專(zhuān)利名稱(chēng)：氮化物半導(dǎo)體激光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化物半導(dǎo)體激光器件，尤其涉及這樣一種氮化物半導(dǎo)體激光器件，特征在于其處于罩之中的氣氛內(nèi)，在該罩中密封氮化物半導(dǎo)體激光元件。
背景技術(shù)：
日本專(zhuān)利申請(qǐng)第10-313147號(hào)中公開(kāi)了一種可以安裝在真空環(huán)境或高壓環(huán)境中的常規(guī)半導(dǎo)體激光器件。所公開(kāi)的半導(dǎo)體激光器件的細(xì)節(jié)如下。參考圖4，在日本專(zhuān)利申請(qǐng)第10-313147號(hào)中公開(kāi)的半導(dǎo)體激光光源包括諸如以下的部件，發(fā)射激光束的半導(dǎo)體激光器芯片41；散熱器42，其一端上設(shè)置有半導(dǎo)體激光器芯片41；管座43，散熱器42的下表面連接到該管座43；以及光探測(cè)元件44，其設(shè)在管座43的表面上用于監(jiān)視半導(dǎo)體激光器芯片41發(fā)出的激光束強(qiáng)度。在管座43的相反表面上貼附有分別用于接地、驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器和光探測(cè)元件的電極引線47。接地電極導(dǎo)電地連接到管座，用于驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器和光探測(cè)元件的電極分別通過(guò)導(dǎo)線鍵合(未示出)以導(dǎo)電方式連接到半導(dǎo)體激光器芯片41和光探測(cè)元件44上。
使用合成樹(shù)脂之類(lèi)的透光塑性材料49將電極引線47之外的半導(dǎo)體激光器芯片41、散熱器42、光探測(cè)元件44和管座43全部模制制作圖4所示的半導(dǎo)體激光光源。上述公告公開(kāi)這種形式的封裝允許將半導(dǎo)體激光器芯片41安裝在真空環(huán)境或高壓環(huán)境中，因?yàn)檫@種形式的封裝沒(méi)有諸如罩和保護(hù)玻璃的缺少?gòu)?qiáng)度的部分。
日本專(zhuān)利申請(qǐng)第10-313147號(hào)還公開(kāi)在透光可塑材料制作的罩中密封的內(nèi)部氣氛是一種惰性氣體氣氛，因此半導(dǎo)體激光器件可以安裝在真空環(huán)境或高壓環(huán)境中。
如果上述公告中的半導(dǎo)體激光器件用氮化物半導(dǎo)體激光元件作為半導(dǎo)體激光元件，則該激光器元件的諧振腔端面(下文中稱(chēng)為“諧振腔端面”)將會(huì)變黑(blackened)。變黑導(dǎo)致氮化物半導(dǎo)體激光元件的輸出光強(qiáng)度退化或其壽命的縮短。

發(fā)明內(nèi)容
提出本發(fā)明是為了解決常規(guī)技術(shù)的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種氮化物半導(dǎo)體激光器件，防止氮化物半導(dǎo)體激光元件的諧振腔端面變黑，并由此防止因變黑引起的氮化物半導(dǎo)體激光元件輸出光強(qiáng)度的劣化和壽命的縮短。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種氮化物半導(dǎo)體激光器件，其包括氮化物半導(dǎo)體激光元件，其具有諧振腔端面且能夠發(fā)射波長(zhǎng)最長(zhǎng)為420nm的光；以及設(shè)有氮化物半導(dǎo)體激光元件的管座。氮化物半導(dǎo)體激光元件密封在罩中，該罩與管座相連。罩中的氣氛具有最高-30℃的露點(diǎn)和最高100ppm的氧濃度。
優(yōu)選地，該氣氛具有最高為1.3kPa的壓強(qiáng)。
優(yōu)選地，該氣氛包括氦氣。
優(yōu)選地，該氣氛包括氮?dú)狻?br> 優(yōu)選地，該氣氛具有高于100kPa的壓強(qiáng)。
優(yōu)選地，該罩具有窗口，且該窗口具有至少0.5mm、最多1.0mm的厚度。
優(yōu)選地，利用插置其間的金屬將罩連接到管座。
優(yōu)選地，在罩之中提供具有氮化物半導(dǎo)體激光元件的散熱器。
優(yōu)選地，在罩內(nèi)提供光探測(cè)元件，用于檢測(cè)來(lái)自氮化物半導(dǎo)體激光元件的激光束。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于組裝如上所述任何氮化物半導(dǎo)體激光器件的組裝設(shè)備，且其包括能夠組裝裝進(jìn)組裝設(shè)備的氮化物半導(dǎo)體激光器件而沒(méi)有將內(nèi)部開(kāi)放給外界空氣的機(jī)構(gòu)；真空機(jī)構(gòu)，用于在組裝設(shè)備之中產(chǎn)生真空；氣體供給機(jī)構(gòu)，用于以預(yù)定的氣氛氣體替代組裝設(shè)備內(nèi)部；清除機(jī)構(gòu)，用于將組裝設(shè)備內(nèi)部的氣氛氣體排放到外部；以及測(cè)量機(jī)構(gòu)，用于檢測(cè)組裝設(shè)備內(nèi)部的氧濃度和露點(diǎn)。
優(yōu)選地，組裝設(shè)備內(nèi)部的壓強(qiáng)、氣氛氣體類(lèi)型、氧濃度和露點(diǎn)分別和氮化物半導(dǎo)體激光器件的氣氛的壓強(qiáng)、氣體類(lèi)型、氧濃度和露點(diǎn)相同。
優(yōu)選地，組裝設(shè)備內(nèi)部的壓強(qiáng)相對(duì)于氮化物半導(dǎo)體激光器件的氣氛壓強(qiáng)的指定值為負(fù)壓強(qiáng)或正壓強(qiáng)。
優(yōu)選地，組裝設(shè)備內(nèi)部的氧濃度低于氮化物半導(dǎo)體激光器件氣氛的氧濃度。
優(yōu)選地，組裝設(shè)備內(nèi)部的露點(diǎn)低于氮化物半導(dǎo)體激光器件氣氛的露點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制造如上所述任何氮化物半導(dǎo)體激光器件的方法，其包括如下步驟利用氮化物半導(dǎo)體激光器件的組裝設(shè)備將氮化物半導(dǎo)體激光器件裝入該組裝設(shè)備而無(wú)需將組裝設(shè)備內(nèi)部開(kāi)放到外界空氣組裝氮化物半導(dǎo)體激光器件。
優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括如下步驟在該組裝設(shè)備中產(chǎn)生真空；設(shè)定組裝設(shè)備內(nèi)部的壓強(qiáng)、氣氛氣體類(lèi)型、氧濃度和露點(diǎn)，使之分別和氮化物半導(dǎo)體激光器件的氣氛的壓強(qiáng)、氣體類(lèi)型、氧濃度和露點(diǎn)相同。
優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括如下步驟在該組裝設(shè)備中產(chǎn)生真空；以及，設(shè)定組裝設(shè)備內(nèi)部的壓強(qiáng)，使之相對(duì)于氮化物半導(dǎo)體激光器件的氣氛壓強(qiáng)的指定值為負(fù)壓強(qiáng)或正壓強(qiáng)。
優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括以下步驟設(shè)置組裝設(shè)備內(nèi)部的氧濃度，使其低于氮化物半導(dǎo)體激光器件氣氛的氧濃度。
優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括以下步驟設(shè)置組裝設(shè)備內(nèi)部的露點(diǎn)，使其低于氮化物半導(dǎo)體激光器件氣氛的露點(diǎn)。
優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括以下步驟測(cè)量組裝設(shè)備內(nèi)部的氧濃度和露點(diǎn)。
在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件中，可以防止發(fā)射最長(zhǎng)為420nm的短波長(zhǎng)光的氮化物半導(dǎo)體激光元件(激光器芯片和超發(fā)光二極管)的諧振腔端面隨著時(shí)間的推移而變黑，如此就可以防止因變黑而導(dǎo)致的氮化物半導(dǎo)體激光元件輸出光強(qiáng)的劣化或壽命的縮短。
當(dāng)結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明時(shí)，本發(fā)明的上述和其他目的、特性、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件的示意圖。
圖2是在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件窗口處及其周?chē)恼纸Y(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖。
圖3是在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件窗口處及其周?chē)恼值牧硪环N結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖。
圖4是常規(guī)半導(dǎo)體激光器件的示意圖。
圖5到7均為示出根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件實(shí)例的示意圖。
圖8是用于本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件的組裝設(shè)備的示意性橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明，氮化物半導(dǎo)體激光器件包括具有諧振腔端面且能發(fā)射波長(zhǎng)最長(zhǎng)為420nm的光的氮化物半導(dǎo)體激光元件以及設(shè)有該氮化物半導(dǎo)體激光元件的管座。該氮化物半導(dǎo)體激光元件密封在與管座相連的罩中，且該罩之內(nèi)的氣氛具有最高-30℃的露點(diǎn)和最大100ppm的氧濃度。
下文結(jié)合圖1描述本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件。圖1是本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件的示意圖。注意，盡管本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件基本包括具有諧振腔端面且能夠發(fā)射最長(zhǎng)波長(zhǎng)為420nm的光的氮化物半導(dǎo)體激光元件以及具有該氮化物半導(dǎo)體激光元件的管座，可以更為優(yōu)選地如圖1所示實(shí)現(xiàn)該氮化物半導(dǎo)體激光器件。
參考圖1，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件10包括發(fā)射激光束的氮化物半導(dǎo)體激光元件11；散熱器12，其一端上設(shè)置所述氮化物半導(dǎo)體激光元件；管座14，其連接到所述散熱器12的底面；設(shè)置在所述管座14上的光探測(cè)元件13，用于觀測(cè)從所述氮化物半導(dǎo)體激光元件11發(fā)射的激光束強(qiáng)度；以及罩15，用于在其中密封氮化物半導(dǎo)體激光元件11、散熱器12和光探測(cè)元件13。罩15的內(nèi)部空間用密封的氣氛18填充。
盡管圖1將散熱器12和管座14表示為分立的組件，但可以將它們集成到單一的組件中。不過(guò)，根據(jù)引起對(duì)更大散熱能力的需求的氮化物半導(dǎo)體激光器的輸出的增大，如圖1所示的由任何高熱導(dǎo)率材料制作的散熱器單元可以只提供在氮化物半導(dǎo)體激光器元件附近、熱易于集中之處及周?chē)员闾岣呱崮芰ν瑫r(shí)降低成本。為此，散熱器12優(yōu)選包含至少一種與管座14所用材料不同的材料，且該材料選自由Cu、SiC、Si、Al、AlN和Fe構(gòu)成的組。
此外，雖然圖1中的氮化物半導(dǎo)體激光元件和散熱器是彼此直接連接的，但是該氮化物半導(dǎo)體激光元件和散熱器可以通過(guò)其間的子座(submount)連接。該子座優(yōu)選包含導(dǎo)熱性極好的SiC或AlN。例如，所用的子座可以是這樣制作的子座向SiC微晶中添加作為粘接劑的氧化鈹，然后利用添加到其中的粘接劑燒結(jié)SiC。
此外，盡管光探測(cè)元件13可以處在罩之中或不在其中，優(yōu)選的是光探測(cè)元件13處于罩之中。
電極引線17貼附于管座14，且罩15具有窗口16，允許釋放從氮化物半導(dǎo)體激光元件發(fā)出的激光束。
根據(jù)本發(fā)明，只要氮化物半導(dǎo)體激光元件11具有諧振腔端面且能夠發(fā)射波長(zhǎng)小于等于420nm的激光束，氮化物半導(dǎo)體激光元件11不僅僅局限于特定的一個(gè)。具體地說(shuō)，作為氮化物半導(dǎo)體激光元件，可以使用氮化物半導(dǎo)體激光二極管或氮化物半導(dǎo)體超發(fā)光二極管。
如果本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件11用于針對(duì)常規(guī)技術(shù)上述的半導(dǎo)體激光器件環(huán)境之中，且由設(shè)在期望值的驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)，隨著時(shí)間的推移氮化物半導(dǎo)體激光元件11的諧振腔端面將會(huì)變黑。這一變黑現(xiàn)象與發(fā)射更長(zhǎng)波長(zhǎng)(例如650nm或780nm)光的高輸出功率激光器的端面退化(例如災(zāi)難性光學(xué)損傷(COD))不同，因?yàn)檫@種變黑發(fā)生在低輸出功率(30mW或更低)條件之下，這種條件通常不應(yīng)導(dǎo)致端面的退化。雖然仍未弄清變黑的特定原因，本發(fā)明的發(fā)明人曾經(jīng)檢查過(guò)發(fā)生變黑的部分以檢測(cè)例如氧、硅和碳之類(lèi)的元素。根據(jù)檢驗(yàn)的結(jié)果，推斷認(rèn)為在最長(zhǎng)為420nm的短波長(zhǎng)光所從發(fā)射的諧振腔端面處及其周?chē)?，密封氣氛中的水分或氧氣被電離，導(dǎo)致其周?chē)碾s質(zhì)被離子吸附到諧振腔端面處，從而發(fā)生變黑。
此外，認(rèn)為在變黑部分檢測(cè)到的硅是在以下過(guò)程中產(chǎn)生的，在這一過(guò)程中，上述離子使得氮化物半導(dǎo)體激光器元件的任何成分，例如SiO2的Si原子從SiO2中分離出來(lái)，因此生成Si原子，成為如上所述被離子吸附到諧振腔端面的雜質(zhì)。
這樣，氮化物半導(dǎo)體激光元件的諧振腔端面的變黑導(dǎo)致輸出光強(qiáng)度的劣化和器件壽命的縮短。
本發(fā)明將罩中的密封氣氛18的露點(diǎn)設(shè)置在最多為-30℃，并將其相對(duì)于整個(gè)氣氛的氧濃度設(shè)置為最多100ppm，由此成功解決了諧振腔端面變黑的問(wèn)題。如果露點(diǎn)高于-30℃，罩內(nèi)部將會(huì)充滿(mǎn)水分，其濃度是變黑問(wèn)題的原因，因此高于-30℃的露點(diǎn)是不可取的。更為優(yōu)選地，露點(diǎn)最高為-40℃，再更為優(yōu)選地，最高為-60℃。
此外，根據(jù)本發(fā)明，如果氧濃度高于100ppm，罩內(nèi)部將充滿(mǎn)濃度會(huì)影響變黑的氧氣，因此氧濃度高于100ppm是不可取的。更為優(yōu)選地，氧濃度最高為10ppm。
本發(fā)明如此設(shè)定露點(diǎn)和氧濃度，以便降低水分和氧氣各自的量，該水分和氧氣會(huì)被氮化物半導(dǎo)體激光器元件發(fā)出的短波長(zhǎng)光電離，因此能夠防止諧振腔端面的變黑。此外，由于防止了變黑，從而可以防止輸出光強(qiáng)度的劣化以及氮化物半導(dǎo)體激光元件壽命的縮短。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)罩之內(nèi)的密封氣氛具有最高-40℃的露點(diǎn)和最高100ppm的氧濃度時(shí)，由公式(變黑的元件數(shù)目/激光器元件總數(shù))×100％所得的值減小到大約15％。此外，當(dāng)露點(diǎn)最高為-60℃，且氧濃度最高為10ppm時(shí)，這一數(shù)值可以減小到大約10％。通過(guò)這種方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出光強(qiáng)度劣化和壽命縮短的防止。
這里，公式中的“變黑元件的數(shù)目”是指諧振腔端面變黑以突然災(zāi)難性失效的氮化物半導(dǎo)體激光元件的數(shù)量。這里，諧振腔端面是指激光束發(fā)射的表面。變黑元件的數(shù)目可以通過(guò)老化試驗(yàn)測(cè)量，執(zhí)行老化試驗(yàn)的目的是甄別出早期失效。具體地說(shuō)，使用光學(xué)顯微鏡觀察通過(guò)老化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的故障元件的端面。此外，公式中“激光器元件的總數(shù)”是指進(jìn)行老化試驗(yàn)的元件總數(shù)。由上述公式，即(變黑元件的數(shù)目/激光器元件總數(shù))×100％，確定的數(shù)值，在技術(shù)上是非常重要的，因?yàn)檫@一數(shù)值代表了因相應(yīng)諧振腔端面變黑而故障的氮化物半導(dǎo)體激光器元件的比例。
根據(jù)本發(fā)明，密封氣氛18優(yōu)選處于壓力最多為1.3kPa的真空狀態(tài)，更為優(yōu)選處于壓力最多為130Pa的真空狀態(tài)。將壓力設(shè)定在如上述的值，以消除諧振腔端面周?chē)欢滩ㄩL(zhǎng)光所電離的媒質(zhì)，如此能夠更有效地防止諧振腔端面變黑。在本例中，由于具有0.3mm常規(guī)厚度的窗口16缺乏耐用性，優(yōu)選厚度至少為0.5mm以確保充分的耐用性。由于窗口對(duì)光的吸收，窗口16的厚度優(yōu)選為最多1.0mm。
在本例中，罩15的內(nèi)部壓力比外界低。因此，必須要有一種可以保持氣密性的封裝結(jié)構(gòu)。例如，如圖2所示，提供了比罩15的孔20大的窗口16，且從罩15的外部安裝窗口16。此外，可以在管座14和罩15之間插置一金屬以增強(qiáng)氣密性。使金屬變形以填充管座14和罩15之間的任何縫隙。為此目的，金屬優(yōu)選為易于變形的鎳。這里，圖2為示出窗口附近的罩結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖。
根據(jù)本發(fā)明，如上所述，密封氣氛18具有最高-30℃的露點(diǎn)和最大100ppm的氧濃度。此外，密封氣氛18優(yōu)選包含，例如氦氣、氬氣或氮?dú)?。因此能夠防止諧振腔端面變黑，因?yàn)楹夂蜌鍤饩鶠槎栊詺怏w且不易電離。此外，氦氣具有優(yōu)越的導(dǎo)熱性，因此氦氣還能作為氮化物半導(dǎo)體激光元件的散熱媒質(zhì)。因此，氦氣是高度優(yōu)選的。如此，氦氣用來(lái)散發(fā)在諧振腔端面處產(chǎn)生的熱，由此防止了熱損傷。此外，當(dāng)密封氣氛是如上所述的氦氣或真空時(shí)，與類(lèi)似常規(guī)技術(shù)中的密封氣氛中包括環(huán)境空氣或氮?dú)獾那闆r相比，被吸收的氮化物半導(dǎo)體激光器件發(fā)出的短波長(zhǎng)光量相對(duì)較小。那么，輸出光強(qiáng)度會(huì)較高。因此，氦氣或真空是合適的。
此外，如圖1所示，在散熱器和管座被提供為獨(dú)立組件的情況下，可以將氦氣用作密封氣氛18，以便獲得從獨(dú)立的散熱器和管座的布置和用作密封氣氛的氦氣所引發(fā)的協(xié)同作用。這樣就進(jìn)一步增強(qiáng)了散熱效果。
根據(jù)本發(fā)明，將氮?dú)庥米髡种畠?nèi)的密封氣氛，好處在于低成本。不過(guò)，由于氮?dú)馐俏鼭裥缘?，在設(shè)定露點(diǎn)時(shí)應(yīng)當(dāng)給予充分的小心。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，很重要的一點(diǎn)是將露點(diǎn)設(shè)為最高-30℃，更為優(yōu)選地最高-40℃，再更為優(yōu)選的最高為-60℃。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)氦氣、氬氣和氮?dú)庵械闹辽僖环N用作密封氣氛18時(shí)，密封氣氛18的壓強(qiáng)優(yōu)選為至少100KPa。如此，當(dāng)罩15內(nèi)部填充氣體時(shí)，可以防止任何不利雜質(zhì)和氣體流入罩15。如果壓強(qiáng)低于100KPa，罩15之內(nèi)的壓強(qiáng)相對(duì)于外界空氣為負(fù)壓強(qiáng)，因此可能會(huì)將外界空氣吸入罩15。因此，優(yōu)選壓強(qiáng)低于100KPa。
在本例中，由于罩15內(nèi)部壓強(qiáng)高于外界，必須要有一種可以保持氣密性的封裝結(jié)構(gòu)。例如，如圖3所示，提供了比罩15的孔20大的窗口16，且從罩15的外部安裝窗口16。圖3為示出窗口附近的罩結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖?？蛇x地，可以在管座14和罩15之間插置一金屬以增強(qiáng)氣密性。這里，金屬是可變形的，以填充管座14和罩15之間的任何縫隙。為此目的，該金屬優(yōu)選為鎳。
在本實(shí)施例中，如圖1的示意圖所示，氮化物半導(dǎo)體激光元件11和散熱器12是彼此直接連接的。可選地，可以在氮化物半導(dǎo)體激光元件11和散熱器12之間提供子座，以將它們彼此連接。
根據(jù)本發(fā)明，給出了用于組裝氮化物半導(dǎo)體激光器件的組裝設(shè)備的介紹。圖8是用于本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件的組裝設(shè)備的示意性橫截面圖。通過(guò)進(jìn)件入口82將氮化物半導(dǎo)體激光器件10送入組裝設(shè)備中。組裝設(shè)備具有組裝機(jī)構(gòu)81，該組裝機(jī)構(gòu)是手套箱之類(lèi)的機(jī)構(gòu)，其無(wú)需將組裝設(shè)備內(nèi)部開(kāi)放給外界空氣，就允許將氮化物半導(dǎo)體激光器件裝進(jìn)組裝設(shè)備進(jìn)行組裝。為了使組裝設(shè)備內(nèi)部達(dá)到期望的壓強(qiáng)、包含一種期望類(lèi)型的氣氛氣體以及達(dá)到期望的氧濃度和期望的露點(diǎn)，該組裝設(shè)備包括真空機(jī)構(gòu)83，用于在組裝設(shè)備之中產(chǎn)生真空；氣體供給機(jī)構(gòu)84，用于將期望的氣氛氣體填入設(shè)備內(nèi)部以及清除機(jī)構(gòu)85，用于將設(shè)備內(nèi)的氣體排到外界。作為真空機(jī)構(gòu)83的例子，可以使用真空泵。不過(guò)，該真空機(jī)構(gòu)不特別限于真空泵。圖8中的箭頭表示由氣體供給機(jī)構(gòu)84和清除機(jī)構(gòu)85調(diào)節(jié)的氣流。本發(fā)明的組裝設(shè)備至少包括一測(cè)量機(jī)構(gòu)86，用于檢測(cè)設(shè)備內(nèi)的氧濃度和露點(diǎn)。測(cè)量機(jī)構(gòu)86包括氧濃度計(jì)87、露點(diǎn)計(jì)88和壓力計(jì)89。對(duì)于圖8中相應(yīng)附圖標(biāo)記未在這里描述的那些組件，其適用于相應(yīng)的上述介紹。
可以將組裝設(shè)備之內(nèi)的壓強(qiáng)、氣氛氣體類(lèi)型、氧濃度和露點(diǎn)設(shè)置得與以上詳述的氮化物半導(dǎo)體激光器件的密封氣氛的壓強(qiáng)、氣氛氣體類(lèi)型、氧濃度和露點(diǎn)相同。要獲得罩之中的上述氣氛，這就足夠在該組裝設(shè)備中組裝氮化物半導(dǎo)體激光器件了。
當(dāng)?shù)锇雽?dǎo)體激光器件具有圖2所示的結(jié)構(gòu)時(shí)，相對(duì)于氮化物半導(dǎo)體激光器件的密封氣氛壓強(qiáng)的給定值組裝設(shè)備之內(nèi)的壓強(qiáng)優(yōu)選為負(fù)壓強(qiáng)。通過(guò)這種方式，可以減少因罩之內(nèi)的壓強(qiáng)不符合指定值而損壞的本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件的數(shù)量。當(dāng)優(yōu)選圖3所示的氮化物半導(dǎo)體激光器件結(jié)構(gòu)時(shí)，相對(duì)于氮化物半導(dǎo)體激光器件的密封氣氛壓強(qiáng)的給定值，組裝設(shè)備之內(nèi)的壓強(qiáng)優(yōu)選為正壓強(qiáng)。應(yīng)此，可以減少因罩之內(nèi)的壓強(qiáng)不符合指定值而損壞的本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件的數(shù)量。
此外，組裝設(shè)備中的氧濃度優(yōu)選設(shè)為低于所生產(chǎn)的氮化物半導(dǎo)體激光器件的密封氣氛的期望氧濃度。因此，氮化物半導(dǎo)體激光器件能夠可靠地組裝，同時(shí)滿(mǎn)足期望的氧濃度。
更為優(yōu)選地，組裝設(shè)備之內(nèi)的露點(diǎn)優(yōu)選設(shè)為低于所生產(chǎn)的氮化物半導(dǎo)體激光器件的密封氣氛的期望露點(diǎn)。如此，氮化物半導(dǎo)體激光器件能夠可靠地組裝，同時(shí)滿(mǎn)足期望的露點(diǎn)。
例1做為一種氮化物半導(dǎo)體激光元件，輸出波長(zhǎng)為410nm的InGaN半導(dǎo)體激光器被用作圖1所示的氮化物半導(dǎo)體激光器件。此時(shí)，分別將密封氣氛的露點(diǎn)和氧濃度設(shè)定在-40℃和100ppm。此外，作為密封氣體，以102660Pa的壓強(qiáng)供應(yīng)氮?dú)狻?br> 在上述條件下測(cè)量了變黑元件的比例。該比例大約為20％或更低。
為了和如圖1所示的光探測(cè)元件密封在罩之內(nèi)的布置進(jìn)行比較，檢驗(yàn)了一種光探測(cè)元件處于氮化物半導(dǎo)體激光器件外部的布置。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在氮化物半導(dǎo)體激光器件發(fā)出的強(qiáng)光所集中的光探測(cè)元件表面上，發(fā)生了表面的污損。光探測(cè)元件表面的污損導(dǎo)致了這樣的問(wèn)題從氮化物半導(dǎo)體激光器件發(fā)出的激光束不能被準(zhǔn)確地檢測(cè)。
污損的原因可能類(lèi)似于上述發(fā)生在諧振腔端面的變黑。發(fā)射長(zhǎng)波長(zhǎng)(例如650nm或780nm)光的激光器不發(fā)生這種污損現(xiàn)象。因此，這一污損問(wèn)題被認(rèn)為是發(fā)射短波長(zhǎng)(最長(zhǎng)420nm)光的氮化物半導(dǎo)體激光器件所特有的。
如對(duì)以上例1所描述的，將本發(fā)明的光探測(cè)元件與氮化物半導(dǎo)體激光器元件和密封氣氛一起密封在氮化物半導(dǎo)體激光器件的罩中，由此，本發(fā)明還可以防止光探測(cè)元件表面的污損。
例2例2的氮化物半導(dǎo)體激光器件與例1(圖1)的不同之處在于散熱器12和管座14被集成為一個(gè)組件，或者管座14具有一個(gè)支撐氮化物半導(dǎo)體激光元件的突起，如圖5所示。其他的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及因其獲得的效果與圖1類(lèi)似。
當(dāng)散熱器和管座作為一集成組件提供，或者管座具有支撐氮化物半導(dǎo)體激光元件的突起(以下簡(jiǎn)稱(chēng)集成管座)時(shí)，因?yàn)樯崞鞑糠趾凸茏糠钟赏瑯硬牧蠘?gòu)成，因此不能彼此區(qū)分散熱器部分和管座部分以及各自的功能，如圖5所示。如此，散熱器12和管座14就不看作如圖1所示的分立組件。相反，可以將散熱器和管座看作如圖5所示的單個(gè)管座14。如此，例2提供了使用這樣一個(gè)集成管座的示范性布置。
集成管座14的優(yōu)勢(shì)在于，生產(chǎn)管座的工藝可以得到簡(jiǎn)化，從而有助于降低成本。盡管集成管座各部分的各自功能不能彼此區(qū)分，為了讓整個(gè)管座起到散熱器的作用，即為了增強(qiáng)散熱能力，管座可以由從，例如Cu、Al和Fe中選擇的一種材料制成。
現(xiàn)在結(jié)合圖5描述本發(fā)明使用這種集成管座的氮化物半導(dǎo)體激光器件。圖5是本發(fā)明使用這種集成管座的氮化物半導(dǎo)體激光器件的示意圖。參考圖5，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件10包括發(fā)射激光束的氮化物半導(dǎo)體激光元件11；其上設(shè)有氮化物半導(dǎo)體激光元件的管座14；設(shè)置在所述管座14上的光探測(cè)元件13，用于觀測(cè)從所述氮化物半導(dǎo)體激光元件11發(fā)射的激光束強(qiáng)度；以及罩15，用于在其中密封氮化物半導(dǎo)體激光元件11和光探測(cè)元件13。罩15的內(nèi)部空間用密封的氣氛18填充。此外，電極引線17貼附于管座14，且罩15具有窗口16，允許釋放從氮化物半導(dǎo)體激光元件發(fā)出的激光束。
盡管圖5中的氮化物半導(dǎo)體激光元件11和管座14彼此是直接連接的，也可以利用其間的子座將氮化物半導(dǎo)體激光元件11和管座14連接起來(lái)。該子座優(yōu)選包含導(dǎo)熱性極好的SiC或AlN。例如，所用的子座可以是這樣制作的子座向SiC微晶中添加作為粘接劑的氧化鈹，然后利用添加到其中的粘接劑燒結(jié)SiC。
例3例3的氮化物半導(dǎo)體激光器件與例1(圖1)不同之處在于，沒(méi)有提供光探測(cè)元件。其他結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和引起的效果類(lèi)似于例1或例2。
結(jié)合圖6描述本發(fā)明例3的氮化物半導(dǎo)體激光器件。圖6是不帶光探測(cè)元件的本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件的示意圖。參考圖6，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件10包括發(fā)射激光束的氮化物半導(dǎo)體激光元件11；散熱器12，其一端上設(shè)置所述氮化物半導(dǎo)體激光元件；管座14，其連接到所述散熱器12的底面；以及罩15，用于在其中密封氮化物半導(dǎo)體激光元件11和散熱器12。罩15的內(nèi)部空間用密封的氣氛18填充。此外，電極引線17貼附于管座14，且罩15具有窗口16，允許釋放從氮化物半導(dǎo)體激光元件發(fā)出的激光束。雖然圖6的示意圖中，氮化物半導(dǎo)體激光元件11和散熱器12是彼此直接連接的，但是該氮化物半導(dǎo)體激光元件11和散熱器12可以通過(guò)其間的子座連接。該子座優(yōu)選包含導(dǎo)熱性極好的SiC或AlN。例如，所用的子座可以是這樣制作的子座向SiC微晶中添加作為粘接劑的氧化鈹，然后利用添加到其中的粘接劑燒結(jié)SiC。
例3的結(jié)構(gòu)也提供了類(lèi)似于例1和2的氮化物半導(dǎo)體激光元件的效果。
例4例4的氮化物半導(dǎo)體激光器件與例1(圖1)不同之處在于，沒(méi)有提供光探測(cè)元件，且使用了例2的集成管座。其他結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和引起的效果類(lèi)似于例1和例2。
結(jié)合圖7描述本發(fā)明例4的氮化物半導(dǎo)體激光器件。
圖7是本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件的示意圖。參考圖7，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件10包括發(fā)射激光束的氮化物半導(dǎo)體激光元件11；其上設(shè)有氮化物半導(dǎo)體激光元件的管座14；以及用于在其中密封氮化物半導(dǎo)體激光元件11的罩15。罩15的內(nèi)部空間用密封的氣氛18填充。此外，電極引線17貼附于管座14，且罩15具有窗口16，允許釋放從氮化物半導(dǎo)體激光元件發(fā)出的激光束。管座14優(yōu)選由例如Cu、Al或Fe制成。盡管圖7的示意圖中的氮化物半導(dǎo)體激光元件11和管座14彼此是直接連接的，也可以利用其間的子座將氮化物半導(dǎo)體激光元件11和管座14連接起來(lái)。該子座優(yōu)選包含導(dǎo)熱性極好的SiC或AlN。例如，所用的子座可以是這樣制作的子座向SiC微晶中添加作為粘接劑的氧化鈹，然后利用添加到其中的粘接劑燒結(jié)SiC。
例4的氮化物半導(dǎo)體激光元件也提供了類(lèi)似于例1和例2的效果。
雖然已經(jīng)詳細(xì)描述和圖示了本發(fā)明，但顯然應(yīng)理解，這些描述和圖示僅為舉例，而不是用于限制，本發(fā)明的精神和范圍僅受所附權(quán)利要求條款的限制。
本申請(qǐng)以分別于2004年5月26日和2005年3月24日提交到日本專(zhuān)利局的日本專(zhuān)利申請(qǐng)No.2004-156306和2005-086730為依據(jù)，在此引入其全部?jī)?nèi)容以做參考。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體激光器件(10)，包括氮化物半導(dǎo)體激光元件(11)，其具有諧振腔端面且能夠發(fā)射波長(zhǎng)最長(zhǎng)為420nm的光；以及管座(14)，其具有所述氮化物半導(dǎo)體激光元件(11)，其中所述氮化物半導(dǎo)體激光元件(11)密封在罩(15)之內(nèi)，該罩連接到所述管座(14)，且所述罩(15)中的氣氛具有最高-30℃的露點(diǎn)和最高100ppm的氧濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體激光器件，其中所述氣氛具有最高為1.3kPa的壓強(qiáng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體激光器件，其中所述氣氛包括氦氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體激光器件，其中所述氣氛包括氮?dú)狻?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化物半導(dǎo)體激光器件，其中所述氣氛具有高于100kPa的壓強(qiáng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮化物半導(dǎo)體激光器件，其中所述氣氛具有高于100kPa的壓強(qiáng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體激光器件，其中所述罩(15)具有窗口(16)，且所述窗口(16)具有至少0.5mm、最多1.0mm的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體激光器件，其中利用插置在所述罩(15)和所述管座(14)之間的金屬將它們連接起來(lái)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體激光器件，其中在所述罩(15)之內(nèi)提供一具有所述氮化物半導(dǎo)體激光元件(11)的散熱器(12)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體激光器件，其中在所述罩(15)之內(nèi)提供光探測(cè)元件(13)，用于探測(cè)來(lái)自所述氮化物半導(dǎo)體激光元件(11)的激光束。
11.一種用于組裝如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體激光器件(10)的組裝設(shè)備，其包括能夠?qū)佀腿胨鼋M裝設(shè)備中的所述氮化物半導(dǎo)體激光器件(10)組裝而不將所述組裝設(shè)備的內(nèi)部開(kāi)放給外界空氣的機(jī)構(gòu)；真空機(jī)構(gòu)，用于在所述組裝設(shè)備之中產(chǎn)生真空；氣體供給機(jī)構(gòu)，用于以預(yù)定的氣氛氣體替代所述組裝設(shè)備的內(nèi)部；清除機(jī)構(gòu)，用于將所述組裝設(shè)備內(nèi)部的所述氣氛氣體排放到外部；以及測(cè)量機(jī)構(gòu)，用于檢測(cè)所述組裝設(shè)備內(nèi)部的氧濃度和露點(diǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的組裝設(shè)備，其中所述組裝設(shè)備內(nèi)部的壓強(qiáng)、氣氛氣體類(lèi)型、氧濃度和露點(diǎn)分別和所述氮化物半導(dǎo)體激光器件(10)的氣氛的壓強(qiáng)、氣體類(lèi)型、氧濃度和露點(diǎn)相同。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的組裝設(shè)備，其中所述組裝設(shè)備內(nèi)部的壓強(qiáng)相對(duì)于所述氮化物半導(dǎo)體激光器件(10)的氣氛壓強(qiáng)的指定值為負(fù)壓強(qiáng)或正壓強(qiáng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的組裝設(shè)備，其中所述組裝設(shè)備內(nèi)部的氧濃度低于所述氮化物半導(dǎo)體激光器件(10)的氣氛的氧濃度。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的組裝設(shè)備，其中所述組裝設(shè)備內(nèi)部的露點(diǎn)低于所述氮化物半導(dǎo)體激光器件(10)的氣氛的露點(diǎn)。
16.一種制造如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體激光器件(10)的方法，包括如下步驟使用所述氮化物半導(dǎo)體激光器件(10)的組裝設(shè)備，將所述氮化物半導(dǎo)體激光器件(10)裝入所述組裝設(shè)備并無(wú)需將所述組裝設(shè)備內(nèi)部開(kāi)放給外界空氣，組裝所述氮化物半導(dǎo)體激光器件(10)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造氮化物半導(dǎo)體激光器件的方法，進(jìn)一步包括如下步驟在所述組裝設(shè)備中產(chǎn)生真空；設(shè)定所述組裝設(shè)備內(nèi)部的壓強(qiáng)、氣氛氣體類(lèi)型、氧濃度和露點(diǎn)，使其分別和所述氮化物半導(dǎo)體激光器件(10)的氣氛的壓強(qiáng)、氣體類(lèi)型、氧濃度和露點(diǎn)相同。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造氮化物半導(dǎo)體激光器件的方法，進(jìn)一步包括如下步驟在所述組裝設(shè)備中產(chǎn)生真空；以及設(shè)定所述組裝設(shè)備內(nèi)部的壓強(qiáng)，使其相對(duì)于所述氮化物半導(dǎo)體激光器件(10)的氣氛壓強(qiáng)的指定值為負(fù)壓強(qiáng)或正壓強(qiáng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造氮化物半導(dǎo)體激光器件的方法，進(jìn)一步包括如下步驟設(shè)定所述組裝設(shè)備內(nèi)部的氧濃度，使其低于所述氮化物半導(dǎo)體激光器件(10)的氣氛的氧濃度。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造氮化物半導(dǎo)體激光器件的方法，進(jìn)一步包括如下步驟設(shè)定所述組裝設(shè)備內(nèi)部的露點(diǎn)，使其低于所述氮化物半導(dǎo)體激光器件(10)的氣氛的露點(diǎn)。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的制造氮化物半導(dǎo)體激光器件的方法，進(jìn)一步包括如下步驟測(cè)量所述組裝設(shè)備內(nèi)部的氧濃度和露點(diǎn)。
全文摘要
一種氮化物半導(dǎo)體激光器件(10)，包括氮化物半導(dǎo)體激光元件(11)，其具有諧振腔端面且能夠發(fā)射波長(zhǎng)最長(zhǎng)為420nm的光；連接到所述氮化物半導(dǎo)體激光元件(11)的散熱器(12)；管座(14)，其上安裝有散熱器(12)；以及設(shè)置在所述管座(14)上的光探測(cè)元件(13)，用于探測(cè)來(lái)自所述氮化物半導(dǎo)體激光元件(11)的激光束。所述氮化物半導(dǎo)體激光元件(11)、散熱器(12)和光探測(cè)元件(13)密封在連接到管座(14)的罩(15)中，且所述罩(15)之內(nèi)的氣氛具有最高為－30℃的露點(diǎn)和最高100ppm的氧濃度。
文檔編號(hào)H01S5/00GK1702927SQ20051007270
公開(kāi)日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2005年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月26日
發(fā)明者津田有三, 花岡大介, 石田真也 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社