[发明专利]半导体激光器的抗断裂金属化图案

说明书

关联申请的交叉引用

本申请要求2009年4月20日提交的美国申请No.12/426,563的优先权益。

背景

本公开涉及半导体激光器，包括但不仅限于：红外或近红外分布式反馈(DFB)激光器、分布式布拉格反射体(DBR)激光器、法布里-珀罗激光器等。本公开也涉及包含这类激光器的经频率转换的激光源。更具体地，本公开涉及半导体激光器的抗断裂金属化图案。

发明内容

尽管本公开的各种理念不仅限于工作在光谱的任何特定部分的激光器，然而在这里频繁地引用倍频绿光激光器，其示例性图示示出于图6中。在图6中，经频率转换的激光源100包括激光二极管110、波长转换器件120、耦合光学器件130、准直光学器件140以及输出滤色器150。在所示实施例中，使用耦合光学器件130将激光二极管110的输出(可以是IR光)耦合到波长转换器件120，该波长转换器件120可以是周期性极化MgO-掺杂的铌酸锂SHG晶体或一些其它类型的二次或更高次谐波波长转换器件，该耦合光学器件130可包括两个非球面透镜。在SHG晶体中产生的绿光和残留的IR泵浦光通过准直光学器件140被准直，并且剩下的IR光由滤色器150消除。

根据本公开的半导体激光器配有金属化图案以利于激光二极管的正确控制。例如，在经频率转换的激光源100的背景下，提供特殊的金属化图案以提供一些手段，籍此可在操作中调谐激光二极管110的发射波长以使其保持在波长转换器件120的转换带宽内。也可提供金属化图案用来控制激光二极管110的强度或调制率。金属化图案的不同部分可专门用来控制激光二极管的不同部分。尽管本公开不局限于任何特殊类型的控制机制，然而传统激光器设计采用金属接触焊盘，用于电流注入、热控制或其两者。本公开也构思半导体激光器中的金属化图案的尚在研发阶段的使用的适用性。

半导体激光器芯片的制造是复杂的并且经常涉及许多工艺步骤，包括材料生长、蚀刻、金属沉积和抛光。在制造激光器芯片后，通常由易碎材料制成的芯片(例如基于GaAs、InP、GaP、GaN、GaSb、InAs、InN、InSb或AlN的半导体材料系统)被安装在载体上。可由AlN或任意其它适合载体材料制成的载体提供所需的功能，即电连接、散热结构、机械支承等。经常被称为混合结构上芯片(COH)器件的这种类型封装件经常是例如合成绿光激光器的波长转换器激光源的重要组件。COH器件经常具有很高的芯片断裂率的特征，最常发生在COH器件暴露于温度变化后，所述温度变化可以是从-40℃至80℃的相对低温循环或例如在焊接操作中遇到的相对高的温度变化。在焊接操作中的温度变化可从300C至室温。

本发明人已认识到，芯片断裂最常发生在形成于半导体激光器芯片顶表面上的金属化焊盘的边界附近。进一步仔细的检查已发现，这些断裂常见地开始于金属化焊盘附近的芯片表面处，并通过半导体激光器芯片的横截平面传播。有限元模拟显示，在将半导体芯片安装于载体上之后，沿半导体芯片形成拉伸应力。必须注意，芯片内的幅值和天然(拉伸或挤压)应力取决于激光二极管芯片附连于其上的载体的材料特性以及温度加载(受热或受冷)的方向。确定应力性质的关键材料特性是激光二极管芯片和载体的热膨胀系数，并且两种材料的弹性模量在确定应力的幅值中起到一定作用。另外，应力性质依赖于整个结构正被加热还是正被冷却而改变。例如，在激光器操作中，整个结构将被加热，而在焊接操作中，整个结构将被冷却。如果这些应力集中线大体平行于激光器芯片的晶体平面行进，则随着应力级别在温度循环过程中增加，断裂能轻易地通过激光器芯片的横截面传播。

根据本公开的一些实施例，提供金属化图案以降低半导体激光器中芯片断裂的可能性。根据本文披露的一个实施例，金属化图案的焊盘边缘跨过激光器衬底的多个结晶平面而延伸。如此，在任何给定应力集中处开始的裂纹将需要跨衬底中的许多结晶平面传播，以达到很大的尺寸。

附图简述

本发明的特定实施例的以下详细描述可在结合以下附图阅读时被最好地理解，在附图中相同的结构使用相同的附图标记指示，而且在附图中：

图1是DBR激光二极管的抗断裂金属化图案的示意性平面图；

图2是其中金属化图案可相对于激光器芯片的晶格平面取向的方式的示意图；

图3-5示出根据本公开的一些构思的相邻接触构造；以及

图6是包含DBR激光二极管的经频率转换的激光源的一般化示意图。

详细说明