專利名稱：半導體激光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具備熱沉(heat sink)的半導體激光裝置。
背景技術：
現(xiàn)有的半導體激光裝置，例如記載于專利文獻1、專利文獻2以及專利文獻3中。專利文獻I中，記載有半導體激光條的兩面由金屬制的次載具(submount)夾持的半導體激光模塊。作為次載具的材料，可以使用Mo、W、Cu、Cu-W合金、Cu-Mo合金、SiC或AlN0各次載具的厚度為50 200 μ m。該半導體激光裝置中，半導體激光模塊安裝于液體冷卻式熱沉。由此，能夠矯正半導體激光條的彎曲。專利文獻2中，公開有如下半導體激光裝置:在熱沉上安裝半導體激光條，并且，熱沉中的與半導體激光條的安裝面相同的面上，貼付由線膨脹系數(shù)小的材料構成的加強構件。加強構件的材料包含Cu、Al、N1、W、Mo、Fe、Cr、Co以及Bi的任意一種。專利文獻3中，公開了液體冷卻式熱沉由樹脂層覆蓋、并安裝了半導體激光條的半導體激光裝置。該文獻中，公開了能夠提高冷卻效率并防止腐蝕或漏水的構造?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2007-73549號公報專利文獻2:日本特開2007-73549號公報專利文獻3:日本特許第4002234號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題然而，在組合半導體激光模塊和高品質(zhì)的液體冷卻式熱沉的情況下，特別是在使用多個半導體激光模塊來構成半導體激光堆的情況下，半導體激光模塊自身的彎曲應當被次載具所抑制，但是，來自半導體激光模塊的發(fā)光點位置，排列在從設計上的直線上略微變化的曲線上，從而觀察到不能得到目標的發(fā)光分布的發(fā)光特性的劣化現(xiàn)象。本發(fā)明是有鑒于上述的問題而完成的，其目的在于提供一種能夠抑制發(fā)光特性的劣化的半導體激光裝置。解決問題的技術手段本申請發(fā)明者們，對半導體激光裝置的特性劣化的原因進行了悉心研究。將線膨脹系數(shù)小的Cu-W合金作為一對次載具來采用，應當使用它們來夾持半導體激光條，所以發(fā)光點位置原則上不應當變更。但是，近年來的高品質(zhì)的液體冷卻型熱沉，冷卻效率高并且被小型化，但是由于厚度薄，其自身伸縮時在厚度方向也能彎曲。這一情況下，由于原本剛性應當高的激光模塊與高品質(zhì)熱沉的線膨脹系數(shù)的差，使兩者之間產(chǎn)生應力，熱沉在厚度方向上彎曲而變形。本申請發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，發(fā)光點位置的偏差是起因于該高性能的熱沉而產(chǎn)生的。
為了解決上述問題，本發(fā)明所涉及的半導體激光裝置，其特征在于，具備:具有在直線上排列的多個發(fā)光點的半導體激光條；在內(nèi)部形成流體通路的厚度為3_以下的板狀的液體冷卻式的熱沉；固定于半導體激光條的一個面、由與熱沉相比線膨脹系數(shù)小的材料構成、且固定于熱沉的第I次載具；固定于半導體激光條的另一個面且由與熱沉相比線膨脹系數(shù)小的材料構成的第2次載具；固定于所述熱沉中的所述第I次載具的安裝面的相反側的面的、與所述第I次載具相對的位置上、具有比熱沉小的線膨脹系數(shù)、厚度為0.1
0.5mm的鑰加強體。根據(jù)本發(fā)明的半導體激光裝置，液體冷卻式熱沉為高性能，但如上述那樣，在厚度薄的情況下，由于與激光模塊(半導體激光條+次載具)的線膨脹系數(shù)的差，會有彎曲的傾向。但是，在與激光模塊相反的一側，通過固定線膨脹系數(shù)小的鑰加強體，從而對于熱沉，有由來自激光模塊側的應力而要彎曲的力與由來自鑰加強體側的應力而要彎曲的力互相抵消的傾向。另外，通過將鑰加強體安裝于熱沉，從而整體的剛性也提高。因此，根據(jù)本發(fā)明的半導體激光裝置，能夠抑制熱沉的彎曲并抑制發(fā)光點位置的位移，從而能夠抑制發(fā)光特性的劣化。此外，鑰加強體是以鑰作為主成分(重量百分比80%以上)的加強體，但是，即使混入少許雜質(zhì)也能夠得到同樣的效果。為了解決上述問題，本發(fā)明所涉及的半導體激光裝置，其特征在于，是層疊多個半導體激光單元而成的半導體激光裝置，各個半導體激光單元具備:內(nèi)部形成有流體通路的板狀的液體冷卻式的熱沉；包含半導體激光條、且固定在所述熱沉的一個面?zhèn)鹊陌雽w激光模塊；固定于所述熱沉的另一個面?zhèn)鹊呐c所述半導體激光模塊相對的位置、具有比熱沉小的線膨脹系數(shù)、厚度為0.1 0.5mm的鑰加強體，一個所述半導體激光單元中的所述鑰加強體的一個面固定于自身的半導體激光單元的所述熱沉，另一個面固定于其他的半導體激光單元的所述半導體激光模塊。根據(jù)本發(fā)明的半導體激光裝置，液體冷卻式熱沉為高性能，但如上述那樣，在厚度薄的情況下，由于與激光模塊(半導體激光條+次載具)的線膨脹系數(shù)的差，會有彎曲的傾向。但是，可以明確，層疊激光模塊后，通過在與激光模塊相反的一側固定線膨脹系數(shù)小的鑰加強體，從而整體的剛性顯著提高。特別地，層疊全部的半導體激光單元之后，在各要素間具有熱熔融的粘結層的情況下，在各要素間配置粘結層后，同時加熱而使它們固定的情況下，整體的剛性顯著上升。因此，根據(jù)本發(fā)明的半導體激光裝置，能夠抑制熱沉的彎曲并抑制發(fā)光點位置的位移，從而能夠抑制發(fā)光特性的劣化。此外，鑰加強體是以鑰作為主成分(重量百分比80%以上)的加強體，但是，即使混入少許雜質(zhì)也能夠得到同樣的效果。為了解決上述問題，本發(fā)明所涉及的半導體激光裝置，其特征在于，是層疊多個半導體激光單元而成的半導體激光裝置，各個半導體激光單元具備:內(nèi)部形成有流體通路的板狀的液體冷卻式的熱沉；包含半導體激光條、且固定在所述熱沉的一個面?zhèn)鹊陌雽w激光模塊；固定于所述熱沉的另一個面?zhèn)鹊呐c所述半導體激光模塊相對的位置、具有比熱沉小的線膨脹系數(shù)、厚度為0.1 0.5mm的鑰加強體，一個所述半導體激光單元中的所述鑰加強體的一個面固定于自身的半導體激光單元的所述熱沉，另一個面固定于其他的半導體激光單元的所述半導體激光模塊。
根據(jù)本發(fā)明的半導體激光裝置，液體冷卻式熱沉為高性能，但如上述那樣，在厚度薄的情況下，由于與激光模塊(半導體激光條+次載具)的線膨脹系數(shù)的差，會有彎曲的傾向。但是，可以明確，層疊激光模塊后，通過在與激光模塊相反的一側固定線膨脹系數(shù)小的鑰加強體，整體的剛性顯著提高。特別地，層疊全部的半導體激光單元之后，在各要素間具有熱熔融的粘結層的情況下，在各要素間配置粘結層后，同時加熱而使它們固定的情況下，整體的剛性顯著上升。因此，根據(jù)本發(fā)明的半導體激光裝置，能夠抑制熱沉的彎曲并抑制發(fā)光點位置的位移，從而能夠抑制發(fā)光特性的劣化。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的半導體激光裝置，能夠抑制發(fā)光特性的劣化。


圖1是 半導體激光裝置的立體圖。圖2是半導體激光裝置的從箭頭II方向看到的側面圖。圖3是半導體激光裝置的從箭頭III方向看到的正面圖。圖4是半導體激光裝置的分解立體圖。圖5是半導體激光條的立體圖。圖6是液體冷卻式的熱沉的分解立體圖。圖7是熱沉的寬度方向尺寸增大后的半導體激光裝置的正面圖。圖8是作為比較例的半導體激光裝置的正面圖。圖9是半導體激光裝置的立體圖。圖10是半導體激光裝置的從箭頭X方向看到的側面圖。圖11是半導體激光裝置的從箭頭XI方向看到的正面圖。圖12是半導體激光單元的立體圖。圖13是半導體激光單元的從箭頭XIII方向看到的側面圖。圖14是半導體激光單元的從箭頭XIV方向看到的正面圖。圖15是半導體激光單元的分解立體圖。圖16是熱沉的寬度方向尺寸增大后的半導體激光裝置的正面圖。圖17是作為比較例的半導體激光單元的正面圖。符號的說明:10…半導體激光裝置、L...熱沉、2…半導體激光模塊、3…鑰加強體。
具體實施例方式以下，說明實施方式所涉及的半導體激光裝置。此外，對相同的要素使用相同的符號，省略重復的說明。圖1是半導體激光裝置的立體圖。圖2是半導體激光裝置的從箭頭II方向看到的側面圖。圖3是半導體激光裝置的從箭頭III方向看到的正面圖。該半導體激光裝置10，具備熱沉(heat sink) 1、固定于熱沉I的激光模塊2、固定于熱沉I中的與激光模塊2相對的位置的加強體3，根據(jù)需要，可以在熱沉I的上表面經(jīng)由粘結層而具備覆蓋構件。這樣的覆蓋構件，具有作為在內(nèi)部導入水等的冷卻介質(zhì)的情況下的密封材的作用。根據(jù)需要，在開口 lc2，lc3的周圍配置O型環(huán)等。熱沉I為內(nèi)部形成有流體通路的板狀的液體冷卻式的熱沉。另外，熱沉I的厚度Zl為3_以下，因此，在單體中，容許在厚度方向上彎曲。熱沉I的詳細構造，如后面所述的圖6所示。激光模塊2，在第I次載具(submount) 2a和第2次載具2c之間夾持半導體激光條(bar)2b。第I次載具2a經(jīng)由粘結層tl固定于熱沉I的上表面，并且，經(jīng)由粘結層t2固定于半導體激光條2b。另外，半導體激光條2b經(jīng)由粘結層t3固定于第2次載具2c。SP，在半導體激光條2b的一個面，粘著有第I次載具2a，在半導體激光條2b的另一個面，粘著有第2次載具2c。此外，構成各個次載具2a，2c的材料的線膨脹系數(shù)(熱膨脹系數(shù))小于熱沉I的線膨脹系數(shù)，另外，形狀為板狀(長方體)。作為次載具2a，2c的構成材料，可以使用Mo、W、Cu、Cu-W合金、Cu-Mo合金、SiC或AlN,各次載具的厚度為50 200 μ m。加強體3由板狀的鑰(Mo)構成，經(jīng)由粘結層t5而被固定于熱沉I中的與第I次載具的安裝面為相反側的面的、與第I次載具2a相對的位置上。加強體3的構成材料，具有比熱沉I小的線膨脹系數(shù)，另外，與次載具不同，厚度在0.1 0.5_的范圍內(nèi)。此外，鑰加強體3是以鑰作為主成分(重量百分比80%以上)的加強體，但是，即使混入少許雜質(zhì)也能夠得到同樣的效果。此處，次載具優(yōu)選使用Cu-W合金，加強體3優(yōu)選使用鑰。作為其理由，其一是具有抵消伸縮時賦予熱沉I的應力的效果，其他是由于具有以下的效果。即，Cu-W合金的熱傳導良好，此外，與半導體激光條的膨脹率接近，因此，作為半導體激光條的次載具非常合適。另外，在次載具，作為電極的要素也是必要的，因此，為了進行電氣導通，它們由金屬材料構成。設定XYZ三維正交坐標系，將發(fā)光點的排列方向作為Y軸(激光條的長邊方向)，將激光條2b的厚度方向作為Z軸，激光的出射方向與X軸平行，則各構成要素的例示尺寸(優(yōu)選范圍)，如以下所示。(I)熱沉I的尺寸X 方向長度 Xl:30mm (10mm 3Omm)Y 方向長度 Yl (本例中=Y3):12mm (10mm 12mm)Z 方向長度 Zl: 1.1mm (Imm 3mm)(2)半導體激光模塊2的尺寸X 方向長度 X2:2mm (1mm 5mm)Y 方向長度 Y2 (本例中=Y3):10_ (5mm 12mm)Z 方向長度 Z2:450 μ m (300 μ m 600 μ m)次載具2a 的厚度 Z3a: 150 μ m (100 μ m 300 μ m)次載具2a的X方向長度=X2次載具2a的Y方向長度=Y2 (=Y3 )次載具2c 的厚度 Z3c:150 μ m (100 μ m 300 μ m)次載具2c的X方向長度=X2次載具2c的Y方向長度=Y2 (=Y3 )
半導體激光條2b的厚度Z3c:140 μ m (100 μ m 150 μ m)半導體激光條2b的X方向長度X2b:2mm (Imm 5mm)此外，本例中，X2b〈X2。這是為了確保用于在次載具安裝電力供給線的區(qū)域。半導體激光條2b的Y方向長度Y2b=Y2 (=Y3)(3)加強體3的尺寸X 方向長度 Χ3:2mm (1mm 5mm)Y 方向長度 Y3:10mm (5mm 12mm)Z 方向長度 Z3:150 μ m (100 μ m 500 μ m)此外，粘結層tl、t2、t3、t5全部由焊料材料構成，分別具有厚度Zt。作為粘結層，可以使用SnAgCu或AuSn,但是,在t2、t3中可以使用AuSn,在tl、t5中可以使用SnAgCu。厚度Zt的例示尺寸為10 μ m,優(yōu)選范圍為3 20 μ m。對于上述數(shù)值范圍的效果進行說明，則數(shù)值范圍為3 20 μ m的情況下，具有能夠使焊料不伸出、并且遍及整體而均勻地接合的效果。此處，液體冷卻式的熱沉1、第I次載具2a、半導體激光條2b、第2次載具2c、以及鑰加強體3的物理量以半導體激光條的彎曲幾乎不存在的方式進行調(diào)整。圖4是半導體激光裝置的分解立體圖。熱沉I具有用于導入冷卻介質(zhì)的開口(貫通孔)lc2, lc3，但是，它們也可與能夠設置在熱沉I上的覆蓋構件的開口(貫通孔)連通。覆蓋構件為對應于需要而設置的構件，能夠作為對冷卻介質(zhì)的密封功能或組入到外部裝置的情況下的隔離物而起作用。在熱沉I的上表面?zhèn)?，?jīng)由粘結層而配置激光模塊2，在背面?zhèn)?，?jīng)由粘結層配置加強體3，之后，對其沿z軸方向同時施加熱和壓力，然后，通過冷卻到室溫，將它們固定。粘結層可以是能夠熔化的程度的溫度。根據(jù)需要，將合適的覆蓋構件經(jīng)由粘結層而配置于熱沉I的上表面上，對其施加同樣的熱和壓力，從而進行固定。圖5是半導體激光條的立體圖。激光條2b具有沿Y軸的直線上排列的多個發(fā)光點2b2。激光條2b由化合物半導體基板2bl構成，在發(fā)光點2b2的位置，存在活性層，包覆(clad)層位于其兩側。作為化合物半導體的材料，已知有GaN、AlGaAs, GaN, AlGaN或其中含有In的混晶。本例中，激光條2b，將GaAs作為主成分，在活性層中進一步含有In，位于其兩側的包覆層中進一步含有Al。此外，GaAs和Cu-W合金的熱膨脹系數(shù)接近，因此，次載具/激光條之間的應力小。此處，對于高性能的液體冷卻式熱沉I進行說明。圖6是液體冷卻式熱沉的分解立體圖。熱沉I將3塊金屬制(本例中為Cu)的板狀構件lal，lbl, Icl層疊并固定而成。最下部的板狀構件Ial具有:2個開口(貫通孔)la2, la3，與上側的板狀構件Ibl的下表面一起構成流體流路的凹部la4。凹部la4與開口 la3相連。中央的板狀構件Ibl具有2個開口(貫通孔)lb2，lb3和構成流體流路的多個貫通孔lb4。貫通孔lb4位于與凹部la4相對的位置。上部的板狀構件Icl具有:2個開口(貫通孔)lc2, lc3，與下側的板狀構件Ibl的上表面一起構成流體流路的凹部lc4。凹部lc4與開口 lc2相連，與開口 lc3不相連。冷卻介質(zhì)沿著從下方朝向上方的箭頭Wl被導入熱沉I內(nèi)，這可以是通過連通的開口群Ia3、lb3、lc3而向上部穿過，也可以是如箭頭W2所示的那樣，通過由凹部la4，貫通孔lb4，凹部lc4所規(guī)定的流體流路，而到達開口 lc2。從開口 lc2沿著箭頭W3而導入熱沉I內(nèi)的冷卻介質(zhì)，也可以通過連通的開口群Ic2、lb2、la2，向下方穿過。此外,板狀構件由Cu等的金屬構成，但是，其表面被樹脂層覆蓋，能夠防止腐蝕。圖7是熱沉的寬度方向尺寸增大后的半導體激光裝置的正面圖。在上述說明中，熱沉I的Y方向長度Yl與加強體3的Y方向長度Y3 —致，但是，如該圖所示那樣，也可大于Y3。另外，熱沉I的X方向長度也可比上述實施方式中的長度更長。在這一情況下，也能夠得到與上述實施方式相同的效果。圖8是作為比較例的半導體激光裝置的正面圖。在比較例中，如圖3所示的實施方式的半導體激光裝置中，將加強體3的安裝位置變更為熱沉I的上表面的兩側而成為加強體3Z。比較例中的其他構造與圖3所示的構造相同。上述水冷熱沉等的液體冷卻式熱沉為高性能，但在厚度薄的情況下，由于與激光模塊2的線膨脹系數(shù)的差，會有彎曲的傾向。在比較例的情況下，在熱沉I的冷卻時，在箭頭Fl方向上縮小的力起作用，但半導體激光模塊2，線膨脹系數(shù)比熱沉I小，對其作用在箭頭F2方向上縮小的力。即，由于線膨脹系數(shù)的差，會有以向上凸的方式變形的傾向。當然，由于加強體3Z被固定，因此，熱沉I的伸縮稍微被緩和，但是不能抑制整體的變形。另一方面，如圖3所示的實施方式那樣，通過在與激光模塊2相反的一側固定線膨脹系數(shù)小的鑰加強體3，從而對于熱沉1，有由來自激光模塊2側的應力(箭頭F2所示的力)而要彎曲的力與由來自加強體3側的應力(箭頭F3所示的力)而要彎曲的力互相抵消的傾向。另外，通過將加強體3安裝于熱沉1，從而整體的剛性也提高。因此，根據(jù)實施方式的半導體激光裝置10，能夠抑制熱沉I的彎曲并抑制發(fā)光點位置的位移，從而能夠抑制發(fā)光特性的劣化。另外，上述構造的情況下，由于熱沉I的變形被抑制，所以能夠抑制從熱沉I的漏水。另外，將向激光的電力供給線(激光驅(qū)動時，在半導體激光條的上下次載具之間供給電力)安裝于次載具的情況下，能夠抑制該供給線脫落。另外，將透鏡配置于半導體激光裝置的前面的情況下，由于發(fā)光點位置不偏離，因此，能夠制造高精度的產(chǎn)品。在上述例示的尺寸中，制作半導體激光裝置的情況下，能夠制作出重復性良好并能夠使熱沉I的彎曲量為
1.5 μ m以下、并可以抑制發(fā)光特性的劣化的半導體激光裝置。圖9是層疊多個半導體激光單元10而成的半導體激光裝置的立體圖，圖10是半導體激光裝置的從箭頭X方向看到的側面圖，圖11是半導體激光裝置的從箭頭XI方向看到的正面圖。該半導體激光裝置是所謂的半導體激光堆(stack)，沿Z軸層疊多個半導體激光單元10而成。該圖中，例示層疊3個半導體激光單元10的例子，但也能夠?qū)盈B2個或4個以上的半導體激光單元10。各個半導體激光單元10，其詳細構造在圖12之后顯示，具備熱沉1、半導體激光模塊2、由鑰構成的加強體3，在半導體激光單元10之間具備在內(nèi)部具有流體通路的隔離物4。熱沉I為內(nèi)部形成有流體通路的板狀的液體冷卻式的熱沉，在單體中，具有能夠在厚度方向上彎曲的剛性。半導體激光模塊2在中央包含半導體激光條2b，固定于熱沉I的上表面(一個面)側。加強體3固定于熱沉I的下表面(另一個面)側的與半導體激光模塊2相對的位置，但是，具有比熱沉I小的線膨脹系數(shù)。各個加強體3的厚度為0.1 0.5_。各單元10被鑰加強而使彎曲被抑制，將這些單元10層疊并加壓。此外，單元10彼此不由焊料接合，通過從上加壓，從而接觸。對應于一個熱沉I的溫度的伸縮量，由具有低線膨脹系數(shù)的加強體3而被限制，因此具有熱沉I自身難以形變的優(yōu)點。因此，能夠抑制起因于該熱沉I的形變而使半導體激光單元2彎曲。當然，特別地，如果著眼于位于上下方向的兩端部以外的半導體激光單元10(例如:中央的半導體單元)，則對于半導體激光模塊2，伸縮被抑制的下部的熱沉I與上部的加強體3接觸，因此能夠顯著地抑制半導體激光模塊2自身的彎曲。如果著眼于兩端的半導體激光單元10，則在自身的熱沉1，起因于與下部的加強體3的熱膨脹系數(shù)差的應力與起因于與上部的激光模塊2的熱膨脹系數(shù)差的應力在相同方向上并且以同等大小施加，因此，作為整體，成為應力互相抵消的構造。因此，兩端的半導體激光模塊10中，起因于熱沉I的彎曲的彎曲被抑制。另外，層疊半導體激光單元10的情況下，在自身的加強體3和位于其下的次載具2c之間，也可介有導電性的粘結層，在本例中，它們相接觸。這樣的粘結層的材料，與其他的粘結層tl等的材料相同。位于粘結層的兩側的要素，從減少冷卻時的形變的觀點出發(fā)，優(yōu)選將它們層疊后同時加熱而固定。當然，分別使用粘結層tl、t2、t3、t5固定各單元10而完成后，也可經(jīng)由粘結層將各單元10彼此粘結。隔離物4介在于半導體激光單元10之間，由金屬或絕緣體構成。由Cu等的金屬構成的情況下，如果與熱沉I的粘結層使用絕緣材料，則可防止半導體激光單元10之間的短路；由玻璃或陶瓷等的絕緣體構成的情況下，對于粘結層的材料沒有限定。本例中，隔離物4由硅酮樹脂(橡膠)構成，在與熱沉之間，不存在粘結層。驅(qū)動半導體激光堆的情況下，上部的電極即次載具2c與下部的電極即次載具2a之間也可供給驅(qū)動電流。各次載具經(jīng)由加強體3而電連接，因此，理論上如果在堆整體中的最上部的次載具2c與最下部的次載具2a之間施加驅(qū)動電壓，則位于其間的導體激光條2b全部被供給電流，從各半導體激光條2b中的二維狀的發(fā)光點向-X方向射出多個激光。各熱沉I具有在厚度方向上延伸的兩個貫通孔lc2，lc3，它們與隔離物4的貫通孔42，43分別連通。從最下部的貫通孔lc3沿箭頭Wl導入的冷卻介質(zhì)(參照圖10)，如箭頭W2和Wl所示，通過熱沉I內(nèi)的流體通路以及隔離物4的貫通孔43，能夠在最上部的熱沉I以及貫通孔lc3內(nèi)穿過，另外，通過熱沉I的內(nèi)部的流體通路，能夠在貫通孔lc2內(nèi)穿過。從最上部的貫通孔lc2沿箭頭W3導入的冷卻介質(zhì)，多通過與之連通的貫通孔群，能夠從最下部的貫通孔lc2穿過。另外，根據(jù)需要，以分別包圍貫通孔lc2，lc3,42,43的方式，在熱沉I的上下表面或隔離物4的上表面配置O型環(huán)R2，R3 (參照圖10)，優(yōu)選提高與其接觸的構件之間的密封性。其次，說明各個半導體激光單元10的構造。圖12是半導體激光單元的立體圖。圖13是半導體激光單元的從箭頭XIII方向看到的側面圖。圖14是半導體激光單元的從箭頭XIV方向看到的正面圖。
該半導體激光單元具備:熱沉I ;固定于熱沉I的激光模塊2 ;固定于熱沉I中的與激光模塊2相對的位置上的加強體3 ;配置于熱沉I的上表面，以由來自上方的壓力不移動的方式固定的隔離物4。隔離物4具有作為在內(nèi)部導入水等的冷卻介質(zhì)的情況下的密封材的功能，根據(jù)需要在設置于構件4的開口 42、43的周圍配置O型環(huán)等。熱沉I為內(nèi)部形成有流體通路的板狀的液體冷卻式的熱沉。另外，熱沉I的厚度Zl為3_以下，因此，單體中，容許在厚度方向上彎曲。熱沉I的詳細構造，如后面所述的圖9所示。激光模塊2,在第I次載具2a和第2次載具2c之間,夾持半導體激光條2b。第I次載具2a經(jīng)由粘結層tl固定于熱沉I的上表面，并且經(jīng)由粘結層t2，固定于半導體激光條2b。此外，半導體激光條2，經(jīng)由粘結層t3固定于第2次載具2c。即，在半導體激光條2b的一個面，粘著有第I次載具2a，在半導體激光條2b的另一個面，粘著有第2次載具2c。此夕卜，構成各個次載具2a、2c的材料的線膨脹系數(shù)(熱膨脹系數(shù))，小于熱沉I的線膨脹系數(shù)，另外，形狀為板狀(長方體)。作為次載具2a、2c的構成材料，可以使用Mo、W、Cu、Cu-W合金、Cu-Mo合金、SiC或AlN0各次載具的厚度可為50 200 μ m。加強體3，由板狀的鑰(Mo)構成，經(jīng)由粘結層t5而固定于熱沉I中的與第I次載具的安裝面為相反側的面的、與第I次載具2a相對的位置上。加強體3的構成材料，具有比熱沉I小的線膨脹系數(shù)，另外，與次載具不同，厚度在0.1 0.5_的范圍內(nèi)。此外，鑰加強體3是以鑰作為主成分(重量百分比80%以上)的加強體，但是，即使混入少許雜質(zhì)也能夠得到同樣的效果。此處，次載具優(yōu)選使用Cu-W合金，加強體3優(yōu)選使用鑰。作為其理由，其一是具有抵消伸縮時賦予熱沉I的應力的效果，其他是由于具有以下的效果。即，Cu-W合金的熱傳導良好，此外由于與半導體激光條的膨脹率接近，因此，作為半導體激光條的次載具非常合適。另外，在次載具，作為電極的要素也是必要的，因此，為了進行電氣導通，它們由金屬材料構成。此外，設定XYZ三維正交坐標系，將發(fā)光點的排列方向作為Y軸(激光條的長邊方向)，將激光條2b的厚度方向作為Z軸，激光的出射方向與X軸平行，則各構成要素的例示尺寸(優(yōu)選范圍)，如上述那樣。此外，設定為，隔離物4的X軸方向尺寸X4小于尺寸X1-X2，Y軸方向尺寸Y4與Y3 —致，Z軸方向尺寸TA大于Z2。此外，粘結層tl、t2、t3、t5全部由焊料材料構成，分別具有厚度Zt。作為粘結層可以使用SnAgCu或AuSn,但是,在t2、t3中可以使用AuSn,在tl、t5中可以使用SnAgCu。厚度Zt的例示尺寸為ΙΟμπι，另外，隔離物4由陶瓷等的絕緣體構成的情況下，可以使焊料材料等的粘結層介于樹脂層和熱沉之間，本例中，作為隔離物4，使用硅酮樹脂(橡膠)，具有絕緣性和密封材的作用。優(yōu)選范圍為3 20μπι。對于上述數(shù)值范圍的效果進行說明，則數(shù)值范圍為3 20 μ m的情況下，具有能夠使焊料不伸出并且遍及整體而均勻地接合的效果。此處，液體冷卻式的熱沉1、第I次載具2a、半導體激光條2b、第2次載具2c、以及鑰加強體3的物理量以半導體激光條的彎曲幾乎不存在的方式進行調(diào)整。圖15是半導體激光單元的分解立體圖。熱沉I具有用于導入冷卻介質(zhì)的開口(貫通孔)lc2, lc3，它們與隔離物4的開口(貫通孔)42、43連通。隔離物4根據(jù)需要而設置，具有對于冷卻介質(zhì)的密封功能，在半導體激光堆的情況下，在最上部的激光單元上設置隔離物4，使其也能夠作為組入到外部裝置的情況下的隔離物而起作用。在熱沉I的上表面?zhèn)?，?jīng)由粘結層配置激光模塊2，在背面?zhèn)?，?jīng)由粘結層配置加強體3，之后，對其沿z軸方向同時施加熱和壓力，然后，通過冷卻到室溫，將它們固定。粘結層可以是能夠熔化的程度的溫度。根據(jù)需要，將隔離物4經(jīng)由粘結層而配置于熱沉I的上表面上，對其施加同樣的熱和壓力，從而進行固定。在該固定中，能夠在堆疊全部的半導體激光單元10的構成要素后同時進行。這一情況下，由于在固定工序中全部的應力同時施加于各要素，因而有減少各要素的形變的優(yōu)點。即，在各要素3，I, 2a, 2b, 2c, 4之間配置粘結層后，同時加熱而將它們固定的情況下，整體的剛性顯著上升。當然，能夠進行各個單元10的粘結，在完成的單元10之間使隔離物4介在，通過僅對其施加壓力，從而不使用粘結劑而進行固定。如果彎曲的單元10被堆疊，則產(chǎn)生間隙，從而容易引起漏水或?qū)ú涣?，但是，如果是彎曲被抑制的單?0，則有容易堆疊、上述那樣的不良情況難以產(chǎn)生的優(yōu)點。此外，半導體激光條的結構如圖5所示。液體冷卻式的熱沉的分解立體結構如圖6所示。圖16是熱沉的寬度方向尺寸增大后的半導體激光裝置的正面圖。上述說明中，熱沉I的Y方向長度Yl與加強體3的Y方向長度Y3—致，但是，如該圖所示那樣，也可大于Y3。另外，熱沉I的X方向長度也可比上述實施方式中的長度更長。在這一情況下，也能夠得到與上述實施方式相同的效果。圖17是作為比較例的半導體激光單元的正面圖。該比較例中，如圖14所示的實施方式的半導體激光單元中，將加強體3的安裝位置變更為熱沉I的上表面的兩側而成為加強體3Z。比較例中的其他構造與圖14所示的構造相同。上述水冷熱沉等的液體冷卻式熱沉為高性能，但在厚度薄的情況下，由于與激光模塊2的線膨脹系數(shù)的差，會有彎曲的傾向。在比較例的情況下，在熱沉I的冷卻時，在箭頭Fl方向縮小的力起作用，但是，半導體激光模塊2，線膨脹系數(shù)比熱沉I小，對其作用在箭頭F2方向上縮小的力。即，由于線膨脹系數(shù)的差，具有變形成向上凸的傾向。當然，由于加強體3Z被固定，因此，熱沉I的伸縮稍微被緩和，但是不能抑制整體的變形。另一方面，如圖14所示的實施方式那樣，通過在與激光模塊2相反的一側固定線膨脹系數(shù)小的鑰加強體3，從而對于熱沉1，有由來自激光模塊2側的應力(箭頭F2所示的力)而要彎曲的力與由來自加強體3側的應力(箭頭F3所示的力)而要彎曲的力互相抵消的傾向。另外，通過將加強體3安裝于熱沉1，從而整體的剛性也提高，同時通過采用進行粘結的堆構造，從半導體激光條的上下兩面方向?qū)ζ涫┘拥膽ψ冃　Ｒ虼?，根?jù)堆疊了實施方式的半導體激光單元10的半導體激光裝置，能夠抑制熱沉I的彎曲并抑制發(fā)光點位置的位移，從而能夠抑制發(fā)光特性的劣化。另外，上述構造的情況下，由于熱沉I的變形被抑制，所以能夠抑制從熱沉I的漏水。另外，將向激光的電力供給線(激光驅(qū)動時，在半導體激光條的上下次載具之間供給電力)安裝于次載具的情況下，能夠抑制該供給線脫落。另外，將透鏡配置于半導體激光裝置的前面的情況下，由于發(fā)光點位置不偏離，因此，能夠制造高精度的產(chǎn)品。
權利要求
1.一種半導體激光裝置，其特征在于， 具備: 半導體激光條，具有在直線上排列的多個發(fā)光點； 板狀的液體冷卻式的熱沉，在內(nèi)部形成有流體通路，且厚度為3mm以下； 第I次載具，固定于所述半導體激光條的一個面，由與所述熱沉相比線膨脹系數(shù)小的材料構成，且固定于所述熱沉； 第2次載具，固定于所述半導體激光條的另一個面，由與所述熱沉相比線膨脹系數(shù)小的材料構成；以及 鑰加強體，固定于所述熱沉中的所述第I次載具的安裝面的相反側的面的、與所述第I次載具相對的位置上，具有比熱沉小的線膨脹系數(shù)，且厚度為0.1 0.5mm。
2.—種半導體激光裝置，其特征在于， 是層疊多個半導體激光單元而成的半導體激光裝置， 各個半導體激光單元具備: 板狀的液體冷卻式的熱沉，內(nèi)部形成有流體通路； 半導體激光模塊，包含半導體激光條，且固定在所述熱沉的一個面?zhèn)?；以及鑰加強體，固定于所述熱沉的另一個面?zhèn)鹊呐c所述半導體激光模塊相對的位置，具有比熱沉小的線膨脹系數(shù)，且厚度為0.1 0.5mm, 一個所述半導體激光單元中的所述鑰加強體的一個面固定于自身的半導體激光單元的所述熱沉，另一個面固定于其他的半導體激光單元的所述半導體激光模塊。
全文摘要
將半導體激光模塊(2)安裝于液體冷卻式的熱沉(1)。在與半導體激光模塊(2)的安裝面相反側的面上，固定有鉬加強體(3)。鉬具有比熱沉(1)小的線膨脹系數(shù)。次載具優(yōu)選使用Cu-W合金，加強體(3)優(yōu)選使用鉬。這一情況下，伸縮時賦予熱沉(1)的應力能夠互相抵消。
文檔編號H01S5/022GK103155310SQ20118004976
公開日2013年6月12日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權日2010年10月15日
發(fā)明者影山進人, 宮島博文, 菅博文 申請人:浜松光子學株式會社