒夾的出射端面側的端部與半導體雷射晶片的出射端面大略一致抵接夾取。
表1係表示關於實施例2~6的共振器長、筒夾長度、比率、潤濕性、故障率、筒夾型式。比率，係意指筒夾長度相對於共振器長的比率。再者，圓型筒夾的情形，由於無法特定長邊方向，故沿著半導體雷射晶片的長邊方向規定筒夾長度。此外，所謂潤濕性，係表示焊錫是否在半導體雷射晶片與基座之間均勻地擴展，以目視評價。故障率，係以對基座上晶片的長期通電試驗或放大注入電流的試驗評價。再者，關於潤濕性與故障率的記號「○」係意指特性充分良好，「△」係表示特性雖較「○」的情形低，但根據情形在實用上沒有問題的範圍。
[表1] (表1)
實施例 共振器長[mm] 筒夾長度 [mm] 比率 [%] 潤濕性 故障率 筒夾型式
2 4.5 0.5 11.1 ○ △ 圓型
3 4 0.5 12.5 ○ △ 圓型
4 4.5 2 44.4 ○ ○ 平型
5 4 3 75.0 ○ ○ 平型
6 4.5 4 88.9 △ ○ 平型
由表1所示結果，確認筒夾長度相對於共振器長的比率以28.5%以上且81.9%以下的在潤濕性或故障率的方面較佳，以44.4%以上且75.0%以下更為佳。28.5%與81.9%的由來分別是實施例3與4，實施例5與6的平均值。實施例3與6的故障率或潤濕性，由於根據使用的光輸出或保證的可靠度有可容許的情形，故計算平均值時使用該等的共振器長與筒夾長度的比率。
再者，在實施例2、3，可認為因為比率小而筒夾無法壓住半導體雷射晶片的後端面側，故(距離D2-距離D1)變大，而後端面側的散熱性變低。在實施例2、3，D1與D2的差比10μm大時，將注入電流變大時，觀察到如半導體雷射晶片熔融的劇烈故障。從試驗結果的解析可知，在實施例2~6，抽出距離D1較16μm大的基座上晶片的集團，則長期通電試驗的故障率較距離D1為16μm以下的集團高。距離D1在12μm以下，發現故率更低。在實施例4、5，可知可良好地將98%以上的基座上晶片製造成距離D1為12μm以下。此外，在實施例6，潤濕性稍微較低。其理由可認為係由於比率大而筒夾為大型，故熱變得容易從加熱的基座經由筒夾釋散，而使焊錫溫度下降。
再者，本發明不應限定於上述實施形態。將上述各實施形態的構成要素適當組合構成者，亦包含在本發明。此外，進一步的效果或變形例，可由該業者容易導出。因此，較本發明廣泛的態樣，並非限定於上述實施形態，可作各式各樣的變更。 [產業上的可利性]
本發明可利用於半導體雷射晶片安裝基座、其製造方法及半導體雷射模組。
1:框體 la:蓋 1b:底板部 2:LD高度調整板 3:基座 3a:基板 3b:上部覆蓋層 3c:預鍍層 4:半導體雷射晶片 4a:半導體部 4aa:出射端面 4ab:後端面 4b:金屬化層 5:導線腳 6:第1透鏡 7:第2透鏡 8:反射鏡 9:第3透鏡 10:光濾波器 11:第4透鏡 12:光纖 13:支持構件 14:套筒 15:鬆管 16:基座上晶片 100:半導體雷射模組 210:筒夾 211:本體部 212:尖端部 220:載置台 A1、A2:區域 G:溝
[圖1A]係表示具備關於實施形態的基座上晶片的半導體雷射模組的概略構成的平面圖。 [圖1B]係表示具備關於實施形態的基座上晶片的半導體雷射模組的概略構成的一部分切口側面圖。 [圖2]係繪示圖1A及圖1B所示基座上晶片的平面圖。 [圖3]係表示圖2所示基座上晶片的A-A線剖面的一部分的圖。 [圖4A]係在實施形態的製造方法的半導體雷射晶片的夾取狀態的說明圖。 [圖4B]係在參考例的製造方法半導體雷射晶片的夾取狀態的說明圖。 [圖5]係半導體雷射晶片的安裝的說明圖。 [圖6]係半導體雷射晶片的安裝狀態的說明圖。 [圖7A]係在比較例1的半導體雷射晶片的安裝狀態的說明圖。 [圖7B]係在實施例1的半導體雷射晶片的安裝狀態的說明圖。 [圖8]係在基座上晶片的複數樣品的安裝狀態的說明圖。 [圖9]係在實施例1與比較例1的半導體雷射晶片的相對光輸出的說明圖。
4:半導體雷射晶片
4a:半導體部
4aa:出射端面
4ab:後端面
A1:區域
210:筒夾
211:本體部
212:尖端部

Claims (10)

  1. 一種半導體雷射晶片安裝基座，其特徵在於：具備：半導體雷射晶片，其具備在長邊方向具有出射端面及後端面的半導體部，從上述出射端面出射雷射；安裝上述半導體雷射晶片的基座，及保持具，將在長邊方向的較中央更靠出射端面側為中心按壓上述基座；上述基座與上述半導體部的出射端面側的第1距離，比上述基座與上述半導體部之後端面側的第2距離小；其中上述保持具為筒夾，在該筒夾的長邊方向與上述半導體雷射晶片抵接的兩端間的距離的筒夾長度，對上述半導體雷射晶片的上述出射端面與上述後端面的距離的共振器長的比率為28.5%以上且81.9%以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射晶片安裝基座，其中上述第1距離與上述第2距離的差距為1.5μm以上。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之半導體雷射晶片安裝基座，其中上述第1距離與上述第2距離的差距為10μm以下。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之半導體雷射晶片安裝基座，其中上述第1距離為16μm以下。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之半導體雷射晶片安裝基座，其中上述第1距離為12μm以下。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之半導體雷射晶片安裝基座，其中上述半導體雷射晶片為雷射巴條晶片。
  7. 一種半導體雷射晶片安裝基座的製造方法，其特徵在於：製造如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射晶片安裝基座的方法，包括：將半導體晶片，以保持具將在長邊方向的較中央更靠上述出射端面側為中心按壓上述基 座，安裝在該基座的步驟；其中上述保持具為筒夾，在該筒夾的長邊方向與上述半導體雷射晶片抵接的兩端間的距離的筒夾長度，對上述半導體雷射晶片的上述出射端面與上述後端面的距離的共振器長的比率為28.5%以上且81.9%以下。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之半導體雷射晶片安裝基座的製造方法，其中上述筒夾長度，對上述共振器長的比率為44.4%以上且75.0%以下。
  9. 如申請專利範圍第7至8項之任何一項所述之半導體雷射晶片安裝基座的製造方法，其中上述半導體雷射晶片為雷射巴條晶片。
  10. 一種半導體雷射模組，其特徵在於：具備如申請專利範圍第1或2項所述之半導體雷射晶片安裝基座。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009004760A (ja) * 2007-05-24 2009-01-08 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザ装置
TW200940932A (en) * 2008-03-25 2009-10-01 Univ Nat Yang Ming Oven based on diode with function of partial heating

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001358405A (ja) * 2000-06-14 2001-12-26 Nec Corp 半導体レーザ装置及びその製造方法
US20050127144A1 (en) * 2003-12-10 2005-06-16 Atuhito Mochida Method of mounting a semiconductor laser component on a submount
JP2007103542A (ja) * 2005-10-03 2007-04-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レーザ用サブマウントおよび半導体レーザ装置
JP2007250739A (ja) * 2006-03-15 2007-09-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光半導体装置
US8121163B2 (en) * 2007-03-16 2012-02-21 Sanyo Electric Co., Ltd. Semiconductor laser diode apparatus and method of fabricating the same
JP4573880B2 (ja) * 2007-03-16 2010-11-04 三洋電機株式会社 半導体レーザ装置およびその製造方法
US7869480B2 (en) * 2007-05-24 2011-01-11 Sanyo Electric Co., Ltd. Semiconductor laser device
JP5075165B2 (ja) 2009-05-29 2012-11-14 古河電気工業株式会社 半導体装置
JP2014103160A (ja) * 2012-11-16 2014-06-05 Sharp Corp 半導体レーザ装置
US20170117683A1 (en) * 2015-10-22 2017-04-27 Northrup Grumman Space and Mission Systems Corp. Thermally conductive, current carrying, electrically isolated submount for laser diode arrays
JP6639316B2 (ja) * 2016-04-15 2020-02-05 三菱電機株式会社 半導体発光装置およびその製造方法
CN110574245A (zh) * 2017-05-01 2019-12-13 松下知识产权经营株式会社 氮化物系发光装置
DE112019003830T5 (de) * 2018-07-30 2021-04-15 Panasonic Corporation Lichtemittierende Halbleitervorrichtung und Laservorrichtung vom externen Resonanztyp
CN115152107A (zh) * 2020-02-28 2022-10-04 三菱电机株式会社 半导体激光装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009004760A (ja) * 2007-05-24 2009-01-08 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザ装置
TW200940932A (en) * 2008-03-25 2009-10-01 Univ Nat Yang Ming Oven based on diode with function of partial heating

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