专利名称：半导体激光器装置的制作方法
技术区域本发明涉及一种半导体激光器装置，特别地，涉及一种对半导体激光器的构造加以改良、提高了半导体激光器和安装基体之间的软钎料接合强度的半导体激光器装置。
背景技术：
半导体激光器特别是为使多个激光二极管(Laser Diode，LD)元件的各个发光区域对准成直线状而构成的一维阵列用做发光源的半导体激光器装置，作为YAG激光器(Yttriμm-A1μmin μm-Garnet Laser)这样的固体激光器激励源频繁使用。例如把像W.Koechner“Solid-State Laser Engineering”(Spriger-Verlag，4th Ed.，1996)上公开的半导体激光器装置作为固体激光器激励源使用的场合，比起把原来的氙灯等的放电灯作为激励源的情形，得到激励效率高、寿命长的优点。
作为形成一维LD阵列的方法之一，例举通过元件分离槽把半导体激光器的发射极(光射出部)从钝化台面型晶体管区域部分离的方法。正如根据菅等的激光研究(23(1995)541.)公开的，通常，发射极的间距为100～500μm左右的情况多。另外，钝化台面型晶体管区域部的宽度为50～350μm左右。
然而，在半导体激光器驱动时产生与光输出功率同等的热。由于这些热，半导体激光器的光射出部的温度一变高，半导体激光器的温度分布就变得不均一，光射出部即发射极就劣化，存在半导体激光器装置可靠性降低的情况。
图3a是原来的技术中在安装基体上安装半导体激光器的半导体激光器装置剖面图。如图3a所示，半导体激光器装置20由半导体激光器21和安装基体26构成。为了把半导体激光器21和安装基体26电连接，半导体激光器21的接合面21a通过软钎料25接合在安装基体26的安装面26a上。又，安装基体能够是用于减少直接安装半导体激光器21的安装基板及/或半导体激光器21的热的冷却器。
另外，如图所示在半导体激光器21的接合面21a上形成有多个元件分离槽22。半导体激光器21通过这些元件分离槽22形成发射极23和钝化台面型晶体管区域部24交错地分离的一维LD阵列的构造。为了在一维LD阵列内来自发射极的发热分布不偏向一方且使一维LD阵列内的温度分布大体保持均一，如图3a所示最好以相同的间距形成相同宽度的发射极23，把发射极间的钝化台面型晶体管区域部24做成大体相同的宽度。
图3b是与在H.P.Godfried et.al.“Use of CVD diamond in high-powr CO2lasers and laser diode arrays”(Proceedings of SPIE Vol.3889 pp.553-563)上公开的原来技术的半导体激光器装置是与图3a相同的图。在图3b中的安装基体26上，形成有多个槽30。并且，半导体激光器21的钝化台面型晶体管区域部24定位在这些槽30的上方。因为是这种构成，所以在H.P.Godfried等的文献中，可以把半导体激光器21产生的残余应力做到某种程度的缓和。
可是，在这三个文献中公开的半导体激光器装置20中，因为半导体激光器21的热膨胀系数和安装基体26的热膨胀系数间的差比较大，所以存在在通过软钎料25的接合部上产生残余应力的情况。并且，通过反复驱动及停止半导体激光器21产生温度循环，因残余应力的影响软钎料25的接合部部分剥离，其结果，有时会降低半导体激光器装置20的制品寿命及可靠性。
另外，在半导体激光器21与安装基体26之间的接合部不均一的情形下也会降低通过安装基体26的冷却性能，这也成为使半导体激光器装置20的可靠性降低的原因。
而且，如H.P.Godfried et.al等的文献公开的，在安装基体26上形成有多个槽30的情形下，为了把半导体激光器21的钝化台面型晶体管区域部24的各个配置在这些多个槽30的上方进行定位作业。可是，由于在定位误差发射极23配置在槽30上方的场合半导体激光器21的冷却效率降低，从而半导体激光器装置21的可靠性也降低，所以这种定位作业有必需要高精度地进行。可是，这种高精度定位作业在是繁杂的同时定位作业自身也成为半导体激光器装置制造时间延误的原因。
发明内容
本发明是鉴于这些情况而进行的，其目的在于提供一种即使在产生残余应力的场合也能得到半导体激光器与安装基体不剥离程度的软钎料的接合强度的半导体激光器装置。
为了实现上述的发明目的，根据第1种方案，提供一种具备安装基体；通过软钎料接合在安装基体的安装面上的半导体激光器；以及设置在接合在上述安装基体的上述安装面上的上述半导体激光器的接合面上、通过在该接合面上形成的元件分离槽相互分离的发射极及钝化台面型晶体管区域部，在上述半导体激光器的上述接合面上的上述钝化台面型晶体管区域部上，形成有分离该钝化台面型晶体管区域部的至少一个台面型晶体管分离槽。
根据第2种方案，在第1种方案中，上述半导体激光器的上述接合面与上述安装基体的上述安装面之间的软钎料包含配置在上述元件分离槽及上述台面型晶体管分离槽的内壁上的圆角部。
即在第1及第2方案中，通过至少一个台面型晶体管分离槽形成多个钝化台面型晶体管区域部。半导体激光器的接合面与安装基体的安装面之间的软钎料部分地流入接合面的元件分离槽及台面型晶体管分离槽两者中，在这些分离槽的内壁两侧形成圆角部。从而，与只在元件分离槽能形成圆角部的原来技术的场合相比，能把软钎料的接合强度变大，由此，即使在产生残余应力的场合也能防止半导体激光器和安装基体剥离。另外，在半导体激光器的接合面全体上均等地形成台面型晶体管分离槽的场合，台面型晶体管分离槽的圆角部也在半导体激光器的接合面全体上均等形成，从而，在接合面全体上确保半导体激光器与安装基体之间的坚固接合，在接合面全体上也确保安装基体的冷却性能。
根据第3方案，在第1或第2方案中，上述半导体激光器是一维LD阵列，上述发射极的宽度的合计与该一维LD阵列宽度的比例为50％或以上。
即在第3方案中，通过把相对于该一维LD阵列宽度的上述发射极的宽度的合计的比例、即填充因数这样设定，虽然接合强度不变但是也能得到的足够高的输出。
根据第4方案，在方案1到方案3的任意一个方案中，在配置上述半导体激光器的端部的上述安装基体的上述安装面的至少一部分上形成有凹部，上述软钎料还包含配置在上述凹部内壁上的圆角部。
即在第4方案中，通过在安装基体的凹部形成圆角部，能更加提高半导体激光器与安装基体之间的接合强度。
根据各方案，即使在产生残余应力的场合，通过在台面型晶体管分离槽上形成圆角部，能得到半导体激光器与安装基体不剥离程度的软钎料的接合强度这样共同的效果。
并且，根据第3方案，虽然接合强度不变但是也能得到足够高的输出的效果。
并且，根据第4方案，通过在安装基体的凹部形成圆角部，能取得更加提高半导体激光器与安装基体之间的接合强度这样的效果。
从附图所示的本发明的典型实施例的详细说明，能更加明确本发明的这些目的、特征和优点以及其它的目的、特征和优点。
图1a是基于本发明实施例1的半导体激光器装置的剖面图。
图1b是图1a所示的半导体激光器装置的部分放大图。
图2是基于本发明实施例2的半导体激光器装置的剖面图。
图3a是原来的技术中在安装基体上安装半导体激光器的半导体激光器装置的剖面图。
图3b是原来的技术中在安装基体上安装半导体激光器的其它半导体激光器装置的剖面图。
符号说明1半导体激光器，1a接合面，1b两边缘部，2元件分离槽，3发射极，4钝化台面型晶体管区域部，5软钎料，6安装基体，6a安装面，7台面型晶体管分离槽，8凹部，9a、9b、9c圆角，10半导体激光器装置具体实施方式
以下，参照
本发明的实施例。在以下附图中相同的构件标以相同的参照符号。为了容易理解，这些附图适当地变更缩尺。
图1a是基于本发明实施例1的半导体激光器装置的剖面图。如图1a所示半导体激光器装置10包含有半导体激光器1和安装基体6。在接合在安装基体6的半导体激光器1的接合面1a上设置有多个发射极3。这些发射极3的各个通过在接合面1a上形成的多个元件分离槽2从接合面1a上的多个钝化台面型晶体管区域部4分离。在图1a中，半导体激光器1是通过元件分离槽2相互分离的大体同一宽度的发射极3和钝化台面型晶体管区域部4在一个方向上邻接形成的交错并列配置的多带构造的一维LD阵列。图1a的一个发射极3在邻接的钝化台面型晶体管区域部4之间介于元件分离槽2配置，只要对半导体激光器1的特性没影响，也可以在邻接的钝化台面型晶体管区域部4之间配置多个相同尺寸的发射极3。
因为在半导体激光器装置10驱动时产生大量的热，所以为了抑制这些热，半导体激光器1通过软钎料连接在冷却器上。一般使用的冷却器是在内部形成有使冷冻剂流动的流道的冷却器。但是，冷却器也可以是不具有这种流道的散热器。
另外，也可以在半导体激光器1和冷却器之间配置具有与半导体激光器1的热膨胀系数比较接近的热膨胀系数的安装基板。因为一般的半导体激光器1的热膨胀系数和冷却器的热膨胀系数之间的差比较大，所以虽然存在在软钎料5的接合部上产生残余应力的情形，但是通过把安装其板作为缓冲材使用能把残余应力做到某种程度的缓和。这种场合，在半导体激光器1和安装基板之间的接合处及安装基板和冷却器之间的接合处的两处上使用软钎料。
这样，在本发明中半导体激光器1直接连接在安装基板或冷却器上，或者通过安装基板连接在冷却器上。以下，在本申请说明书中，把连接在半导体激光器1上的安装基板、冷却器或安装基板与冷却器的两方统一称为“安装基体”。在图1a中，在这种安装基体6的安装面6a上半导体激光器1通过软钎料5接合。
安装基体6通常由铜、铜化合物或铜和氧化铜构成的复合材构成，由此，降低半导体激光器装置10整体的价格。另一方面，作为软钎料5的材料，可以采用比较便宜的Sn及包括形成与Sn共晶的材料的2种或以上的合金，例如SnPb共晶软钎料。
还有，在安装基体6由铜构成的同时软钎料5为包含锡的材料的场合，在软钎料5接合后进行金属间化合物的形成，半导体激光器1和安装基体6之间的接合强度存在随时间经过而降低的情形。为了防止这种事情的发生，在安装基体6由铜构成的同时软钎料5为包含锡的材料的场合，把金属例如Ni、Ti、Pt或Cr等保护膜在安装基体6的安装面6a上通过蒸镀等预先形成是有利的。
这种构成的半导体激光器装置10作为固体激光器例如YAG激光器的激励源使用。众所周知，如果通过连接在半导体激光器1上的电极(无图示)施加电压，就在从半导体激光器1的发射极3向贯通纸面的方向上输出激光。
如图1a所示，在本发明的半导体激光器装置10中，多个台面型晶体管分离槽7的各个在半导体激光器1的接合面1a上的钝化台面型晶体管区域部4上形成。在图1a中，一个台面型晶体管分离槽7在对应的一个钝化台面型晶体管区域部4上形成，但是在钝化台面型晶体管区域部4的宽度更大的场合，也可以把多个台面型晶体管分离槽7在一个钝化台面型晶体管区域部4上形成。
图1b是图1a所示的半导体激光器装置的部分放大图。如图1b所示，如果通过软钎料5把半导体激光器1的接合面1a接合在安装基体6的安装面6a上，软钎料5就沿元件分离槽2的内壁部分地流入。由此，软钎料5的圆角9a在元件分离槽2的内壁两侧部分地形成。而且，本发明中因为在钝化台面型晶体管区域部4上形成有台面型晶体管分离槽7，所以软钎料5沿台面型晶体管分离槽7内壁同样部分地流入，由此，软钎料5的圆角9b在台面型晶体管分离槽7的内壁两侧同样地形成。
这样，在本发明中就形成元件分离槽2中的圆角9a和台面型晶体管分离槽7中的圆角9b两者。另一方面，在原来的技术中因为没形成台面型晶体管分离槽7，所以即使在使用软钎料的场合，也只形成元件分离槽2中的圆角9a。从而，在本发明中，比起原来技术的场合台面型晶体管分离槽7中的圆角9b部分能提高软钎料5的接合强度。即，本发明中在半导体激光器装置10驱动时即使发生由于残余应力软钎料5劣化，通过圆角9a、9b也能得到不剥离程度的足够大的接合强度。从而，本发明能防止半导体激光器装置1从安装基体6剥离。
另外，因为通常发射极3是均等地设置在半导体激光器1的接合面1a全体上，所以分离钝化台面型晶体管区域部4的台面型晶体管分离槽7也在接合面1a全体上能均等地形成。在这种场合因为软钎料5的圆角9b也能均等地形成，所以在接合面1a全体上能确保半导体激光器1和安装基体6之间的坚固接合。如前所述，安装基体6作为冷却器起作用的场合，因为半导体激光器1在接合面1a全体上均等地接合，所以可以确保在接合面1a全体上安装基体6的冷却性能。
还有，参照图3b说明了原来技术中为了缓和残余应力，在安装基体26上形成有槽30，但是在本发明中由于形成圆角9a、9b，确保不剥离程度的足够大的接合强度，所以没必要如原来的技术在安装基体上形成槽30。其结果，在本发明中，也排除了原来技术中以必要的高精度进行的定位作业的必要性，相应地能迅速地进行接合作用，可以使半导体激光器装置10的制造时间缩短。
另外，最好把台面型晶体管分离槽7形成在半导体激光器1的接合面1a上，使得相对于半导体激光器1宽度的发射极3宽度的合计的比例、即填充因数为50％或以上。通过这样设定填充因数，虽然接合强度不改变但是能得到足够高的输出。
而且，如上所述在钝化台面型晶体管区域部4的宽度更大的场合也可以把多个台面型晶体管分离槽7形成在一个钝化台面型晶体管区域部4上。这种场合，因为台面型晶体管分离槽7的圆角9b的数量增加，所以能进一步提高半导体激光器1和安装基体6之间的接合强度。又，图示的实施例中，元件分离槽2的尺寸和台面型晶体管分离槽7的尺寸大体相等，但是也可以把台面型晶体管分离槽7的尺寸做成与元件分离槽2的尺寸不同。在把台面型晶体管分离槽7的尺寸做成比元件分离槽2的尺寸小的场合，不把钝化台面型晶体管区域部4的尺寸做大，在一个钝化台面型晶体管区域部4上形成多个台面型晶体管分离槽7，由此，可以进一步形成多个圆角9b。
如上所述，因为半导体激光器1的热膨胀系数与冷却器、即安装基体6的热膨胀系数之间的差比较大，所以存在在软钎料5的接合部上产生残余应力的情形。并且，通过反复驱动及停止半导体激光器装置10产生温度循环，软钎料5的接合部因残余应力的影响存在剥离的情形。
为了减小这种残余应力，最好由具有与半导体激光器1的热膨胀系数相等或与其接近的热膨胀系数的材料形成安装基体6。这种安装基体6的材料是例如硅、炭化硅、氮化铝或氧化铝。又，这样在安装基体6的材料是绝缘物的场合，最好在安装基体6的安装面6a上进行形成金属覆膜等的导电处理。金属覆膜可以使用例如从Ni、Ti、Pt或Cr中选择的单层或多层。同样地为了减小残余应力的影响，最好使用低熔点软钎、例如In或含有In的2种或以上的合金作为软钎料5的材料。这种构成的场合因为能减小残余应力，所以通过圆角9a、9b的接合强度结果进一步提高。
在通过软钎料5接合时，为了除去软钎料5的表面氧化膜提高润湿性，在半导体激光器1的接合面1a及/或安装基体6的安装面6a上反复涂抹助熔剂。可是，在半导体激光器装置10中，半导体激光器1的发射极3、即激光光发射部分由于位于极其接近(～10μm)软钎料5的位置，所以助熔剂的残渣附着在激光光射出部分上，由于遮挡射出光激光器的输出会降低。另外，因为助熔剂腐蚀发射极3的激光射出面，所以也可成为半导体激光器装置10可靠性降低的原因。为此，在通过软钎料5接合时最好使用低残渣型的助熔剂，由此，能减少助熔剂残渣的影响。
另外，在其它的实施例中，在通过软钎料5接合时也可以使用氢气。这种场合，因为通过氢气的还原作用软钎料5表面的氧化膜被除去润湿性提高，所以能提高软钎料5的接合强度。又，在使用氢气气体而不使用助熔剂的场合，能避免基于助熔剂的残渣的半导体装置10的可靠性降低。
在把这种助熔剂及/或氢气气体的使用与基于发明的台面型晶体管分离槽7的形成组合的场合，形成圆角9b，并且通过助熔剂及/或氢气气体，软钎料的接合强度提高，从而，可以进一步防止半导体激光器1与安装基体6剥离的危险性。
图2是基于本发明实施例2的半导体激光器装置的剖面图。在图2中，在安装基体6的安装面6a上形成有凹部8。如图所示，这些凹部8在对应于半导体激光器1的两边缘部1b的位置形成。即半导体激光器1的两边缘部1b在凹部8的上方呈部分地外伸的状态。因此，在把半导体激光器1和安装基体6通过软钎料5接合时，沿凹部8的内壁部分地流入的软钎料5在位于半导体激光器1的两缘部1b的电极(无图示)的电极处浸润。并且，在接近安装基体6中心的凹部8的内壁上形成部分圆角9c。
在凹部8上形成的圆角9c因为起到提高半导体激光器1和安装基体6之间的接合强度的作用，所以在半导体激光器装置10驱动时能进一步减小半导体激光器1剥离的危险性。
而且，在半导体激光器1上形成的元件分离槽2、台面型晶体管分离槽7及在安装基体6上形成有凹部8在软钎料熔融时作为软钎料5的溢出处、即流入场所的作用。从而，元件分离槽2、台面型晶体管分离槽7及凹部8越多软钎料5的流动性越提高，软钎料5的氧化膜变的容易破裂。其结果，即提高软钎料5的浸润性，又提高了软钎料的接合强度。
另外，在图2中凹部8在对应于半导体激光器1的两边缘部的位置上形成，只要不降低半导体激光器装置10的可靠性并且能形成圆角9c，也可以把凹部8形成在安装基体6的其它位置，或者也可以变更凹部8的数目及尺寸。
还有，图示的实施例中半导体激光器装置10包含有一维LD阵列，在包含通过在半导体激光器1上面重叠同样构成的其它半导体激光器1形成的所谓的二维LD阵列的场合也包含在本发明的范围内。另外，几种上述的实施方式及形态的恰当组合也包含在本发明的范围。
采用典型的实施方案说明了本发明，但是只要不超出本发明的保护范围及精神，应该理解本领域的技术人员可以进行上述的变更及各种其它的变更、省略、添加。
权利要求
1.一种半导体激光器装置(10)，包含安装基体(6)；通过软钎料(5)接合在上述安装基体(6)的安装面(6a)上的半导体激光器(1)；以及设置在接合在上述安装基体(6)的上述安装面(6a)上的上述半导体激光器(1)的接合面(1a)上、通过在该接合面(1a)上形成的元件分离槽(2)相互分离的发射极(3)及钝化台面型晶体管区域部(4)，其特征在于，在上述半导体激光器(1)的上述接合面(1a)上的上述钝化台面型晶体管区域部(4)上，形成有分离该钝化台面型晶体管区域部(4)的至少一个台面型晶体管分离槽。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其特征在于，上述半导体激光器(1)的上述接合面(1a)与上述安装基体(6)的上述安装面(6a)之间的软钎料(5)包含配置在上述元件分离槽(2)及上述台面型晶体管分离槽的内壁上的圆角部(9a、9b)。
3.根据权利要求1或2所述的半导体激光器装置，其特征在于，上述半导体激光器(1)是一维LD阵列，上述发射极(3)的宽度的合计与该一维LD阵列宽度的比例为50％或以上。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的半导体激光器装置，其特征在于，在配置上述半导体激光器(1)的端部的上述安装基体(6)的上述安装面(6a)的至少一部分上形成有凹部，上述软钎料(5)还包含配置在上述凹部的内壁上的圆角部。
全文摘要
本发明提供一种半导体激光器装置，具备安装基体；通过软钎料接合在安装基体的安装面上的半导体激光器；以及设置在接合在安装基体的安装面上的半导体激光器的接合面上、通过在该接合面上形成的元件分离槽相互分离的发射极及钝化台面型晶体管区域部，在半导体激光器的接合面上的钝化台面型晶体管区域部上，形成有分离该钝化台面型晶体管区域部的至少一个台面型晶体管分离槽。由此，得到半导体激光器和安装基体不剥离程度的软钎料的接合强度。半导体激光器的接合面与安装基体的安装面之间的软钎料包含有配置在元件分离槽及台面型晶体管分离槽内壁上的圆角部。填充因数最好为50％或以上。
文档编号H01S5/22GK1794524SQ20051013512
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月23日 优先权日2004年12月24日
发明者西川佑司, 大山昭宪, 宫田龙介 申请人:发那科株式会社