一种半导体激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于半导体激光器封装领域，涉及一种采用新型金属键合方法制备的半导体激光器。
【背景技术】
[0002]目前的半导体激光器大多数是采用焊料键合的封装技术制备出来的，也就是通过焊料在高温下熔化使得激光器芯片和起散热作用的散热器或制冷器结合在一起，封装成可以工作的器件。目前采用焊料键合的封装技术存在以下不足:
[0003]对于采用焊料键合方式封装的半导体激光器，芯片金属层和散热器或制冷器之间由于增加了焊料层，因此增加了形成热空洞的几率，最终增加了激光器失效的风险，并影响到激光器的可靠性和长期寿命。
[0004]对于采用焊料键合方式封装的半导体激光器，其制备工艺由于多了焊料层，工艺控制较为复杂，也会出现由于焊料问题引起的良率问题，使得其成本较高。
【实用新型内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述【背景技术】的缺点，提供一种采用新型金属键合方法制备的半导体激光器。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案解决的:
[0007]一种用于半导体激光器的金属键合方法，包括以下步骤:
[0008](1)对半导体激光器芯片与散热器进行表面预处理，使半导体激光器芯片表面、散热器表面平整、无污染，散热器表面粗糙度< 0.3 μπι ;
[0009](2)在散热器表面镀第一金属键合媒介层，第一金属键合媒介层依次为镍(Ni)、金(Au)、钛(Ti)、铂(Pt)和金(Au)，在半导体激光器芯片表面镀第二金属键合媒介层，第二金属键合媒介层依次为钛(Ti)、铂(Pt)、金(Au)，在散热器表面的第一金属键合媒介层外表面设置关键层，所述关键层的材料为铟(In)、金镉合金(AuGe)、金锡合金(AuSn)、锡银铜合金(SnAgCu)或铟锡合金(InSn)等；
[0010](3 )将半导体激光器芯片置于散热器上，并将半导体激光器芯片的正极面(P面)与散热器的关键层表面相贴合；在真空条件下对半导体激光器芯片、散热器进行加热，最终温度值控制在关键层材料熔点值的80%-90%，并对半导体激光器芯片和散热器进行加压，压力控制在0.03-0.1 MPa/m2，在最终温度保温并保压0.5-4小时；
[0011](4)在半导体激光器芯片的负极面(N面)设置负电极链接片。
[0012]上述步骤二中，所述散热器表面镀第一金属键合媒介层，所述的镍(Ni)的厚度为
1.0?3.0 μ m，钛的厚度为0.1-0.3 μ m，铂的厚度为0.05-0.2 μ m，金的厚度为0.1-0.3 μ m ;所述的关键层材料厚度为3-5 μπι。
[0013]上述步骤三中，所述真空条件，真空度为10 2-10 4Pa，加热的方式是逐步升温至最终温度，升温速度为0.3°C /s-l°c /s，最终温度值为关键层材料熔点温度值的80%-90%，在最终温度保温保压。
[0014]上述步骤三中，所述的加热的方式是对半导体激光器芯片及散热器同时进行加热。
[0015]所述的半导体激光器芯片为单发光单元半导体激光器芯片或者多发光单元半导体激光器芯片，所述的半导体激光器芯片个数为1个或者多个，所述的半导体激光器芯片的电联接方式为串联或者并联的电联接方式。
[0016]使用本发明的金属键合方法制备的半导体激光器结构，包括半导体激光器芯片和散热器，还包括第一金属键合媒介层、第二金属键合媒介层及关键层，所述的第一金属键合媒介层设置在散热器表面，第一金属键合媒介层依次为镍(Ni)、金(Au)、钛(Ti)、铂(Pt)和金(Au)，所述的第二金属键合媒介层设置在半导体激光器芯片表面，第二金属键合媒介层依次为钛(Ti)、铂(Pt)、金(Au)，所述的关键层设置在散热器的第一金属媒介层表面，所述的半导体激光器芯片和散热器通过关键层原子互扩散键合为整体，且半导体激光器芯片的正极面(P面)与散热器的关键层表面相贴合，所述的半导体激光器芯片的负极面(N面)设置有负电极连接片。
[0017]上述使用本发明的金属键合方法制备的半导体激光器中，第一金属键合媒介层，镍的厚度为1.0-3.0 μm，钛的厚度为0.1-0.3 μπι,铂的厚度为0.05-0.2 μπι,金的厚度为0.1-0.3 μ?? ;所述的关键层材料为铟(In)、金镉合金(AuGe)、金锡合金(AuSn)、锡银铜合金(SnAgCu)或铟锡合金(InSn)等，所述的关键层材料厚度为3_5 μπι。
[0018]上述使用本发明的金属键合方法制备的半导体激光器中，所述的半导体激光器芯片为单发光单元半导体激光器芯片或者多发光单元半导体激光器芯片。
[0019]所述的半导体激光器芯片的负极面(Ν面)设置负电极连接片，可以是通过金线键合的方式也可以是直接设置金属片作为负极连接片。
[0020]本发明的原理如下:
[0021]半导体激光器芯片与散热器材料之间设置关键层，在一定的温度(关键层熔点的80%?90%)和一定的压力下，两个平整表面紧密贴合。在芯片与关键层界面处原子在适当热与压力作用下保压一定时间，金属层原子发生相互扩散，进而实现半导体激光器芯片与散热器的键合。此方法的键合质量高、强度大，热和压力促进金属层原子发生相互扩散，同时破坏界面上的氧化层，使金属与金属接触面间达到原子的引力范围，从而使原子间产生吸引力，达到键合的目的。在一定的热和压力下，芯片的金属结构层原子与散热器的金属结构层原子互相扩散，结合成一体化的金属结构层，一方面结合力更好，一方面，基本保持了芯片和散热器的外形结构，如不变形，可以使半导体激光器巴条获得接近零的近场非线性(smile)值。关键层原子互扩散速率取决于温度、压力和时间，最高温度受器件热预算的限制。半导体激光器芯片的受力面积应与芯片与散热器重叠面积一致，避免受力不均匀。
[0022]本发明有如下优点:
[0023]使用本发明的半导体激光器用金属键合法方法制备的半导体激光器可靠性高，缺陷少，通过加热加压保压使得半导体激光器芯片上的金属键合媒介层与散热器表面的关键层形成合金相结构，达到半导体激光器芯片和散热器结合紧密的目的，降低了空洞等缺陷，在进行金属键合时，需求温度较低于关键层材料熔点以下，可以降低由于散热器与半导体激光器芯片热膨胀系数不匹配导致的较大热应力。
【附图说明】
[0024]图1为本发明实施例结构拆解示意图。
[0025]图2为本发明实施例结构示意图。
[0026]附图标号说明:1为半导体激光器芯片；2为散热器；3为第一金属键合媒介层；4为第二金属键合媒介层；5为关键层