专利名称：具有非完全粘接区域的半导体激光装置和电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体激光装置和电子设备。
技术背景以往，在半导体激光装置中，为了防止因激光器工作时半导体激光元件器。即，在半导体激光元件的下面通过焊料层粘接散热器，使工作时产生的 热从散热器有效地进行散热。但是，由于半导体激光元件和散热器的热膨胀系数不同，因此会产生应 力，在半导体激光元件中产生内部应力。即，存在构成半导体激光元件的半 导体层产生变形的问题。对于这个问题，现有技术的半导体激光装置(日本特许第3461632号公 报)，利用半导体激光元件的电极形状减小半导体激光元件内部应力。如图3的剖面图所示，该现有技术的半导体激光装置1具有半导体激 光元件2和焊料层4以及散热器5。半导体激光元件2通过焊料层4固定在散 热器5上。散热器5具有散热器部件8、在该散热器部件8的厚度方向的一 方的表面上形成的上面电极6、以及在厚度方向的另一方的表面上形成的下面 电极7。在该上面电极6上层叠焊料层4。并且，在该焊料层4上层叠半导体 激光元件2，使其与构成半导体激光元件2的下面电极3的合金化层19相对。该半导体激光元件2在衬底11的厚度方向的一方的表面上顺序层叠活性 层13、覆盖层15、欧姆电极层16、和非合金化层17。另一方面，在衬底ll 的厚度方向的另一方的表面上形成半导体激光元件2的上面电极18。然后， 在非合金化层17上部分地层叠了合金化层19。该合金化层19和非合金化层 17构成下面电才及3。如图3所示，在半导体激光元件2的发光区域8从与条状延伸的方向(垂 直纸面的方向)和发光区域8的厚度方向正交的正交方向的发光区域8的中 心线J0向着所述正交方向两侧到离开规定尺寸处的区域21中，不存在合金化层19,而存在非合金化层17。即，在区域21中，半导体激光元件2的下 面电极3不与焊料层4合金化，非合金化层17与焊料层4相对。另一方面， 在从中心轴J0开始在正交方向上比区域21进一步离开的区域中，下面电极3 与焊料层4合金化，合金化电极层19被粘接到焊料层4。在通过焊料材料将半导体激光元件2热融接在散热器5上时，在图3的 合金化层19，会引起与层叠在散热器5上的焊料材料的合金化，使其牢固地 粘接在焊料层4上。与此相对，在非合金化层17,没有引起与层叠在散热器 5上的焊料材料的合金化，不能与焊料层4牢固地粘接。因此，在非合金化层17,与合金化层19相比，降低了内部应力。并且， 由于发光区域8被形成在非合金化层17与焊料层4接触的非合金化区域中， 因此，能够减小发光区域8的内部应力，可以提高半导体激光装置1的可靠 性。然而，在现有技术的半导体激光装置1中，由于在半导体激光元件2的 发光区域8的正下方形成非合金化层17,因此，存在如下问题，由于非合金 化层17和欧姆电极层(合金化层19)或活性区域(发光区域8)的热膨胀系 数不同，会产生对发光区域8的应力，从而无法充分得到提高可靠性的效果。发明内容因此，本发明的目的在于提供一种半导体激光装置，其能够减小半导体 激光元件中产生的应力(Stress),实现长寿命化。为了解决所述课题，本发明提供一种半导体激光装置，包括 形成条状发光区域的半导体激光元件；以及 被粘接于所述半导体激光元件的散热器， 所述半导体激光元件具有 与所述散热器相对的导电性的电极；以及 层叠于所述导电性的电极的焊料层，所述焊料层不存在于第一区域，而存在于第二区域，所述第一区域是与 所述发光区域以所述条状延伸的延伸方向、和所述发光区域的厚度方向正交 的正交方向的从所述发光区域的中心线到朝向所述正交方向的两侧离开规定 尺寸处的区域，并且，所述第二区域是^Mv所述中心线到比所述第一区域更向 所述正交方向的两侧离开的区域，进而还包括所述焊料层与所述散热器所具有的金属层进行合金化的粘接部。根据本发明的半导体激光装置，焊料层不存在于从所述发光区域的中心 线到朝向所述正交方向的两侧只离开;t见定尺寸处的第一区域中。即，发光区 域所存在的第 一 区域成为半导体激光元件的焊料层与散热器的非完全粘接区 域。因此，能够减小在工作时由于半导体激光元件、焊料层和散热器的热膨 胀系数不同而施加给发光区域的应力。因此，根据本发明，能够抑制发光区 域的变形。此外，根据本发明，由于将在半导体激光元件上形成的焊料层粘接在散 热器上，因此，能够将半导体激光元件安装并融接到没有形成焊料层的散热 器。因此，由于不需要在形成有焊料层的散热器上粘接半导体激光器时的焊 料层与半导体激光器的位置对准，因此，能够容易地进行半导体激光元件与 散热器的粘接。此外，在一实施方式中，在所述第一区域中，在所述半导体激光元件的 所述导电性的电极与所述散热器所具有的金属层之间不存在焊料，并且，所 述导电性电极与所述金属层不融接。根据该实施方式，由于在发光区域所存在的第一区域中不存在焊料，并 且半导体激光元件与散热器没有融接，因此，能够进一步减小发光区域的应 力，能够进一步抑制发光区域的变形。此外，在一实施方式中，在所述第一区域中，在所述半导体激光元件的 所述导电性电极与所述散热器之间形成了空洞。根据该实施方式，由于在半导体激光元件与散热器之间形成了空洞，因 此，能够进一步减小施加给半导体激光元件的发光区域的内部应力，能够进 一步提高半导体激光装置的寿命。此外，在一实施方式中，所述导电性电极在所述第二区域的与所述焊料 层的接合部与所述焊料层合金化。根据本实施方式，由于半导体激光元件的导电性电极与焊料层的接合部 合金化，从而完全粘接，因此使接合部的散热效率得以提高。因此，抑制了 高温时工作电流的增大，能够提高高温时的可靠性。此外，在一实施方式中，所述导电性电极包括用含有Au的材料制作的表有的金属层包括用含有Au的材料制造的表层。根据本实施方式，在发光区域所存在的第一区域两侧的第二区域中，能够用由AuSn或者SnPb构成的焊料材料和含Au材料容易地形成所述焊料层 和所述导电性电极的合金区域。此外，用所述焊料材料和含Au材料，就能够 容易地形成所述焊料层和所述散热器的金属层的合金区域(粘接部)。此外，在一实施方式中，所述焊料层用由AuSn构成的焊料材料利用电解镀制造。根据本实施方式，通过利用电解镀形成焊料层的AuSn,在所述第二区域 中，能够容易地在导电性电极上形成焊料层。进而，能够容易地形成希望厚 度的由AuSn构成的焊料层的厚度。此外，本发明提供一实施方式的电子设备，由于具备所述半导体激光装 置，因此，能够实现高可靠性和长寿命的电子设备。根据本发明，由于发光区域所存在的第 一 区域成为半导体激光元件的焊 料层与散热器的非完全粘接区域，因此，能够减小工作时由于半导体激光元 件、焊料层和散热器的热膨胀系数不同而施加给发光区域的应力。因此，能 够抑制发光区域的变形，实现长寿命化。
由下面的详细说明和附加的附图，就能够更充分地理解本发明。附图是用于说明本发明，并不是限制本发明。图1A是表示本发明第 一 实施方式所具有的半导体激光装置的半导体激光元件10的剖面图。图1B是表示所述第一实施方式的散热器200的剖面图。 图1C是表示所述第 一实施方式的半导体激光装置的剖面图。 图2是表示本发明第二实施方式的半导体激光装置的剖面图。 图3是表示现有的半导体激光装置的剖面图。
具体实施方式
下面，通过图示的实施方式更详细地i兌明本发明。 (第一实施方式)图IA表示本发明的半导体激光装置的第一实施方式所具有的半导体激光元件100的剖面。在该第一实施方式中，半导体激光元件ioo具有脊形结构。半导体激光元件100包括n-GaAs衬底101 、n-GalnP緩沖层102、 n-AlGalnP 包层103、量子辨活性层104、 p-AlGalnP第一包层105、蚀刻停止层106、 p-AlGalnP第二包层107、 p-GaAs接触层108、 p侧接触电极109、电介质膜 110、作为导电性电极的镀覆金属层112、 n电极113。此外，该半导体激光元件IOO具有在图1A中垂直于纸面方向以条状延伸 的发光区域150。此外，该半导体激光元件IOO具有层叠在镀覆金属层112 上的焊料层114。该焊料层114不存在于第一区域R1中，所述第一区域R1是从发光区域 150的中心线Jl到朝向正交方向X的两侧离开规定尺寸L1的区域，所述发 光区域150的中心线Jl是与发光区域150条状延伸的延伸方向Z和发光区域 150的厚度方向Y正交的正交方向X的中心线，而该焊料层114存在于从中 心线Jl开始比第一区域R1更向正交方向X两侧离开的第二区域R2中。此 外，在该实施方式中，虽然将第一区域R1设为从中心线Jl到正交方向X的 两侧规定的相同尺寸L1的区域，但第一区域R1也可以是从中心线Jl开始的 正交方向X的一侧的尺寸与另一侧的尺寸不同。图1B表示安装半导体激光元件100的散热器200。散热器200具有散热 器部件115，在与半导体激光元件IOO相对的散热器部件115的面115A形成 了表面电极116。该表面电极116为单层或者多层，表面电极116的最上层由 含有Au的材料形成。此外，散热器部件115的面115B形成了背面电极117。 也可以不形成该背面电4及117。如图1C所示，该第一实施方式的半导体激光装置，通过在半导体激光元 件110的镀覆金属层112上形成的焊料层114粘接半导体激光元件100和散 热器200。该半导体激光装置包括粘接部(图中未示出)，该粘接部是在从中 心线Jl开始与第一区域R1相比更向正交方向X的两侧离开的第二区域R2 中，将散热器200所具有的金属层116和焊料层114合金化而形成。其中，该焊料层114不存在于第一区域R1中，该第一区域R1是在发光 区域150的正交方向X上，从发光区域150的中心线Jl到朝向正交方向X 的两侧离开规定尺寸Ll处的区域。也就是说，在发光区域150所存在的第一 区域R1中，半导体激光元件IOO的焊料层114与散热器200不融接。因此， 工作时，能够降低由于半导体激光元件100、焊料层114和散热器200的热膨胀系数不同而给予发光区域150的应力。因此，4艮据该半导体激光装置，能够抑制发光区域150的变形，实现长寿命化。此外，根据该第一实施方式，将在半导体激光元件IOO上形成的焊料层 114粘接在散热器200上。即，在没有形成焊料层的散热器200上安装并熔接 半导体激光元件IOO。因此，由于不需要象在形成有焊料层的散热器上粘接半 导体激光器的情况那样，进行焊料层与半导体激光器的位置对准，因此，能 够容易地进行半导体激光元件100与散热器200的粘接。此外，纟艮据该第一实施方式，在第一区域R1中，在半导体激光元件100 的镀覆金属层112与散热器200之间形成有空洞Wl、 W2。该空洞W1、 W2 形成于由第二包层107、接触层108、 p侧接触电极109构成的脊形结构的X 方向的两侧。如此，由于在半导体激光元件100与散热器200之间形成有空 洞W1、 W2,因此，能够进一步减小施加在半导体激光元件100的发光区域 150的内部应力，从而能够进一步提高半导体激光装置的寿命。下面，说明该第一实施方式的半导体激光装置的制造工艺。首先，通过在n-GaAs衬底101上进行外延生长，依次结晶生长出n-GalnP 緩冲层102、n-AlGaInP包层103、量子阱活性层104、p-AlGalnP第一包层105、 蚀刻停止层106、 p-AlGalnP第二包层107、以及p-GaAs接触层108。然后，利用湿法蚀刻，蚀刻p-GaAs接触层108和p-AlGalnP第二包层107， 形成作为光波导和电流通路的脊条。该脊条的X方向的宽度形成为预定的长 度。例如，脊条宽度从l.Opm至5.0(im的范围进行选择。在形成该脊条时， 可以将干法蚀刻和湿法蚀刻并用，或者可以只使用干法蚀刻。然后，在除了脊条上部之外的半导体激光器上部形成电介质膜110 (例如 Si02、 SiNx、 Al2。3等)，并且，在脊条上部形成p侧接触电极109。然后，在晶片的整个面，以整体都成为同一层厚的方式形成作为镀覆金 属层112的Au。此时，作为一个例子，镀覆金属层112的层厚形成为0.5pm ~ 5.0,。其后，在除了从发光区域150的中心线Jl沿X方向到预定尺寸L1的第 一区域R1之外的镀覆金属层112上形成焊料层114。作为一个例子，该尺寸 Ll从2pm 20lam的范围选择。此外，在该第一实施方式中，作为形成焊料 层114的焊料材料，釆用AuSn、 PbSn类焊料，该焊料层114例如是具有Au (80% ) -Sn ( 20% )、或者Sn ( 95% ) -Pb ( 5% )等成分比的厚度为0.3nm ~5.0pm的焊料层。此外，作为一个例子，该焊料层114通过厚膜形成或者图形 化容易的电解镀形成。其后，从背面侧研磨减薄n-GaAs衬底101 ，形成n电极113后，分割为 芯片，从而制造出图1A所示的半导体激光元件100。然后，在散热器200的表面电极116上压接半导体激光元件100，使焊料 层114升高至熔融的温度，将焊料层114、散热器200上的表面电极116、焊 料层114和半导体激光元件100的镀覆金属层112合金化(参见图1C )。由此，在与第一区域R1相比向正交方向X的两侧离开的第二区域R2中， 将镀覆金属层112和焊料层114合金化，所述第一区域R1为从发光区域150 的中心线J1开始朝向正交方向X的两侧到达预定距离Ll的区域。此外，在 第二区域R2中，将焊料层114和散热器200上的表面电极116合金化。通过 该合金化，由于合金化的粘接部(图中未示出)的散热效率有所提高，因此， 能够抑制高温时工作电流的增大，从而能够提高高温时的可靠性。如此，根据该第一实施方式的半导体激光装置，由于能够减小现有的激 光元件的发光区域的内部应力，因此，能够改善半导体激光装置高温工作的 平均寿命，例如，能够从5000小时改善到6000小时，能够实现长寿命化。(第二实施方式)图2表示本发明的半导体激光装置的第二实施方式。该第二实施方式， 在代替图1C的半导体激光元件100而具有半导体激光元件500这一点与所述 第一实施方式不同。因此，在该第二实施方式中，对于与所述第一实施方式 相同的部分采用相同的标记，主要说明与第 一实施方式的不同点。在所述第一实施方式中，只在成为脊条的区域留有第二包层107，而在该 第二实施方式中，如图2所示，不仅具有构成脊条的第二包层107,还具有从 该第二包层107向X方向两侧隔开^L定尺寸(例如5pm~ 100(im)的第二包 层TS。即，在该第二实施方式中，制造时，蚀刻出从构成脊条的第二包层107 的X方向的端到向X方向的两侧隔开身见定尺寸(例如5(mi~ lOOpm)位置的 区域，不只留下第二包层107，还留有凸台层TS。即，在该第二实施方式中，设置有由第二包层构成的凸台层TS，该凸台 层TS从由第二包层107构成的脊条向X方向离开规定尺寸(例如5)im~ lOOjim)，并且与所述脊条相同高度。根据该第二实施方式，在半导体激光元件500的制造工艺中，能够避免仅由第二包层107构成的脊条形成凸部，能 够防止在制造工艺中脊条破损，从而能够提高半导体激光元件的制造成品率。并且，在该第二实施方式中，在除了构成半导体激光元件500的脊条的 第二包层107的上面之外的区域形成电介质膜510。在该第二实施方式的制造工艺中，在形成所述电介质膜510后，形成作 为镀覆金属层512的Au。此时，作为一个例子，使镀覆金属层512的层厚为 0.5jim~5.0|im。进而，在除了从发光区域150的中心线Jl到X方向两侧规定 尺寸Ll的第一区域R1之外的镀覆金属层512上形成焊料层514。该尺寸Ll 与所述第一实施方式同样，例如，在2pm ~ 20|im的范围内选择。然后，从背面侧研磨n-GaAs衬底101而使其变薄，形成n电极113之后， 分割成作为半导体激光元件500的芯片，然后，将半导体激光元件500压接 在散热器200的表面电极116上，升温到焊料层514的熔融温度。由此，将 焊料层514与散热器200的表面电极116合金化，并且，将焊料层514与半 导体激光元件500的镀覆金属层512合金化。在粘接该半导体激光元件500和散热器200时，在从发光区域150的中 心线Jl到X方向两侧预定尺寸Ll的第一区域R1的整个区域中，在镀覆金 属层512与散热器200的表面电极116之间没有焊料，形成了空洞W3。通过 形成该空洞W3，能够进一步减小发光区域150的内部应力，从而能够得到进 一步改善了寿命的半导体激光装置。以上说明了本发明的实施方式，但显然本发明可以进行各种变更。而这 样的变更不应视为脱离本发明的宗旨和范围，本领域技术人员所能够知道的 变更全部都包含在本发明技术方案的范围内。
权利要求
1、一种半导体激光装置，其特征在于，包括形成条状发光区域的半导体激光元件；以及被粘接于所述半导体激光元件的散热器，所述半导体激光元件具有与所述散热器相对的导电性的电极；以及层叠于所述导电性的电极的焊料层，所述焊料层不存在于第一区域，而存在于第二区域，所述第一区域是与所述发光区域以所述条状延伸的延伸方向、和所述发光区域的厚度方向正交的正交方向的从所述发光区域的中心线到朝向所述正交方向的两侧离开规定尺寸处的区域，并且，所述第二区域是从所述中心线到比所述第一区域更向所述正交方向的两侧离开的区域，进而还包括所述焊料层与所述散热器所具有的金属层进行合金化的粘接部。
2、 根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于， 在所述第一区域中，在所述半导体激光元件的所述导电性的电极与所述散热器所具有的金属层之间不存在焊料，并且，所述导电性的电极与所述金 属层不融接。
3、 根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于， 在所述第一区域中，在所述半导体激光元件的所述导电性的电极与所述散热器之间形成有空洞。
4、 根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于， 在所述第二区域中，所述导电性的电极和所述焊料层的接合部与所述焊料层形成合金化。
5、 根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于， 所述导电性的电极包括用含有Au的材料制作的表层，所述散热器所具有的金属层包括用含有Au的材料制作的表层。
6、 根据权利要求5所述的半导体激光装置，其特征在于，所述焊料层用由AuSn构成的焊料材料利用电解镀制作。
7、 一种电子设备，其具备权利要求1所述的半导体激光装置。
全文摘要
本发明涉及半导体激光装置和电子设备。提供一种能够减小半导体激光元件产生的应力而实现长寿命化的半导体激光装置。根据该半导体激光装置，焊料层(114)不存在于第一区域(R1)，该第一区域(R1)是从发光区域(150)的中心线(J1)到朝向正交方向X的两侧离开规定尺寸(L1)处的区域。即，发光区域(150)所存在的第一区域(R1)成为半导体激光元件(100)的焊料层(114)与散热器(200)的非完全粘接区域。因此，能够减小工作时由于半导体激光元件(100)、焊料层(114)和散热器(200)的热膨胀系数的不同而施加给发光区域(150)的应力。
文档编号H01S5/024GK101227060SQ20071030515
公开日2008年7月23日 申请日期2007年10月8日 优先权日2006年10月4日
发明者国政文枝 申请人:夏普株式会社