一種半導體激光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于半導體激光器封裝領域，涉及一種采用新型金屬鍵合方法制備的半導體激光器。
【背景技術】
[0002]目前的半導體激光器大多數是采用焊料鍵合的封裝技術制備出來的，也就是通過焊料在高溫下熔化使得激光器芯片和起散熱作用的散熱器或制冷器結合在一起，封裝成可以工作的器件。目前采用焊料鍵合的封裝技術存在以下不足:
[0003]對于采用焊料鍵合方式封裝的半導體激光器，芯片金屬層和散熱器或制冷器之間由于增加了焊料層，因此增加了形成熱空洞的幾率，最終增加了激光器失效的風險，并影響到激光器的可靠性和長期壽命。
[0004]對于采用焊料鍵合方式封裝的半導體激光器，其制備工藝由于多了焊料層，工藝控制較為復雜，也會出現由于焊料問題引起的良率問題，使得其成本較高。
【實用新型內容】
[0005]本發明的目的在于克服上述【背景技術】的缺點，提供一種采用新型金屬鍵合方法制備的半導體激光器。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案解決的:
[0007]一種用于半導體激光器的金屬鍵合方法，包括以下步驟:
[0008](1)對半導體激光器芯片與散熱器進行表面預處理，使半導體激光器芯片表面、散熱器表面平整、無污染，散熱器表面粗糙度< 0.3 μπι ;
[0009](2)在散熱器表面鍍第一金屬鍵合媒介層，第一金屬鍵合媒介層依次為鎳(Ni)、金(Au)、鈦(Ti)、鉑(Pt)和金(Au)，在半導體激光器芯片表面鍍第二金屬鍵合媒介層，第二金屬鍵合媒介層依次為鈦(Ti)、鉑(Pt)、金(Au)，在散熱器表面的第一金屬鍵合媒介層外表面設置關鍵層，所述關鍵層的材料為銦(In)、金鎘合金(AuGe)、金錫合金(AuSn)、錫銀銅合金(SnAgCu)或銦錫合金(InSn)等；
[0010](3 )將半導體激光器芯片置于散熱器上，并將半導體激光器芯片的正極面(P面)與散熱器的關鍵層表面相貼合；在真空條件下對半導體激光器芯片、散熱器進行加熱，最終溫度值控制在關鍵層材料熔點值的80%-90%，并對半導體激光器芯片和散熱器進行加壓，壓力控制在0.03-0.1 MPa/m2，在最終溫度保溫并保壓0.5-4小時；
[0011](4)在半導體激光器芯片的負極面(N面)設置負電極鏈接片。
[0012]上述步驟二中，所述散熱器表面鍍第一金屬鍵合媒介層，所述的鎳(Ni)的厚度為
1.0?3.0 μ m，鈦的厚度為0.1-0.3 μ m，鉑的厚度為0.05-0.2 μ m，金的厚度為0.1-0.3 μ m ;所述的關鍵層材料厚度為3-5 μπι。
[0013]上述步驟三中，所述真空條件，真空度為10 2-10 4Pa，加熱的方式是逐步升溫至最終溫度，升溫速度為0.3°C /s-l°c /s，最終溫度值為關鍵層材料熔點溫度值的80%-90%，在最終溫度保溫保壓。
[0014]上述步驟三中，所述的加熱的方式是對半導體激光器芯片及散熱器同時進行加熱。
[0015]所述的半導體激光器芯片為單發光單元半導體激光器芯片或者多發光單元半導體激光器芯片，所述的半導體激光器芯片個數為1個或者多個，所述的半導體激光器芯片的電聯接方式為串聯或者并聯的電聯接方式。
[0016]使用本發明的金屬鍵合方法制備的半導體激光器結構，包括半導體激光器芯片和散熱器，還包括第一金屬鍵合媒介層、第二金屬鍵合媒介層及關鍵層，所述的第一金屬鍵合媒介層設置在散熱器表面，第一金屬鍵合媒介層依次為鎳(Ni)、金(Au)、鈦(Ti)、鉑(Pt)和金(Au)，所述的第二金屬鍵合媒介層設置在半導體激光器芯片表面，第二金屬鍵合媒介層依次為鈦(Ti)、鉑(Pt)、金(Au)，所述的關鍵層設置在散熱器的第一金屬媒介層表面，所述的半導體激光器芯片和散熱器通過關鍵層原子互擴散鍵合為整體，且半導體激光器芯片的正極面(P面)與散熱器的關鍵層表面相貼合，所述的半導體激光器芯片的負極面(N面)設置有負電極連接片。
[0017]上述使用本發明的金屬鍵合方法制備的半導體激光器中，第一金屬鍵合媒介層，鎳的厚度為1.0-3.0 μm，鈦的厚度為0.1-0.3 μπι,鉑的厚度為0.05-0.2 μπι,金的厚度為0.1-0.3 μ?? ;所述的關鍵層材料為銦(In)、金鎘合金(AuGe)、金錫合金(AuSn)、錫銀銅合金(SnAgCu)或銦錫合金(InSn)等，所述的關鍵層材料厚度為3_5 μπι。
[0018]上述使用本發明的金屬鍵合方法制備的半導體激光器中，所述的半導體激光器芯片為單發光單元半導體激光器芯片或者多發光單元半導體激光器芯片。
[0019]所述的半導體激光器芯片的負極面(Ν面)設置負電極連接片，可以是通過金線鍵合的方式也可以是直接設置金屬片作為負極連接片。
[0020]本發明的原理如下:
[0021]半導體激光器芯片與散熱器材料之間設置關鍵層，在一定的溫度(關鍵層熔點的80%?90%)和一定的壓力下，兩個平整表面緊密貼合。在芯片與關鍵層界面處原子在適當熱與壓力作用下保壓一定時間，金屬層原子發生相互擴散，進而實現半導體激光器芯片與散熱器的鍵合。此方法的鍵合質量高、強度大，熱和壓力促進金屬層原子發生相互擴散，同時破壞界面上的氧化層，使金屬與金屬接觸面間達到原子的引力范圍，從而使原子間產生吸引力，達到鍵合的目的。在一定的熱和壓力下，芯片的金屬結構層原子與散熱器的金屬結構層原子互相擴散，結合成一體化的金屬結構層，一方面結合力更好，一方面，基本保持了芯片和散熱器的外形結構，如不變形，可以使半導體激光器巴條獲得接近零的近場非線性(smile)值。關鍵層原子互擴散速率取決于溫度、壓力和時間，最高溫度受器件熱預算的限制。半導體激光器芯片的受力面積應與芯片與散熱器重疊面積一致，避免受力不均勻。
[0022]本發明有如下優點:
[0023]使用本發明的半導體激光器用金屬鍵合法方法制備的半導體激光器可靠性高，缺陷少，通過加熱加壓保壓使得半導體激光器芯片上的金屬鍵合媒介層與散熱器表面的關鍵層形成合金相結構，達到半導體激光器芯片和散熱器結合緊密的目的，降低了空洞等缺陷，在進行金屬鍵合時，需求溫度較低于關鍵層材料熔點以下，可以降低由于散熱器與半導體激光器芯片熱膨脹系數不匹配導致的較大熱應力。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明實施例結構拆解示意圖。
[0025]圖2為本發明實施例結構示意圖。
[0026]附圖標號說明:1為半導體激光器芯片；2為散熱器；3為第一金屬鍵合媒介層；4為第二金屬鍵合媒介層；5為關鍵層