一种半导体激光器封装结构及其制备方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体激光器封装结构及其制备方法。

背景技术：

to封装是半导体激光器的常见封装形式。to封装的半导体激光器包括激光器管芯、背光探测器、过度块、透镜、热沉底座，通过引线键合互连和气密性封装形成一个激光器件单元。to封装是典型的同轴器件封装，因此具有体积小、能耗低、寿命长、无须制冷等优点，to封装的半导体激光器广泛用于光泵浦和光纤通信等领域。

半导体激光器的核心发光部分是由p型和n型半导体构成的pn结管芯，在to封装过程中，半导体激光器通常p型面朝下焊接到热沉上，含铟焊料具有非常良好的导热性和导电性能，能够用于管芯与热沉之间的焊接。具体地，含铟焊料预先通过蒸发的方式覆盖在热沉上，然后通过高温等方式，使预置焊料再次熔化，实现热沉与管芯的连接。

然而，在焊料再次熔化过程中，铟焊料易“攀爬”导致管芯镜面被污染，从而影响器件性能和可靠性。现有技术中，一般将管芯镜面突出于热沉边缘一定的距离，从而避免铟焊料污染管芯的出光镜面。但这样会导致镜面远离热沉，热量不易散发，从而影响器件性能和可靠性。因此，如何防止铟污染镜面同时保证镜面良好的散热，是半导体激光器封装要解决的一个重要问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种半导体激光器封装结构，以解决半导体激光器使用过程中热沉的焊料容易污染管芯镜面的问题。

本发明第一方面提供了一种半导体激光器封装结构，包括热沉，形成在热沉第一表面上的焊料层，以及通过焊料层焊接在第一表面上的半导体激光器管芯，半导体激光器管芯的脊区靠近焊料层设置；其中，第一表面上开设有一凹槽，凹槽长度方向与脊区长度方向平行；且脊区设置在凹槽的垂直上方。

可选地，凹槽的宽度大于脊区宽度。

可选地，脊区在热沉上的投影在凹槽的开口内。

可选地，半导体激光器管芯垂直于脊区长度方向的至少一个端面与热沉垂直于凹槽长度方向的至少一个端面平齐。

可选地，凹槽深度不小于脊区高度。

半导体激光器结构特性使得快轴散射角较大、慢轴散射角较小，半导体激光器发出的激光光束呈椭圆形状。在本实施方式中，采用在热沉上开凹槽，半导体激光器管芯脊区的发光区镜面悬空设置在热沉上，避免镜面与热沉距离太近而影响到快轴方向的激光出射和光束形状。

可选地，脊区轴向中心线与凹槽轴向中心线所构成的平面与第一平面垂直。

本发明第二方面提供一种半导体激光器封装结构的制备方法，包括以下步骤：

在热沉的第一表面形成凹槽；

在第一表面上形成焊料层；

在焊料层上设置半导体激光器管芯，半导体激光器管芯的脊区(31)设置在凹槽的垂直上方，且脊区靠近焊料层设置；

熔化焊料层，使得半导体激光器管芯固定于第一表面上。

可选地，脊区在热沉上的投影在凹槽的开口内。

可选地，焊料层通过热蒸发或电子束蒸发工艺制备。

可选地，焊料层通过电阻加热或电子束加热熔化。

本发明提供的半导体激光器封装结构，在热沉的一个表面上开设一个凹槽，半导体激光器管芯通过焊料与热沉焊接固定，且半导体激光器管芯的脊区在凹槽的垂直上方，采用这种半导体激光器封装结构，能防止焊料因受热熔化而污染管芯，同时保证镜面良好的散热。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例中的一种半导体激光器封装结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的一种半导体激光器封装结构的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例第一方面提供了一种半导体激光器封装结构，包括热沉10，形成在热沉10第一表面上的焊料层20，以及通过焊料层20焊接在第一表面上的半导体激光器管芯30，半导体激光器管芯30的脊区31靠近焊料层20设置；其中，第一表面上开设有一凹槽11，凹槽11长度方向与脊区31长度方向平行；且脊区31设置在凹槽11的垂直上方。在具体实施例中，半导体激光器管芯30的脊区31为发光区，脊区31朝向凹槽11部分设置有出光镜面。在具体实施方式中，如图1所示，在长方体形状热沉与x0z平面平行的上表面上开一个凹槽，开槽方向与z轴方向平行，半导体激光器管芯的脊区发光区的镜面悬空设置在凹槽上方，半导体激光器管芯与热沉通过焊料焊接。

作为可选的实施方式，凹槽11的宽度大于脊区31宽度。在具体实施例中，如图1所示，凹槽11沿x轴方向的宽度大于脊区31的宽度。

作为可选的实施方式，脊区31在热沉10上的投影在凹槽11的开口内。在具体实施例中，脊区31投影在凹槽11中心位置。

作为可选的实施方式，半导体激光器管芯30垂直于脊区31长度方向的至少一个端面与热沉10垂直于凹槽11长度方向的至少一个端面平齐。在具体实施方式中，半导体激光器管芯30与平面x0y平行的两个端面，其中任意一个端面与热沉的一个端面平齐。

作为可选的实施方式，凹槽11深度不小于脊区31高度。在具体实施例中，凹槽11的开口深度(即y轴方向)不小于脊区31(也是y轴方向)的高度。在具体实施方式中，凹槽11在热沉上沿z轴方向不完全开通，开槽长度为15μm至25μm。在可选的实施例中，凹槽沿z轴方向开槽长度为20μm，使半导体激光器管芯脊区上的发光区镜面处于凹槽上方，反射区的镜面与热沉接触。

半导体激光器结构特性使得快轴散射角较大、慢轴散射角较小，半导体激光器发出的激光光束呈椭圆形状。在本实施方式中，采用在热沉上开凹槽，半导体激光器管芯脊区的发光区镜面悬空设置在热沉上，避免镜面与热沉距离太近而影响到快轴方向的激光出射和光束形状。

作为可选的实施方式，脊区31轴向中心线与凹槽11轴向中心线所构成的平面与第一平面垂直。在具体实施例中，脊区31轴向中心线与凹槽11轴向中心线所构成的平面与平面z0y平行。

本发明实施例提供的半导体激光器封装结构，在热沉的一个表面上开设一个凹槽，半导体激光器管芯通过焊料与热沉焊接固定，且半导体激光器管芯的脊区在凹槽的垂直上方，采用这种半导体激光器封装结构，能防止焊料因受热熔化而污染管芯，同时保证镜面良好的散热。

本发明实施例第二方面提供一种半导体激光器封装结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤s1，在热沉的第一表面形成凹槽。在具体实施例中，采用激光刻蚀或化学腐蚀的工艺对金属或陶瓷热沉10进行加工形成凹槽。

步骤s2，在第一表面上形成焊料层。在具体实施例中，采用含铟的多元共晶金属作为焊料层20。铟的熔点为157℃，含铟焊料熔点更低，且具有良好的润湿性。

步骤s3，在焊料层上设置半导体激光器管芯。半导体激光器管芯的脊区设置在凹槽的垂直上方，且脊区靠近焊料层设置。在具体实施例中，待含铟焊料层20凝固后再进行半导体激光器管芯30的位置校准。

步骤s4，熔化焊料层，使得半导体激光器管芯固定于第一表面上。在具体实施例中，加热焊料层20使得焊料熔化，再次凝固后即完成了半导体激光器管芯30与热沉10之间的固定。

作为可选的实施方式，脊区在热沉上的投影在凹槽的开口内。在具体实施例中，脊区31投影在凹槽11中心位置。

作为可选的实施方式，焊料层通过热蒸发或电子束蒸发工艺制备。

作为可选的实施方式，焊料层通过电阻加热或电子束加热熔化。

本发明实施例提供的半导体激光器封装结构，在热沉的一个表面上开设一个凹槽，半导体激光器管芯通过焊料与热沉焊接固定，且半导体激光器管芯的脊区在凹槽的垂直上方，采用这种半导体激光器封装结构，能防止焊料因受热熔化而污染管芯，同时保证镜面良好的散热。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。