半导体激光装置的制作方法

1.本公开涉及半导体激光装置。


背景技术：

2.近年来，在包含半导体激光元件的半导体装置中，流过半导体元件的电流变大，与之相伴，半导体元件的发热量变大。例如，用于激光加工的高输出的半导体激光装置的发热量大。半导体激光元件的性能在高温时下降，导致激光输出的下降等。因而，高输出的半导体装置具有用于对半导体激光元件进行冷却的构造。以往已提出具有这种构造的半导体装置(例如专利文献1～3)。
3.在先技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2003-086883号
6.专利文献2：国际公开第2016/103536号
7.专利文献3：国际公开第2019/009172号


技术实现要素：

8.发明要解决的问题
9.当前，关于半导体激光装置，要求能够以简单的构造提高散热性的技术。在这样的状况下，本公开将提供具有高的散热性的半导体激光装置作为目的之一。
10.用于解决问题的技术方案
11.本公开的一个方面涉及一种半导体激光装置。该半导体激光装置是包括包含第1电极以及第2电极的半导体激光元件、配置在所述第1电极上的导电部、和经由所述导电部而与所述第1电极电连接的电极块的半导体激光装置，所述导电部包含配置为与所述第1电极接触的多个金属构件、和配置为对所述多个金属构件之间进行填埋的导电层，所述金属构件包含金属引线部，所述金属引线部的一部分从所述导电层突出，所述金属引线部的所述一部分包含弯曲部，该弯曲部具有朝向所述电极块凸出的圆弧状的形状。
12.发明效果
13.根据本公开，可获得具有高的散热性的半导体激光装置。
附图说明
14.图1是示意性地示出本公开的半导体激光装置的一例的剖视图。
15.图2a示意性地示出从第1电极块侧观察导电部时的俯视图。
16.图2b示意性地示出图2a的线iib-iib处的半导体激光元件以及导电部的剖视图。
具体实施方式
17.以下列举例子对本公开的半导体激光装置的实施方式进行说明。然而，本公开并
不限定于以下说明的例子。在以下的说明中，有时例示具体的数值、材料，但只要可获得本公开的效果，就可以应用其他的数值、材料。
18.(半导体激光装置)
19.本公开的半导体激光装置包含：半导体激光元件，包含第1电极以及第2电极；导电部，配置在第1电极上；和电极块，经由导电部而与第1电极电连接。以下对它们进行说明。
20.(半导体激光元件)
21.对半导体激光元件没有特别限定，可以使用公知的半导体激光元件。半导体激光元件也可以整体具有板状的形状，该板状的形状具有第1面和与第1面相反侧的第2面。例如，半导体激光元件也可以具有平面形状为矩形状的板状的形状。也可以是，在第1面形成有第1电极，在第2面形成有第2电极。
22.半导体激光元件也可以在将第1面和第2面相连的侧面具有射出端面。半导体激光元件也可以具有多个射出端面(激光的射出端面)。多个射出端面也可以在半导体激光元件的侧面配置为沿着该侧面的长边方向排列为一列。这样的半导体激光元件以往已提出，可以使用这些公知的半导体激光元件。例如，也可以使用关于被称为ddl(direct diode laser，直接二极管激光器)的半导体激光器而使用的半导体激光元件。在这样的半导体激光元件中，第1电极以及第2电极也可以分别具有呈二维状扩展的形状。例如，第1电极以及第2电极也可以分别具有矩形状的平面形状。作为一例的半导体激光元件包含呈条纹状排列的多个谐振器。
23.(电极块)
24.电极块是具有导电性的块。对于电极块，例如能够使用由金属构成的块。电极块的一例为铜块(由铜构成的块)。也可以在铜块的表面镀敷铜以外的金属，例如，也可以依次镀敷镍和金。电极块能够作为用于使电流流过第1电极的电极布线的一部分、以及用于使由半导体激光元件产生的热散热的构件的一部分来发挥功能。
25.另外，通常，半导体激光装置包含两个电极块(第1电极块以及第2电极块)。第1电极块经由导电部而与半导体激光元件的第1电极电连接。第2电极块与半导体激光元件的第2电极电连接。
26.(导电部)
27.导电部包含配置为与第1电极接触的多个金属构件、和配置为对多个金属构件之间进行填埋的导电层。导电层形成为与第1电极接触。
28.金属构件包含金属引线部。金属引线部的一部分从导电层突出。以下，有时将从导电层突出的该一部分称为“突出部(p)”。金属构件的材料的例子包含金、铜、铝等。金属构件的材料的优选的一例为金。另外，也可以在金属构件的材料中添加微量的添加剂。对于金属构件的材料，也可以使用被用于引线接合的公知的材料。
29.金属引线部的上述一部分(突出部(p))包含弯曲部，该弯曲部具有朝向电极块凸出的圆弧状的形状。根据该结构，弯曲部能够特别柔软地接住电极块。
30.如后所述，金属构件也可以使用被用于引线接合的引线接合机来形成。由此，能够简单地形成包含金属引线部的金属构件。此外，通过使用引线接合机，从而能够简单地形成具有后述的形状的金属引线部。
31.金属引线部的突出部(p)柔软地接住电极块。此外，金属引线部的高度能够灵活地
调整。因而，能够使尽量多的金属引线部的突出部(p)与电极块(或者形成在电极块上的连接层)接触。其结果是，能够降低金属构件与电极块之间的接触电阻，能够实现半导体激光元件和电极块的良好的电连接。进而，通过突出部(p)柔软地接住电极块，从而能够缓和作用在半导体激光元件与电极块之间的应力。其结果是，能够抑制给半导体激光元件带来物理损伤。
32.进而，在本公开的半导体激光装置中，在第1电极与电极块之间配置有导电层。通过该导电层和金属构件，能够将由半导体激光元件产生的热高效地传递到电极块。即，在本公开的半导体激光装置中，与仅通过凸块将由半导体激光元件产生的热传递到电极块的情况相比较，能够实现高的散热性。此外，与仅通过凸块将第1电极和电极块电连接的情况相比较，通过使用导电层，从而能够降低第1电极与电极块之间的电阻。
33.如以上，根据本公开，可获得具有高的散热性且给半导体激光元件带来的物理损伤少的半导体激光装置。进而，根据本公开，能够降低第1电极与电极块之间的电阻。
34.多个金属构件优选大致等间隔地配置。多个金属构件也可以呈矩阵状地配置。也可以将包含等间隔地配置的多个金属构件的金属构件的列呈条纹状地等间隔排列。
35.金属构件的面密度也可以处于50～1000个/cm2的范围(例如，100～300个/cm2的范围)。通过设为该范围，从而尤其是电连接以及物理连接变得良好。
36.金属构件的平均(算术平均)的高度h(即，从第1电极的表面到金属引线部的最高的部分为止的距离)也可以处于70μm～300μm的范围(例如，150μm～200μm)的范围。通过设为该范围，从而尤其是电连接以及物理连接变得良好。
37.导电层的平均的厚度d也可以处于60μm～250μm的范围(例如，100μm～150μm)的范围。金属构件的平均的高度h(μm)也可以处于导电层的平均的厚度d(μm)的1.1～2.0倍的范围(例如，1.2～1.5倍的范围)。通过设为该范围，从而从导电层突出的金属引线部能够特别柔软地接住电极块。另外，导电层的平均的厚度d例如能够通过平均的厚度d＝(形成有导电层的部分的体积)/(形成有导电层的部分的面积)求出。在此，形成有导电层的部分的体积以及面积还包含存在于该部分的金属构件的体积以及面积。
38.金属引线部也可以具有朝向电极块凸出的拱状的形状。作为一例的金属构件也可以包含与第1电极接触的第1基部以及第2基部。金属引线部的两个端部也可以分别与第1基部以及第2基部相连。金属引线部也可以是两端分别与第1基部和第2基部相连的拱状的引线。第1基部以及第2基部也可以分别具有半球状或者圆柱状的形状。
39.导电层也可以包含金属粒子。通过使用金属粒子，从而能够提高导电层的导热性以及导电性。这样的导电层可以由金属膏(包含金属粒子的膏)形成，例如，可以由金膏(包含金粒子的膏)、银膏(包含银粒子的膏)形成。作为金属膏，能够使用被用于半导体装置的制造的公知的金属膏。
40.关于本公开的半导体激光装置的制造方法没有特别限定。在实施方式1中，对制造方法的一例进行说明。
41.以下，参照附图对本公开的半导体激光装置的一例进行具体地说明。在以下说明的作为一例的半导体激光装置的结构要素中能够应用上述的结构要素。以下说明的作为一例的半导体激光装置的结构要素能够基于上述的记载进行变更。此外，也可以将以下说明的事项应用于上述的实施方式。以下说明的作为一例的半导体激光装置的结构要素之中，
对于本公开的半导体激光装置而言不是必需的结构要素可以省略。另外，以下所示的图是示意性的，并非准确地反映实际的构件的形状、数量。
42.(实施方式1)
43.在图1中示意性地示出实施方式1的半导体激光装置100的剖视图。半导体激光装置100包含半导体激光元件110、第1电极块(上部电极块)121、第2电极块122、底座(submount)123、绝缘层124以及导电部130。
44.半导体激光元件110也可以具有多个射出端面。该多个射出端面也可以沿着半导体激光元件110的侧壁的长边方向排列为一列。
45.半导体激光元件110包含设置在与导电部130对置的部分上的第1电极111(参照图2b)、和设置在与底座123对置的部分上的第2电极(未图示)。第1电极111经由导电部130而与第1电极块121电连接。第2电极经由底座123而与第2电极块122电连接。第1以及第2电极块121以及122与用于向半导体激光元件110注入电流的电源(未图示)连接。通过该电源向半导体激光元件110的活性层注入电流。
46.底座123由导电性以及导热性高的材料形成。底座123的热膨胀系数优选与半导体激光元件110的热膨胀系数接近。对底座没有特别限定，也可以应用被用于半导体激光装置的公知的底座。底座123也可以由铜钨合金、铜钼合金形成。
47.也可以在第2电极块122与底座123之间配置有用于连接它们的具有导电性的连接层。连接层例如也可以是焊料层、镀敷层、金属箔层等(关于以下说明的连接层也是同样的)。同样地，也可以在底座123与半导体激光元件110之间配置有用于连接它们的连接层，也可以在导电部130与第1电极块121之间配置有用于连接它们的连接层。
48.绝缘层124将第1电极块121和第2电极块122绝缘。绝缘层124由具有绝缘性的材料形成。绝缘层124也可以由无机绝缘材料(例如，氮化铝等陶瓷)以及/或者有机绝缘材料(例如，聚酰亚胺等绝缘性树脂)形成。作为一例的绝缘层124也可以包含聚酰亚胺、氮化铝等。
49.在图2a中示意性地示出从第1电极块121侧观察导电部130时的俯视图。此外，在图2b中示意性地示出图2a的线iib-iib处的半导体激光元件110以及导电部130的剖视图。
50.导电部130包含多个金属构件131、和配置为对多个金属构件131之间进行填埋的导电层132。多个金属构件131以及导电层132分别配置为与半导体激光元件110的第1电极111接触。在图1所示的一例中，多个金属构件131呈矩阵状配置。在另一个观点中，多个金属构件131配置在格子点的位置。
51.金属构件131包含与第1电极111接触的凸块状的第1基部131a、和从第1基部131a延伸的金属引线部131b。在实施方式1所示的一例中，金属引线部131b的两端分别与凸块状的第1基部131a以及凸块状的第2基部131c相连。在一个观点中，金属引线部131b具有拱状的形状。此外，基部131c也有时不与电极111相接，但即便在该情况下，金属引线部131b也与上述同样地具有拱状的形状。
52.作为金属引线部131b的一部分的突出部131bp(突出部(p))从导电层132突出。突出部131bp包含弯曲部，该弯曲部具有朝向第1电极块121凸出的圆弧状的形状。至少弯曲部的上部与第1电极块121(或者形成在第1电极块上的连接层)物理接触。即，至少经由弯曲部的上部来电连接第1电极111和第1电极块121。
53.导电层132配置为覆盖第1电极111的表面之中未被金属构件131覆盖的部分。导电
层132包含金属微粒子。另外，构成导电层132的材料的一部分有时附着于金属引线部131b的突出部131bp，但附着于突出部131bp的材料不构成层，因此不包含于导电层132。
54.在实施方式1的半导体激光装置100中，通过具有弹性的金属引线部131b(具体地是包含弯曲部的突出部131bp)接住第1电极块121(或者连接层)并形成电连接。因而，即便多个金属构件131的形状、高度有偏差，也能够均匀且稳定地形成电连接。此外，能够通过金属引线部131b缓和施加在半导体激光元件110与第1电极块121之间的应力。此外，在半导体激光装置100中，由于导电层132，导电部130的导电性以及导热性提高。因而，半导体激光装置100具有高的散热性，给半导体激光元件110带来的物理损伤少。进而，在半导体激光装置100中，半导体激光元件110与第1电极块121之间的电阻所引起的损耗小。
55.以下，对半导体激光装置100的制造方法的一例进行说明。对于导电部130以外的部分的形成方法，能够应用公知的方法，因此省略详细的说明。以下，对金属构件131由金构成的一例进行说明。
56.在导电部130的形成过程中，首先，使用引线接合机，将金属构件131形成在第1电极111上。具体地，通过使用了引线接合机的球接合的方法，将形成于金线的前端的球状的部分连接到第1电极111上从而形成第1基部131a。接着，将金线(金属引线部131b)延长至某种程度的长度。然后，以形成图2b所示的拱状的金属引线部131b的方式，操作引线接合机而使金线变为拱状，在将金线按压到电极111上时流过高电流来切断金线。这样，形成包含拱状的金属引线部131b的金属构件131。
57.接下来，形成导电层132。首先，将金属膏(例如，银膏)呈层状涂敷到第1电极111上。即，以对多个金属构件131之间进行填埋的方式涂敷金属膏。此时，既可以将金属膏涂敷为金属构件131的一部分露出，也可以将金属膏涂敷为金属构件131的整体被完全地覆盖。无论哪种情况，只要在导电层132的形成结束时金属构件131的一部分(突出部131bp)从导电层132露出即可。
58.也可以在涂敷了金属膏之后，根据需要使金属膏的表面变得平坦。例如，也可以利用无纺布等使金属膏的表面变得平坦。也可以在将金属膏涂敷为金属构件131的整体被完全地覆盖之后，在使金属膏的表面变得平坦时，使金属构件131的一部分从金属膏的层露出。
59.然后，对金属膏进行加热(烧成)，形成导电层132。加热的条件能够根据金属膏来选择。另外，加热也可以分多次进行。例如，可以在涂敷了金属膏之后以比较低的温度进行加热(预烧成)，在组装半导体激光装置100之后以高温进行加热。
60.关于在哪个阶段进行导电部130的形成工序并没有限定，能够在可形成导电部130的任意阶段进行。例如，导电部130既可以在将安装了半导体激光元件110的底座123与第2电极块122接合之前形成，也可以在接合之后形成。
61.在形成了导电部130之后，能够通过公知的方法来组装半导体激光装置100。例如，首先，在第2电极块122上形成绝缘层124。此外，在第2电极块122接合安装了半导体激光元件110的底座123。在半导体激光元件110的第1电极111上形成有导电部130。然后，在绝缘层124以及导电部130上载置第1电极块121。如上所述，也可以在导电部130与第1电极块121之间配置有连接层。在该情况下，连接层形成在第1电极块121上。
62.如以上那样，能够制造半导体激光装置100。另外，上述的制造方法为一例，本公开
的半导体激光装置能够通过任意的方法来制造。
63.产业上的可利用性
64.本公开能够利用于半导体激光装置。
65.符号说明
66.100：半导体激光装置；
67.110：半导体激光元件；
68.111：第1电极；
69.130：导电部；
70.131：金属构件；
71.131a：第1基部；
72.131b：金属引线部；
73.131bp：突出部(金属引线部的一部分、弯曲部)；
74.131c：第2基部；
75.132：导电层。