子基座、发光装置以及光学模块的制作方法

1.本发明涉及子基座(sub mount)、发光装置以及光学模块。


背景技术：

2.公知具备作为发光装置的半导体激光芯片、和与半导体激光芯片光学耦合的光纤的作为光学模块的半导体激光模块。在制造这种半导体激光模块的情况下，例如以以下的过程进行组装。首先，将半导体激光芯片安装于子基座。此时，通过金锡(ausn)合金等焊料将半导体激光芯片接合安装于子基座(专利文献1)。另外，也可以采用导电性粘接剂等其他接合剂来代替焊料。安装了这种半导体激光芯片的子基座(半导体激光芯片安装子基座)为发光装置的一例，也称作子基座上芯片(chip on submount)。
3.接下来，将子基座上芯片直接或介由金属制的基台、电子冷却元件等通过锡-铋(snbi)合金等焊料接合安装到金属制的框体。进而，在框体安装透镜等其他的光学部品，进行半导体激光芯片与光纤的光学耦合。
4.作为半导体激光芯片，较多应用端面发光型的半导体激光芯片。端面发光型的半导体激光芯片的长边方向上的两端面的一方成为形成了激光振荡波长中的反射率高的hr(high reflection)涂层的后端面。另一方面，另一端面成为形成了反射率低的ar(anti-reflection)涂层的出射端面。由后端面和出射端面构成激光谐振器，振荡的激光主要从出射端面出射。
5.在先技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本专利第5075165号公报


技术实现要素：

[0008]-发明所要解决的课题-[0009]
一般来说，半导体激光芯片通过芯片键合(die bonding)被安装于子基座。在芯片键合中，采用夹头对半导体激光芯片进行真空吸附，将半导体激光芯片安装到被加热到焊料等接合剂的熔点以上的温度的子基座。
[0010]
此后，为了对半导体激光芯片供给驱动电流，并确保对半导体激光芯片的电接触，在半导体激光芯片与子基座上的电极之间形成基于键合线的布线。另外，在半导体激光芯片安装子基座被并列地配置的情况下，有时在子基座之间形成基于键合线的布线。
[0011]
另一方面，近年来，半导体激光芯片、子基座的小型化得以发展，难以在半导体激光芯片的电极上、子基座的电极上确保对基于键合线的布线进行接合的区域。
[0012]
此外，半导体激光芯片越来越推进高光输出化。与此相伴，将半导体激光芯片发出的热量有效地向子基座进行散热变得越来越重要。
[0013]
因而，本发明的课题之一为得到例如能够将布线更容易地接合到电极上，并且容易得到期望的散热性的子基座、发光装置以及光学模块。
[0014]-用于解决课题的手段-[0015]
本发明的子基座为安装有发光装置的子基座，具备：基底，具有在第一方向以及与该第一方向正交的第二方向上延伸的第一面；第一电极，在所述第一面上在所述第一方向以及所述第二方向上延伸，具有该第二方向的第一端和在所述第一方向上延伸的所述第二方向的相反方向的第二端；和第二电极，在所述第一面上在所述第一方向以及所述第二方向上延伸，具有从所述第一端开始在所述第二方向上隔开间隙而分离的所述第二方向的相反方向的第三端和在所述第一方向上延伸的所述第二方向的第四端，所述第二电极的所述第三端与所述第四端之间的所述第二方向的第二宽度根据所述第一方向的位置而不同。
[0016]
在所述子基座中，所述第一电极的所述第一端与所述第二端之间的所述第二方向的第一宽度根据所述第一方向的位置而不同。
[0017]
本发明的发光装置具备：所述子基座；和发光元件，具有载置于所述第一电极上并与该第一电极电连接的背面和在与所述背面相反一侧经由所述第二电极与导体而电连接的表面，比所述第二端更靠近所述第一端并在所述第一方向上延伸。
[0018]
在所述发光装置中，所述发光元件为具有砷化镓或磷化铟的半导体激光元件。
[0019]
本发明的光学模块具备具有基底的外壳和设置在所述基底上的作为所述发光装置的至少一个发光装置。
[0020]
所述光学模块作为所述发光装置具备在所述第二方向上排列的多个发光装置。
[0021]-发明效果-[0022]
根据本发明，能够得到能够在电极上更容易地接合布线，并且容易得到期望的散热性的子基座、发光装置以及光学模块。
附图说明
[0023]
图1为第1实施方式的光学模块的例示性且示意性的俯视图。
[0024]
图2为第1实施方式的光学模块的例示性且示意性的侧视图(一部分剖视图)。
[0025]
图3为第1实施方式的光学装置的例示性且示意性的俯视图。
[0026]
图4为图3的iv-iv剖视图。
[0027]
图5为图3的v-v剖视图。
[0028]
图6为第2实施方式的光学模块的例示性且示意性的俯视图。
[0029]
图7为第3实施方式的光学模块的例示性且示意性的俯视图。
[0030]
图8为第4实施方式的光学模块的例示性且示意性的俯视图。
具体实施方式
[0031]
以下，公开本发明的例示性的实施方式。以下所示的实施方式的结构、以及通过该结构所带来的作用以及结果(效果)为一例。本发明也能通过除了以下的实施方式所公开的结构以外的结构来实现。此外，根据本发明，能够得到通过结构得到的各种效果(也包括衍生的效果)中的至少一种效果。
[0032]
以下所示的实施方式具备相同的结构。因而，根据各实施方式的结构，得到基于该相同的结构的相同的作用以及效果。此外，以下有时对这些相同的结构赋予相同的符号，并省略重复的说明。
[0033]
此外，在各图中，采用箭头x表示x方向，采用箭头y表示y方向，采用箭头z表示z方向。x方向、y方向以及z方向相互交叉并且正交。x方向为来自发光元件以及光学装置的激光的出射方向，并且为发光元件的长边方向(谐振器的长边方向)。y方向为发光元件的宽度方向。此外，z方向为子基座的厚度方向(高度方向)。
[0034]
[第1实施方式]
[0035]
[半导体激光模块的结构]
[0036]
图1为半导体激光模块100的俯视图，图2为半导体激光模块100的侧视图(一部分剖视图)。半导体激光模块100为光学模块的一例。
[0037]
半导体激光模块100具备具有盖1a(参照图2)和壳体1b的外壳1。外壳1例如由金属材料制作。另外，在图1中，为了方便说明，省略盖1a的图示。换句话说，图1为表示将半导体激光模块100的盖1a拆下的内部结构的俯视图。
[0038]
此外，半导体激光模块100具备阶梯形状的模块基底2、多个子基座3和多个半导体激光芯片4。模块基底2由导热性高的例如例如铜那样的金属材料制作。半导体激光芯片4为发光元件的一例。此外，在模块基底2上安装的包括子基座3和半导体激光芯片4的子组件为子基座上芯片16。子基座上芯片16为发光装置的一例。
[0039]
此外，半导体激光模块100具备2个引线引脚5。2个引线引脚5经由子基座3、键合线18以及键合线17(参照图3)与各半导体激光芯片4电连接，并对各半导体激光芯片4供电。进而，半导体激光模块100具备6个第一透镜6、6个第二透镜7、6个反射镜8、第三透镜9、光滤波器10、第四透镜11。各第一透镜6、各第二透镜7、各反射镜8、第三透镜9、光滤波器10以及第四透镜11在各半导体激光芯片4出射的激光的光路上沿着光路依次配置。进而，半导体激光模块100具备与第四透镜11对置地配置的光纤12。入射光纤12的激光的一侧的一端被收容于外壳1的内部，通过支承部件13支承。键合线17、18也能称作布线、导体。
[0040]
各半导体激光芯片4例如以砷化镓(gaas)或磷化铟(inp)为主材料而构成，输出与该材料、组成相应的波长的激光。各半导体激光芯片4的厚度为例如0.1mm左右。如图2所示那样，各半导体激光芯片4被安装在各子基座3，并且各子基座3在模块基底2安装为高度互相不同。进而，各第一透镜6、各第二透镜7、各反射镜8被分别配置为与对应的半导体激光芯片4对应的高度。具备子基座3、安装于该子基座3的半导体激光芯片4以及键合线17(参照图3)的子组件为作为半导体激光芯片安装子基座的子基座上芯片16。
[0041]
此外，在光纤12向外壳1插入的插入部设置锥形管15，在外壳1的一部分嵌入保护罩14以使得覆盖锥形管15的一部分和插入部。
[0042]
在此，对半导体激光模块100的动作进行说明。各半导体激光芯片4通过经由引线引脚5供给的电力来动作，并输出激光。从各半导体激光芯片4输出的各激光被对应的各第一透镜6、各第二透镜7大致准直，通过对应的各反射镜8朝向第三透镜9被反射。进而，各激光被第三透镜9、第四透镜11聚光，并被反射到光纤12的端面，在光纤12中进行传播。另外，光滤波器10为带通滤波器，在从外部经由光纤12将与上述激光的波长不同的波长的光输入到半导体激光模块100的情况下，能防止该光输入到各半导体激光芯片4。
[0043]
半导体激光模块100的组装例如以以下的过程进行。首先，子基座3被加热到作为接合温度的约300℃，半导体激光芯片4以熔点为约280℃的ausn焊料被接合到子基座3，形成6个子基座上芯片16。接下来，安装有模块基底2的外壳1的壳体1b被加热到作为接合温度
的约150℃，各子基座上芯片16以熔点为约140℃的snbi焊料与模块基底2接合。此后，半导体激光模块100的其他结构部件被组装到外壳1。
[0044]
[子基座上芯片的结构]
[0045]
图3为子基座上芯片16的俯视图，图4为图3的iv-iv剖视图，此外，图5为图3的v-v剖视图。如上所述，子基座上芯片16具备半导体激光芯片4、安装有半导体激光芯片4的子基座3和键合线17。
[0046]
如图3、4所示那样，子基座3具备基板3a和上部被覆层3b。基板3a能包括例如氮化铝(aln)、氧化铝(al2o3)、氧化铍(beo)、氮化硼(bn)、金刚石、碳化硅(sic)、氮化硅(si3n4)、二氧化硅(sio2)、氧化锆(zro2)中的至少任一个。在本实施方式中，半导体激光芯片4为单发射型，但也可以是多发射型的激光棒芯片。在半导体激光芯片4成为激光棒芯片的情况下，基板3a也可为cu等金属。在本实施方式中，基板3a成为由aln构成的基板。此外，基板3a的厚度为例如0.3～1.0mm左右。基板3a为基底的一例。
[0047]
从图3、4可知，基板3a具有在z方向上较薄的扁平的长方体状的形状，换句话说，具有四边形状且板状的形状。
[0048]
如图4所示那样，基板3a具有表面3a1、背面3a2和侧面3a3、3a4。表面3a1在z方向的端部与z方向交叉并进行正交，在x方向以及y方向上扩展。背面3a2在z方向的相反方向的端部与z方向交叉并进行正交，在x方向以及y方向上扩展。表面3a1与背面3a2是平行的。此外，侧面3a3在y方向的相反方向的端部与y方向交叉并进行正交，在x方向以及z方向上扩展。侧面3a4在y方向的端部与y方向交叉并进行正交，在x方向以及z方向上扩展。表面3a1为第一面的一例。
[0049]
图3、4所示的上部被覆层3b形成在基板3a的表面3a1上、即安装半导体激光芯片4的一侧的表面3a1上。上部被覆层3b例如为金属多层膜。上部被覆层3b的厚度例如为1μm以上且80μm以下。
[0050]
上部被覆层3b通过间隙g被分离为第一电极3b1以及第二电极3b2。间隙g使第一电极3b1以及第二电极3b2进行电绝缘。在图3那样的俯视下，即在z方向的相反方向观察的情况下，通过设置间隙g而在第一电极3b1与第二电极3b2之间漏出基板3a的表面3a1。
[0051]
第一电极3b1经由键合线18(参照图1，在图3中未图示)与其他的子基座上芯片16、例如在y方向的相反方向上相邻的子基座上芯片16的第二电极3b2电连接。此外，第二电极3b2还经由键合线18与其他的子基座上芯片16、例如在y方向上相邻的子基座上芯片16的第一电极3b1电连接。此外，第二电极3b2经由键合线17与半导体激光芯片4的表面4b电连接。
[0052]
为了方便说明，图3中仅图示了键合线17的一部分，并且在图4中，省略键合线17的图示。多个键合线17在x方向上以一定的间隔在x方向上排列，将第二电极3b2与半导体激光芯片4的表面4b并联电连接。如图3所示那样，多个键合线17包括较长的键合线17和较短的键合线17，这些键合线17在x方向上交替地配置。在图3中，在x方向的中间部分省略了多个键合线17的图示。
[0053]
半导体激光芯片4在第一电极3b1上经由预涂层3c被接合。预涂层3c例如为ausn焊料，将第一电极3b1与半导体激光芯片4的背面4a电连接。另外，在上部被覆层3b的、与预涂层3c接触的表面也可形成例如由铂(pt)构成的阻挡金属层(未图示)。在该情况下，通过阻挡金属层能够防止预涂层3c的ausn焊料与比上部被覆层3b的阻挡金属层更靠下层的金属
材料的化学反应。
[0054]
在半导体激光芯片4的背面4a以及表面4b分别形成电极，半导体激光芯片4经由这些电极从引线引脚5供电。另外，在半导体激光芯片4以结向下的方式被安装的情况下，一般在表面4b侧形成n侧电极。此外，在半导体激光芯片4以结向上的方式被安装的情况下，一般在表面4b侧形成p侧电极。另外，半导体激光芯片4以结向下的方式被安装的一方朝向子基座3的散热性高。
[0055]
[第一电极、第二电极以及间隙的形状]
[0056]
如图3所示那样，在本实施方式中，第一电极3b1的y方向的宽度d11、d12、d13根据x方向的位置而分别不同。此外，第二电极3b2的y方向上的宽度d21、d22、d23也根据x方向的位置而分别不同。此外，与此相伴，间隙g折弯。另外，间隙g的y方向的宽度dg与x方向的位置无关而为固定，但并不限于此。宽度d11、d12、d13为第一宽度的一例，宽度d21、d22、d23为第二宽度的一例。
[0057]
第一电极3b1的宽度为第一电极3b1的第一端3d1与第二端3d2之间的宽度。第一端3d1为第一电极3b1的y方向的端部，面向间隙g。此外，第二端3d2为第一电极3b1的y方向的相反方向的端部，沿着x方向延伸。另外，如图4、5所示那样，第二端3d2与侧面3a3在z方向上重叠，但并不限于此，也可位于从侧面3a3在y方向上偏移的位置。
[0058]
第二电极3b2的宽度为第二电极3b2的第三端3d3与第四端3d4之间的宽度。第三端3d3为第二电极3b2的y方向的相反方向的端部，与间隙g面对，并且夹着间隙g与第一电极3b1的第一端3d1面对并进行分离。此外，第四端3d4为第二电极3b2的y方向的端部，沿着x方向延伸。另外，如图4、5所示那样，第四端3d4与侧面3a4在z方向上重叠，但并不限于此，也可位于从侧面3a4向y方向的相反方向偏移的位置。
[0059]
本实施方式中，宽度d13比宽度d11大(宽)、宽度d23比宽度d21小(窄)。此外，宽度d12随着朝向x方向而从宽度d11到宽度d13逐渐变大(宽)，宽度d22随着朝向x方向而从宽度d21到宽度d23逐渐变小(窄)。
[0060]
与第二电极3b2电连接的键合线18被安装到比宽度d22、d23大的宽度d21的被安装区域a。如图3所示，键合线18经由焊料19与第二电极3b2电连接。现在，假设间隙g沿x方向笔直地延伸，并且第二电极3b2的宽度固定为比较窄的宽度d23的情况下，作为焊料19能够扩展的区域的被安装区域a变窄，由于键合线18、焊料19与键合线17发生干涉等，从而有可能难以安装于第二电极3b2上。关于这一点，在本实施方式中，宽度d21、d22、d23根据x方向的位置而不同，能够将以比宽度d22、d23大的宽度d21在x方向上延伸的被安装区域a的面积设定得较大，因而不会使键合线18与键合线17干涉，在第二电极3b2上容易接合。另外，如本实施方式那样间隙g的宽度dg沿着x方向为固定，或宽度dg沿着x方向不那么变化的情况下，随着第二电极3b2的宽度d21、d22、d23在x方向上的变化，第一电极3b1的宽度d11、d12、d13也在x方向上变化。在此，由于基板3a、上部被覆层3b以及子基座3的y方向的宽度沿着x方向大致固定，因此第一电极3b1的宽度越大则第二电极3b2的宽度变得越小，第一电极3b1的宽度越小则第二电极3b2的宽度越大。
[0061]
然而，由于第二电极3b2的宽度d21比宽度d22、d23大，由此，在容易安装键合线18的位置，如图4所示那样，半导体激光芯片4与第一端3d1的y方向的距离比较短。因而，从半导体激光芯片4经由预涂层3c以及第一电极3b1朝向y方向并且z方向的相反方向传送的热
量h(在图4中右下朝向的细虚线)比从半导体激光芯片4经由预涂层3c以及第一电极3b1朝向y方向的相反方向并且z方向的相反方向传送的热量h(在图4中左下朝向的粗虚线)小。但是，在本实施方式中，如上所述，第二电极3b2的y方向的宽度沿着x方向变化，在图5的截面位置，与图4的截面位置相比半导体激光芯片4与第一端3d1的y方向的距离比较长。因而，在该位置，从半导体激光芯片4经由预涂层3c以及第一电极3b1朝向y方向并且z方向的相反方向传送的热量h(在图5中右下朝向的粗虚线)比图4的截面位置大。此外，该热量h能够与从半导体激光芯片4经由预涂层3c以及第一电极3b1朝向y方向的相反方向并且z方向的相反方向传送的热量h(图5中朝向左下的粗虚线)大致相同。
[0062]
另外，第一电极3b1的键合线18(参照图1，在图3中未图示)的被安装区域a与第二电极3b2的被安装区域a在y方向上排列，但不限于此。
[0063]
如以上所说明的那样，在本实施方式中，第二电极3b2的y方向的宽度根据x方向的位置而不同。
[0064]
根据这种结构，在第二电极3b2中，能够在比宽度d22、d23大的宽度d21的部位设定比较宽的被安装区域a。此外，在第二电极3b2中，能够在比宽度d21小的宽度d22、d23的部位、即在第一电极3b1中比宽度d11、d12大的宽度的部位，使半导体激光芯片4与第一端3d1的y方向的距离比较长。因此，根据这种结构，能够得到能够将键合线18更容易地接合在子基座3的第二电极3b2上，并且容易得到期望的散热性的、子基座3、具有该子基座3的子基座上芯片16以及具备该子基座上芯片16的半导体激光模块100。
[0065]
此外，本实施方式中，第一电极3b1的y方向的宽度根据x方向的位置而不同。
[0066]
根据这种结构，在第一电极3b1中在宽度比宽度d11、d12大的部位，容易确保来自半导体激光芯片4的散热性。
[0067]
[第2实施方式]
[0068]
图6为本实施方式的子基座上芯片16a的俯视图。如图6所示那样，在本实施方式中，间隙g相对于x方向倾斜地笔直地延伸。因此，第一电极3b1的宽度d1随着朝向x方向而逐渐变大(宽)，第二电极3b2的宽度d2随着朝向x方向而逐渐变小(窄)。
[0069]
在这种实施方式中，能够在与第二电极3b2中的其他部位相比宽度d2大的部位设定比较宽的被安装区域a。此外，在与第一电极3b1中的其他部位相比宽度d1大的部位，能够使半导体激光芯片4与第一端3d1的y方向的距离比较长。因此，根据本实施方式，能够得到能够将键合线18更容易地接合到子基座3a的第二电极3b2上，并且容易得到期望的散热性地、子基座3a、具有该子基座3a的子基座上芯片16a以及具备该子基座上芯片16a的半导体激光模块100。
[0070]
[第3实施方式]
[0071]
图7为本实施方式的子基座上芯片16b的俯视图。在第1实施方式中，如图3所示那样，第一电极3b1的x方向(激光的出射方向)的端部的宽度d13比宽度d11、d12大(宽)，并且第二电极3b2的x方向的端部的宽度d23比宽度d21、d22小(窄)。与此相对，本实施方式中，如图7所示那样，第一电极3b1的x方向的端部的宽度d13比宽度d11、d12小(窄)，并且第二电极3b2的x方向的端部的宽度d23比宽度d21、d22大(宽)。
[0072]
在这种实施方式中，能够在第二电极3b2中、比宽度d21、d22大的宽度d23的部位设定比较宽的被安装区域a。此外，在第一电极3b1的宽度为比宽度d13大的宽度d11、d12的位
置，能够使半导体激光芯片4与第一端3d1的y方向的距离比较长。因此，根据本实施方式，能够得到能将键合线18更容易地接合到子基座3b的第二电极3b2上，并且容易得到期望的散热性的、子基座3b、具有该子基座3b的子基座上芯片16b以及具备该子基座上芯片16b的半导体激光模块100。
[0073]
[第4实施方式]
[0074]
图8为本实施方式的子基座上芯片16c的俯视图。在本实施方式中，第一电极3b1的x方向的中间部的宽度d12比宽度d11、d13小(窄)，并且第二电极3b2的x方向的中间部的宽度d22比宽度d21、d23大(宽)。另外，宽度d11随着朝向x方向的相反方向而变大，宽度d21随着朝向x方向的相反方向而变小。宽度d12、d22与x方向的位置无关而为固定。此外，宽度d13随着朝向x方向而变大，宽度d23随着朝向x方向而变小。
[0075]
在这种实施方式中，能够在第二电极3b2中、比宽度d21、d23大的宽度d22的部位设定比较宽的被安装区域a。此外，在作为第一电极3b1的宽度比宽度d12大的宽度d11的位置、以及作为第一电极3b1的宽度比宽度d12大的宽度d13的位置，能够使半导体激光芯片4与第一端3d1的y方向的距离比较长。因此，根据本实施方式，能够得到能将键合线18更容易地接合到子基座3c的第二电极3b2上，并且容易得到期望的散热性的、子基座3c、具有该子基座3c的子基座上芯片16c以及具备该子基座上芯片16c的半导体激光模块100。
[0076]
以上，例示了本发明的实施方式，但上述实施方式为一例，并不意图限定发明的范围。上述实施方式能以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内能进行各种省略、置换、组合、变更。此外，各结构、形状等规格(构造、种类、方向、型式、大小、长度、宽度、厚度、高度、数量、配置、位置、材质等)能够适当地变更来实施。
[0077]
例如，本发明的子基座以及光学元件能够应用于与上述实施方式所公开的内容不同的光学装置、光模块。
[0078]
此外，间隙、第一电极以及第二电极的形状能够采用各种方式。
[0079]
产业上的可利用性
[0080]
本发明能够利用于子基座、发光装置以及光学模块。
[0081]-符号说明-[0082]
1a...盖
[0083]
1b...壳体
[0084]
1...外壳
[0085]
2...模块基底
[0086]
3、3a、3b、3c...子基座
[0087]
3a...基板(基底)
[0088]
3a1...表面(第一面)
[0089]
3a2...背面
[0090]
3a3、3a4...侧面
[0091]
3b...上部被覆层
[0092]
3b1...第一电极
[0093]
3b2...第二电极
[0094]
3c...预涂层
[0095]
3d1...第一端
[0096]
3d2...第二端
[0097]
3d3...第三端
[0098]
3d4...第四端
[0099]
4...半导体激光芯片
[0100]
4a...背面
[0101]
4b...表面
[0102]
5...引线引脚
[0103]
6...第一透镜
[0104]
7...第二透镜
[0105]
8...反射镜
[0106]
9...第三透镜
[0107]
10...光滤波器
[0108]
11...第四透镜
[0109]
12...光纤
[0110]
13...支承部件
[0111]
14...保护罩
[0112]
15...锥形管
[0113]
16、16a、16b、16c...子基座上芯片
[0114]
17...键合线
[0115]
18...键合线
[0116]
19...焊料
[0117]
100...半导体激光模块(光学模块)
[0118]
a...被安装区域
[0119]
d1、d11、d12、d13...宽度(第一宽度)
[0120]
d2、d21、d22、d23...宽度(第二宽度)
[0121]
dg...宽度
[0122]
g...间隙
[0123]
h...热量(热)。