安裝有完整擴(kuò)散阻擋層的半導(dǎo)體激光器的制造方法
【專利摘要】半導(dǎo)體激光器芯片（302）的第一接觸（310）表面被形成為具有一表面粗糙度，所述表面粗糙度被選擇為具有比擴(kuò)散阻擋層厚度充分小的最大峰-谷高度?？梢詫ǚ墙饘賹?dǎo)電化合物且具有所述阻擋層厚度的擴(kuò)散阻擋層施加到第一接觸表面，并且通過將焊料組合物加熱到比一閾值溫度低的溫度，利用焊料組合物（306）沿著第一接觸表面將半導(dǎo)體激光器芯片焊接到承載底座（304），在所述閾值溫度，發(fā)生所述阻擋層溶解到焊料組合物中。從而擴(kuò)散阻擋層保持連續(xù)。該非金屬導(dǎo)電化合物包括氮化鈦、氧氮化鈦、氮化鎢、氧化鈰和氧氮化鈰釓中的至少一種。
【專利說明】安裝有完整擴(kuò)散阻擋層的半導(dǎo)體激光器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2011年8月17日提交的題為“Semiconductor Laser MountingWith Intact Diffusion Barrier Layer” 的序號(hào)為 N0.13/212，085 的美國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全文通過引用被并入本文。本申請(qǐng)還涉及2011年2月14日提交的共同公開和共同擁有的題為 “Spectrometer with Validation Cell” 的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?13/026，921,還涉及 2011 年 2 月 14 日提交的且題為 “Validation and Correction of SpectrometerPerformance Using a Validation Cell.”的共同公開和共同擁有的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3/027, 000。本段標(biāo)識(shí)的每個(gè)申請(qǐng)的公開其全文通過引用被并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本文描述的主題涉及一種半導(dǎo)體激光器的頻率穩(wěn)定，具體是涉及一種用于這種激光器的安裝技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0004]基于可調(diào)激光器的痕量氣體分析儀，例如，可調(diào)二極管激光器吸收光譜儀(TDLAS)可以采用窄線寬(例如，約單一頻率)激光光源，該光源被調(diào)節(jié)跨越用于氣體樣品體積的每個(gè)測(cè)量的目標(biāo)分析物的痕量氣體的吸收頻率范圍。理想地，這種分析儀中的激光光源，在恒定的激光注入電流和工作溫度下連續(xù)激光掃描的開始和結(jié)束頻率中沒有展現(xiàn)出材料變化。此外，作為激光注入電流的函數(shù)的，激光器的頻率調(diào)諧速率的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，在掃描范圍內(nèi)上，以及在延長(zhǎng)服務(wù)期重復(fù)掃描上，也是令人滿意的。
[0005]然而，根據(jù)操作波長(zhǎng)，目前可用的可調(diào)激光源(例如，二極管激光器和半導(dǎo)體激光器)可以典型地展現(xiàn)出每天幾皮米(千兆赫的數(shù)量級(jí))的數(shù)量級(jí)到每天幾分之一皮米的波長(zhǎng)漂移。典型的痕量氣體吸收帶線寬在某些情況下可以是幾分之一納米到微米的數(shù)量級(jí)。因此，隨著時(shí)間的推移，激光光源輸出強(qiáng)度的漂移或其它變化，尤其是在有一個(gè)或多個(gè)吸收光譜可能與目標(biāo)分析物的吸收特征干擾的本底化合物的氣體中，會(huì)引入痕量氣體分析物的標(biāo)識(shí)和量化的臨界誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個(gè)方面中，一種方法包括:將半導(dǎo)體激光器芯片的第一接觸表面形成為目標(biāo)表面粗糙度，該目標(biāo)表面粗糙度選擇為具有比要施加到第一接觸表面的阻擋層(例如，擴(kuò)散阻擋層)的阻擋層厚度充分小的最大峰-谷高度。阻擋層，其包括非金屬導(dǎo)電化合物，然后以阻擋層厚度被施加到第一接觸表面。利用焊料組合物將半導(dǎo)體激光器芯片焊接到承載底座(carrier mounting)。該焊接包括通過將焊料組合物加熱到比一閾值溫度低的溫度而熔化該焊料組合物，在所述閾值溫度，發(fā)生阻擋層溶解到焊料組合物中。
[0007]在相關(guān)方面中，一種制造的物品包括形成為目標(biāo)表面粗糙度的半導(dǎo)體激光器芯片的第一接觸表面。該目標(biāo)表面粗糙度包括比阻擋層厚度充分小的最大峰-谷高度。制造的物品還包括具有施加到第一接觸表面的阻擋層厚度的阻擋層和利用焊料組合物將半導(dǎo)體激光器芯片焊接到其上的承載底座。阻擋層包括非金屬導(dǎo)電化合物。半導(dǎo)體激光器芯片沿著第一接觸表面通過焊接工藝焊接到承載底座，該焊接工藝包括通過將焊料組合物加熱到比一閾值溫度低的溫度，熔化該焊料組合物，在所述閾值溫度，發(fā)生阻擋層溶解到焊料組合物中。
[0008]在一些變形中，一個(gè)或多個(gè)下面的特征可以以任意可行的組合可選地包含。在焊接工藝之后，該阻擋層保持連續(xù)，使得焊料組合物和半導(dǎo)體激光器芯片的材料之間不發(fā)生直接接觸，和/或使得不存在以下直接路徑，通過其半導(dǎo)體激光器芯片、焊料組合物和承載底座中任一個(gè)的組分可以擴(kuò)散通過阻擋層。而且在焊接之后，焊料組合物的特征在于基本上暫時(shí)穩(wěn)定的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率。在一些例子中，用于焊接工藝的焊料組合物可以被提供為基本未被氧化的焊料預(yù)型。在其它例子中，例如通過蒸發(fā)、濺射等，在散熱片或其它承載底座上沉積焊料組合物，可以形成基本未被氧化的焊料組合物。另外或者可選地，焊接工藝可進(jìn)一步包括在非氧化性或可選地在還原性氣氛下執(zhí)行該焊料組合物的熔化。
[0009]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，閾值溫度可以小于約400°C，或可選地小于370°C，或可選地小于340 °C，例如對(duì)于焊料組合物，其包括但不限于:金鍺(AuGe)、金硅(AuSi)、金錫(AuSn )、銀錫(AgSn )、銀錫銅(AgSnCu )、銀錫鉛(AgSnPb )、銀錫鉛銦(AgSnPbIn )、銀錫銻(AgSnSb)、錫鉛(SnPb)、鉛(Pb)、銀(Ag)、硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、銻(Sb)、鉍(Bi)、銦(In)和銅(Cu)中的一種或多種。下文還列出了符合當(dāng)前主題的實(shí)現(xiàn)方式的焊料組合物的一些非限制性例子。
[0010]第一接觸表面的形成可以包括拋光第一接觸表面以在施加阻擋層之前實(shí)現(xiàn)目標(biāo)表面粗糙度。目標(biāo)表面粗糙度可以小于約100 A rms，或者可選地，小于約40 A rmSo承載底座的第一熱膨脹特性可以匹配于半導(dǎo)體激光器芯片的第二熱膨脹特性。金屬化層可以在施加至少一層阻擋層之前被施加到第一接觸表面上，且焊料準(zhǔn)備層可以在施加阻擋層之后和焊接工藝之前被施加到第一接觸表面。金屬化層可以可選地包括約600 A厚度的鈦，該阻擋層可以可選地包括約1200 A厚度的氮化鈦(TiNx)、氧氮化鈦(TiNx0Y)、氧氮化鈰釓(CeGdOA)、氧化鈰(CeO2)、氮化鎢(WNx)和I或其它非金屬導(dǎo)電化合物中的一種或多種；和焊料準(zhǔn)備層可以可選地包括約2000至5000 A厚度的金。在另一實(shí)現(xiàn)方式中，該阻擋層可以可選地包括第二金屬阻擋層，其包括但不限于鉬(Pt)、鈀(Pd)、鎳(Ni)、鎢(W)、鑰(Mo)和金屬；以及焊料準(zhǔn)備層可以可選地包括約2000至5000 A厚度的金(Au)。此外，金屬阻擋層可以被直接施加到第一金屬化層，且非金屬阻擋層可以施加到金屬阻擋層。在可選的實(shí)現(xiàn)方式中，非金屬阻擋層可以被施加到第一金屬化層，并且金屬阻擋層可以被施加到非金屬阻擋層。
[0011]焊料促進(jìn)層可以在焊接工藝之前可選地添加在載體底座上的第一接觸表面和第二接觸表面之間。焊料促進(jìn)層可以可選地包括金屬，該金屬不屬于承載底座的第一接觸表面或第二接觸表面上的焊料準(zhǔn)備層的成分。在上下文中，術(shù)語“焊料準(zhǔn)備層”應(yīng)理解為指的是在添加焊料促進(jìn)層之前第一接觸表面和第二接觸表面中的一個(gè)或兩個(gè)上的最上層。在各種可選的變形中，焊料準(zhǔn)備層可以是阻擋層、金屬化層或一些其它層。焊料促進(jìn)層的添加可以可選地包括在焊接之前在第一接觸表面和第二接觸表面之間放置一片不屬于焊料準(zhǔn)備層的成分的金屬和在焊接之前在第一接觸表面和第二接觸表面中的一個(gè)或兩個(gè)上沉積一層不屬于焊料準(zhǔn)備層的成分的金屬中的至少一個(gè)。
[0012]一種裝置，其在某些實(shí)現(xiàn)方式中可以是可調(diào)二極管激光器吸收光譜儀，可以進(jìn)一步包括:光源，其包括承載底座和半導(dǎo)體激光器芯片；檢測(cè)器，其量化所接收的沿著路徑長(zhǎng)度從光源發(fā)射的光的強(qiáng)度；樣品單元和自由空間體中的至少一個(gè)，路徑長(zhǎng)度至少通過其一次，和至少一個(gè)處理器，其執(zhí)行的操作包括:控制驅(qū)動(dòng)電流到激光源和接收來自檢測(cè)器的強(qiáng)度數(shù)據(jù)。承載底座可以包括和/或充當(dāng)散熱器、散熱片等。該至少一個(gè)處理器會(huì)可選地使激光源提供具有波長(zhǎng)調(diào)制頻率的光，并且可以解調(diào)從檢測(cè)器接收的強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以執(zhí)行諧波譜分析方法。該至少一個(gè)處理器可以在數(shù)學(xué)上修正測(cè)量光譜以計(jì)算路徑長(zhǎng)度通過的樣品氣體中的化合物吸收的量。在一些例子中，數(shù)學(xué)校正可以包括從測(cè)量光譜減去基準(zhǔn)光譜，其中基準(zhǔn)光譜是從減少了目標(biāo)分析物的濃度的試樣氣體的樣品收集的。
[0013]描述了符合該解決途徑的系統(tǒng)和方法，也描述了由確實(shí)具體的機(jī)器可讀介質(zhì)組成的可操作來促使一個(gè)或多個(gè)機(jī)器(例如，計(jì)算機(jī)等)以產(chǎn)生本文所述的操作的物品。同樣，也描述了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)其可以包括處理器和耦合到處理器的存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器可以包括使處理器執(zhí)行本文描述的一個(gè)或多個(gè)操作的一個(gè)或多個(gè)程序。
[0014]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)前的主題可以提供一種或多種優(yōu)點(diǎn)。例如，由于焊接溫度可以在不對(duì)擴(kuò)散阻擋層造成過度損傷的情況下升高，所以可以避免使用低溫鉛基焊料。該特征可以提升符合有害物質(zhì)指令(歐盟頒布)及其它類似的法規(guī)、公告等有關(guān)最小化使用鉛的限制。當(dāng)接合鍍金表面時(shí)，含金的焊料組合物通常也會(huì)提供更好的焊點(diǎn)連續(xù)性和表面潤(rùn)濕。因?yàn)楹鸬暮噶贤ǔＰ枰叩暮附訙囟?，所以使用了可?jīng)受這種條件且基本沒有退化的高溫阻擋層，是相當(dāng)有益的。
[0015]在下面的附圖和描述中列出了本文描述的主題的一個(gè)或多個(gè)變體的細(xì)節(jié)。通過描述和附圖以及權(quán)利要求書，本文描述的主題的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]被包含在本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖，示出了本文所公開的主題的某些方面，并與說明書一起，幫助解釋與所公開的實(shí)現(xiàn)方式相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)特征或原理。在附圖中，
[0017]圖1是示出激光漂移對(duì)激光吸收光譜性能的影響的曲線圖；
[0018]圖2是示出激光漂移對(duì)激光吸收光譜性能的附加影響的第二曲線圖；
[0019]圖3是示出固定到承載底座上的半導(dǎo)體激光器芯片的示意圖；
[0020]圖4是示出具有符合當(dāng)前主題的實(shí)現(xiàn)方式的一種或多種特征所述的方法的方面的工藝流程圖；
[0021]圖5是示出通常用于安裝半導(dǎo)體激光器芯片的傳統(tǒng)TO-罐底座的端視圖的圖；
[0022]圖6是示出承載底座和固定到其上的半導(dǎo)體激光器芯片的放大視圖的圖；
[0023]圖7是示出半導(dǎo)體激光器芯片和承載底座之間的焊點(diǎn)的掃描電子顯微照片；
[0024]圖8是示出在圖7中所示的裝置中作為深度函數(shù)的由X射線衍射測(cè)量的磷濃度的圖；
[0025]圖9是示出在圖7中所示的裝置中作為深度函數(shù)的由X射線衍射測(cè)量的鎳濃度的圖；
[0026]圖10是示出在圖7中所示的裝置中作為深度函數(shù)的由X射線衍射測(cè)量的銦濃度的圖；
[0027]圖11是示出在圖7中所示的裝置中作為深度函數(shù)的由X射線衍射測(cè)量的錫濃度的圖；
[0028]圖12是示出在圖7中所示的裝置中作為深度函數(shù)的由X射線衍射測(cè)量的鉛濃度的圖；
[0029]圖13是示出在圖7中所示的裝置中作為深度函數(shù)的由X射線衍射測(cè)量的鎢濃度的圖；
[0030]圖14是示出在圖7中所示的裝置中作為深度函數(shù)的由X射線衍射測(cè)量的金濃度的圖；和
[0031]當(dāng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，類似的附圖標(biāo)記表示類似的結(jié)構(gòu)、特征或要素。
【具體實(shí)施方式】
[0032]實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在利用可掃描的或可調(diào)激光源的激光吸收光譜儀中，頻譜掃描之間小到I皮米(Pm)或更小的激光發(fā)射波長(zhǎng)變化，在其初始校準(zhǔn)狀態(tài)，可顯著改變關(guān)于用頻譜分析儀可獲得的測(cè)量結(jié)果的痕量氣體濃度確定。在共同擁有的美國(guó)專利N0.7，704，301中描述了使用差分光譜法的頻譜激光光譜的一個(gè)例子，其公開的全文并入本文。其它實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，設(shè)計(jì)用于低濃度分析物的檢測(cè)和定量(例如天然氣中硫化氫(H2S)的百萬分之一(ppm)的數(shù)量級(jí))且采用諧波(例如2f)波長(zhǎng)調(diào)制譜減法的可調(diào)二極管激光基的分析儀，由于在恒定的注入電流和恒定的溫度下(例如，由熱電冷卻器控制的)小至20皮米(pm)的激光輸出偏移，可能令人難以接受地偏離其校準(zhǔn)狀態(tài)。
[0033]總體而言，為保持分析器校準(zhǔn)在其精度規(guī)格范圍內(nèi)的可接受的激光頻移，隨著目標(biāo)分析物濃度的變小而降低，而且還隨著與目標(biāo)分析物吸收位置上樣品混合物的其它成分的光譜干擾增加而降低。對(duì)于在基本未吸收背景中較高水平的目標(biāo)分析物的測(cè)量，當(dāng)保持分析儀校準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，較大的激光頻移是不能接受的。
[0034]圖1和圖2中所示的曲線圖100和200，分別示出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)示例了激光輸出變化的可能的負(fù)面影響，其可以由半導(dǎo)體激光源的特性隨著時(shí)間的變化(例如，物理、化學(xué)等)所引起。對(duì)于含有約25%的乙烷和75%的乙烯的基準(zhǔn)氣體混合物，用可調(diào)諧二極管激光光譜儀獲得了圖1的曲線圖100中所示的基準(zhǔn)曲線102。在對(duì)于含有約25%的乙烷和75%的乙烯的背景中的Ippm乙炔的測(cè)試氣體混合物經(jīng)過一段時(shí)間之后，采用相同的光譜儀獲得了測(cè)試曲線104。乙炔在圖1的圖100的波長(zhǎng)軸上具有在約300至400范圍內(nèi)的光譜吸收特征。如果沒有以某種方式調(diào)整光譜儀來補(bǔ)償相對(duì)于基準(zhǔn)曲線102的在測(cè)試曲線104上觀察到的偏移，則從光譜儀測(cè)量的乙炔的濃度，例如，為-0.29ppm,而不是正確值Ippm0
[0035]同樣地，在圖2中，曲線圖200示出了對(duì)于含有約25%的乙烷和75%的乙烯的基準(zhǔn)氣體混合物用可調(diào)諧二極管激光光譜儀獲得的基準(zhǔn)曲線202。對(duì)于約25%的乙烷和75%的乙烯的背景中的含有Ippm乙炔的測(cè)試氣體混合物獲得了測(cè)試曲線204。如圖2所示，由于隨著時(shí)間的漂移或影響激光吸收光譜的性能的其它因素，測(cè)試曲線204的線形狀相對(duì)于基準(zhǔn)曲線202的線形狀變形了。如果沒有校正測(cè)試曲線204來補(bǔ)償在測(cè)試曲線204上觀察到相對(duì)于基準(zhǔn)曲線202的變形，則在由光譜儀測(cè)定的測(cè)試氣體混合物中的測(cè)得的乙炔的濃度，例如，是1.81ppm,而不是Ippm的真實(shí)濃度。
[0036]基于歐姆定律(S卩P=I2R,其中P是功率，I是電流，R是電阻)，電流驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體激光器芯片將產(chǎn)生廢熱，其增加近似為驅(qū)動(dòng)激光器的注入電流的平方。當(dāng)半導(dǎo)體二極管激光器組件的電阻R隨著溫度變化通常不是線性的或恒定的時(shí)，隨著電流的增加廢熱的近似二次方程的增加通常代表真實(shí)世界的性能。通常會(huì)發(fā)生熱翻轉(zhuǎn)(thermal roll-over)，其中激光器的功率輸出在過高的溫度處減少，因?yàn)榈湫偷闹苯訋缎桶雽?dǎo)體激光器二極管的激光效率隨著P-η結(jié)的工作溫度的增加而降低。對(duì)于諸如基于磷化銦(InP)或銻化鎵(GaSb)材料系統(tǒng)的激光器的紅外激光器來說特別是這樣的。
[0037]紅外半導(dǎo)體激光器的單頻操作可以通過采用DFB (分布的反饋)方案來實(shí)現(xiàn)，其通常使用并入折射周期性的半導(dǎo)體晶體指數(shù)形式的半導(dǎo)體激光晶體的激光器脊中或橫向放置到激光脊作為金屬條的光學(xué)光柵。確定激光發(fā)射波長(zhǎng)的各種光柵的方法的有效光周期通常取決于光柵的金屬條的物理間距，或取決于具有不同折射系數(shù)的脊重新生長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料區(qū)的物理尺寸和各自的半導(dǎo)體材料的折射系數(shù)。換言之，例如通常用于可調(diào)諧二極管激光光譜儀的半導(dǎo)體激光器二極管的發(fā)射波長(zhǎng)，主要取決于激光器的Pn結(jié)和激光器晶體的工作溫度，其次取決于激光器內(nèi)的載流子密度。激光器晶體溫度可以改變光柵周期，所述光柵周期作為激光晶體沿其長(zhǎng)的光學(xué)腔軸線的隨溫度而變的熱膨脹的函數(shù)和隨溫度而變的折射率的函數(shù)。
[0038]可用于可調(diào)諧的二極管激光痕量氣體分析儀的紅外激光器的典型的與注入電流相關(guān)和與溫度有關(guān)的波長(zhǎng)調(diào)諧的速率可以是每。C約0.1納米和每毫安約0.1納米的量級(jí)。同樣，希望將用于精確的TDLAS器件的半導(dǎo)體激光器二極管保持在a°C的幾千分之一范圍內(nèi)的恒定工作溫度和控制在幾納米安培內(nèi)的注入電流。
[0039]長(zhǎng)期保持并重建TDLAS校準(zhǔn)狀態(tài)和相對(duì)于原始的儀器校準(zhǔn)的相關(guān)的長(zhǎng)期測(cè)量保真度對(duì)于任意給定的測(cè)量可以要求基本上復(fù)制在波長(zhǎng)空間中校正激光操作參數(shù)的能力。這希望用于采用如在共同擁有的美國(guó)專利N0.7，704，301 ;未決的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/027，000 和 13/026，091 和 12/814，315 ;和美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/405，589 中描述的頻譜跡線(例如，差示光譜法)的減法的光譜技術(shù)，通過引用將其公開并入本文中。
[0040]已發(fā)現(xiàn):適合在700nm至3000nm光譜范圍內(nèi)的痕量氣體光譜的商用的單頻半導(dǎo)體激光器通常展示出它們的中心頻率隨著時(shí)間的偏移。通過執(zhí)行10天至超過100天周期的實(shí)際的分子痕量氣體光譜證實(shí)了每天幾個(gè)皮米(Pm)至幾分之一 Pm的漂移率。表現(xiàn)為所描述的激光器可以包括，但不限于，通過蝕刻成激光脊(例如，傳統(tǒng)的電信級(jí)激光器)的光柵、布喇格光柵(例如，垂直腔表面發(fā)射激光器或VCSEL)、多層窄帶介質(zhì)鏡、橫向耦合光柵等限于單頻操作的激光器。用半導(dǎo)體二極管激光器；VCSEL ;水平腔表面發(fā)射激光器HCSEL (HCSEL);建立在半導(dǎo)體材料上的量子級(jí)聯(lián)激光器以及其它的單和多量子阱結(jié)構(gòu)觀察到了頻率漂移的行為，所述半導(dǎo)體材料包括但不限于磷化銦(InP)、砷化鎵(GaAs)、銻化鎵(GaSb)、氮化鎵(GaN)、磷砷化銦鎵(InGaAsP)、磷化銦鎵(InGaP)、氮化銦鎵(InGaN)、砷化銦鎵(InGaAs )、磷化銦鎵鋁(InGaAlP )、砷化銦鋁鎵(InAlGaAs )、砷化銦鎵(InGaAs )。
[0041]先前已描述多種方法來重新驗(yàn)證可調(diào)諧激光器的性能。例如，如在以上引用的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3/026,921和13/027,000中描述的，在分析儀的校準(zhǔn)狀態(tài)期間收集的基準(zhǔn)吸收線的形狀可以與隨后收集的測(cè)試吸收線的形狀做比較。可以調(diào)整分析儀的一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)，以使測(cè)試吸收線的形狀更接近該基準(zhǔn)吸收線的形狀。
[0042]也能夠希望減少半導(dǎo)體基可調(diào)諧激光器的頻率不穩(wěn)定的根本原因，至少是因?yàn)橥ㄟ^調(diào)整半導(dǎo)體二極管激光器的工作溫度補(bǔ)償激光偏移和輸出線的形狀以保持分析儀的校準(zhǔn)，或者由于半導(dǎo)體激光器二極管的注入電流和頻率偏移之間的典型的非線性相關(guān)性(例如，因?yàn)槿缟纤懻摰臒岱D(zhuǎn))，中值驅(qū)動(dòng)電流只可能大于有限的波長(zhǎng)漂移。作為為注入電流的函數(shù)的頻移的非線性特性會(huì)改變?yōu)橛蓽囟瓤刂破骷?例如，熱電冷卻器或TEC)設(shè)定的激光器工作溫度和中值注入電流的函數(shù)。在較高的控制溫度下，熱翻轉(zhuǎn)會(huì)出現(xiàn)在較低的注入電流處而在較低的控制溫度下，翻轉(zhuǎn)會(huì)出現(xiàn)在較高的注入電流處。因?yàn)榻M合的控制溫度和注入電流確定激光發(fā)射波長(zhǎng)，所以不是用來調(diào)節(jié)激光波長(zhǎng)至所需的目標(biāo)分析物的吸收線的控制溫度和中值注入電流的所有組合都將提供相同的頻率掃描和吸收光譜。
[0043]因此，當(dāng)前主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)方式涉及由于將半導(dǎo)體激光器芯片固定到安裝裝置中使用的材料的時(shí)間上更穩(wěn)定的化學(xué)組成，可以在其它可能的優(yōu)勢(shì)之中提供具有基本改進(jìn)的波長(zhǎng)穩(wěn)定特性的半導(dǎo)體基激光器的方法、系統(tǒng)、物品或制造等。當(dāng)前主題的一些實(shí)現(xiàn)方式可以提供或包括基本連續(xù)的且完整的擴(kuò)散阻擋層，其包括至少一個(gè)非金屬層，可選地在半導(dǎo)體激光器芯片和安裝表面之間的接觸表面處或附近的至少一個(gè)非金屬和至少一個(gè)金屬阻擋層。根據(jù)一種或多種實(shí)現(xiàn)方式，通過采用減小熱傳導(dǎo)性、有源激光器上的應(yīng)力和應(yīng)變以及注入電流路徑的電阻率隨著時(shí)間變化的半導(dǎo)體激光器設(shè)計(jì)、激光加工、電連接以及散熱特征，可以使單頻激光器的漂移減少或甚至最小化。
[0044]圖3示出了設(shè)備300的一個(gè)例子，所述設(shè)備包括通過插入在半導(dǎo)體激光器芯片302的接觸表面310和安裝裝置304之間的焊料層306固定到安裝裝置304上的半導(dǎo)體激光器芯片302。該安裝裝置可以用作散熱片，并且可以給半導(dǎo)體激光器芯片302提供一個(gè)或多個(gè)電連接?？梢蕴峁┮粋€(gè)或多個(gè)其它的電連接312，以例如經(jīng)由通過焊料層306進(jìn)入承載底座304中的傳導(dǎo)，將半導(dǎo)體激光器芯片302的P或η結(jié)連接到第一極性，而另一個(gè)結(jié)連接到第二極性。
[0045]圖4示出了工藝流程圖，其示例了包括可以存在于當(dāng)前主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中的特征的方法。在402，半導(dǎo)體激光器芯片的第一接觸表面形成為目標(biāo)表面粗糙度。目標(biāo)表面粗糙度被選擇為具有比要施加到第一接觸表面的阻擋層的阻擋層厚度小得多的最大峰-谷高度。在404，將具有阻擋層厚度的阻擋層施加到第一接觸面。該阻擋層包括至少一個(gè)非金屬的導(dǎo)電化合物，其例子包括但不限于氮化鈦(TiNx)、氧氮化鈦(TiNx0Y)、氧氮化鈰釓(CeGdOyNx)>氧化鈰(CeO2)和氮化鎢(WNx)。在406，利用焊料組合物沿著第一接觸表面將半導(dǎo)體激光器芯片焊接到承載底座。該焊接包括通過將焊料組合物加熱到低于一閾值溫度來熔化焊料組合物，在所述閾值溫度，發(fā)生阻擋層溶解到焊料組合物中。
[0046]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，激光器半導(dǎo)體芯片302的接觸表面310可以被拋光或另外準(zhǔn)備，以具有小于約I(K) 4 I ms或者可選地小于約40 A rms的目標(biāo)表面粗糙度。傳統(tǒng)的方法一般不會(huì)關(guān)注接觸表面310的表面粗糙度，因此具有大于約I μ m rms的表面粗糙度值。在準(zhǔn)備足夠光滑的接觸表面310之后，可以處理接觸表面310以形成一個(gè)或多個(gè)阻擋層。
[0047]可以經(jīng)受得住焊接工藝的阻擋層的創(chuàng)建可以通過將第一接觸表面310拋光至低表面粗糙度來輔助。通常，由于會(huì)導(dǎo)致較厚的層從半導(dǎo)體激光器芯片302的半導(dǎo)體材料分離的非常高的應(yīng)力，所以金屬阻擋層的總厚度，例如由鉬制成的阻擋層，只可以沉積有限的厚度。阻擋層可以包括不同材料的多個(gè)層。在一種實(shí)現(xiàn)方式中，阻擋層中的至少一個(gè)可以包括非金屬導(dǎo)電化合物，例如氮化鈦(TiNx)、氧氮化鈦(TiNxOY)、氧氮化鈰釓(CeGdyONx)，氧化鈰(CeO2)和氮化鎢(WNX)。覆蓋在第一阻擋層上面或下面的一個(gè)或多個(gè)附加的阻擋層可以包括金屬，其包括但不限于鉬(Pt)、鈀(Pd)、鎳(Ni)、鎢(W)、鑰(Mo)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鈰(Ce)、釓(Gd)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鋁(Al)、鈹(Be)和釔(Y)。
[0048]在一些實(shí)現(xiàn)方式中焊料組合物可以選自具有液相線溫度的組合物，液相線溫度即合金的固體結(jié)晶可以在小于約400°C、可選地小于約370°C或可選地小于約340°C的熱力學(xué)平衡與熔體共存的最大溫度。符合當(dāng)前主題的一種或多種實(shí)現(xiàn)方式的焊料組合物的例子可以包括，但不限于金鍺(AuGe )、金娃(AuSi )、金錫(AuSn )、銀錫(AgSn )、銀錫銅(AgSnCu )、銀錫鉛(AgSnPb )、銀錫鉛銦(AgSnPbIn )、銀錫銻(AgSnSb )、錫鉛(SnPb )和鉛(Pb )。符合當(dāng)前主題的一種或多種實(shí)現(xiàn)方式的具體的焊料組合物的例子包括，但不限于以下:約48%的Sn和約52 %的In ;約3 %的銀和約97 %的In ;約58 %的Sn和約42 %的In ;約5 %的Ag、約15 %的Pb和約80%的In ;約100%的In ;約30%的Pb和約70%的In ;約2%的Ag、約36%的Pb、和約62%的Sn ;約37.5%的Pb、約37.5%的Sn和約25%的In ;約37%的Pb和63%的Sn ;約40%的Pb和60%的In ;約30%的Pb和約70%的Sn ;約2.8%的Ag、約77.2%的Sn和約20 %的In ;約40 %的Pb和60 %的Sn ;約20 %的Pb和80 %的Sn ;約45 %的Pb和約55%的Sn ;約15%的Pb和約85%的Sn ;約50%的Pb和約50%的In ;約10%的Pb和約90 %的Sn ;約10 %的Au和約90 %的Sn ;約3.5 %的Ag和約96.5 %的Sn ;約60 %的Pb和約40%的In ;約3.5%的銀、約95%的Sn和約1.5%的Sb ;約2.5%的Ag和約97.5%的Sn ;約100 %的Sn ;約99 %的Sn和約I %的Sb ;約60 %的Pb和40 %的Sn ;約97 %的Sn和約3%的Sb ;約95%的Sn和約5%的Sb ;約63.2%的Pb、約35%的Sn和約1.8%的In ；約70%的Pb和約30%的Sn ;約75%的Pb和約25%的In ;約80%的Pb和約20%的Sn ；約81%的Pb和約19%的In ;約80%的Au、約20%的Sn ;約86%的Pb、約8%的B1、約4%的Sn和約I %的In、約I %的Ag ;約85 %的Pb和約15 %的Sn ;約2 %的Ag、約88 %的Pb和約10%的Sn ;約5%的Ag、約90%的Pb和約5%的Sn ;約95%的Pb和約5%的Sb ;約
2.5%的Ag、約92.5%的Pb和約5%的Sn ;約2.5%的Ag、約92.5%的Pb和約5%的In ；約90 %的Pb和約10 %的Sn ;約2.5 %的Ag和約97.5 %的Pb ;約2.5 %的Ag、約95.5 %的Pb和約2%的Sn ;約78%的Au和約22%的Sn ;約1.5%的Ag、約97.5%的Pb和約1%的Sn ;約5%的Ag、約90%的Pb和約5%的In ;約95%的Pb和約5%的In ;以及約95%的Pb和約5%的Sn。
[0049]圖5示出了諸如一般用在用于電信施加中的安裝半導(dǎo)體激光器芯片的傳統(tǒng)晶體管輪廓罐(T0罐)底座500的端視圖。TO罐被電子器件和光學(xué)器件封裝平臺(tái)廣泛使用，用于機(jī)械安裝、電連接和諸如激光器和晶體管的散熱半導(dǎo)體芯片，并且可使用各種不同的尺寸和構(gòu)造。外部主體502包圍可以由金屬制成的支柱或散熱組件504，例如銅鎢燒結(jié)的金屬、銅-金剛石燒結(jié)的金屬、或包括科瓦合金、合金42和合金52的鐵-鎳合金?？梢园▋蓚€(gè)絕緣的電穿通506來提供用于連接到半導(dǎo)體激光器芯片302上的P結(jié)和η結(jié)的電觸點(diǎn)?？梢詫雽?dǎo)體激光器芯片302安裝到承載子底座上，在一些例子中其可以由硅形成。如上面提到的，半導(dǎo)體激光器芯片302可以通過一層焊料306接合到承載底座304 (也稱為承載支架)，其由于規(guī)模的限制沒有在圖5中示出。圖6示出了支柱或散熱組件504、承載底座304、半導(dǎo)體激光器芯片302和將半導(dǎo)體激光器芯片302接合到承載底座上的焊料306的放大圖600。相應(yīng)地承載底座304可以通過第二焊料層602焊接到支柱或散熱組件504。
[0050]根據(jù)當(dāng)前主題的一種或多種實(shí)現(xiàn)方式，與焊料準(zhǔn)備層不同的材料的單組分層(或表面)，所述材料包括但不限于金，同樣可以類似地用作焊料合金，例如能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)金表面的低溫接合。在接合金屬部件時(shí)，這通常被稱為液相或液態(tài)擴(kuò)散接合，因?yàn)樗谏叩臏囟认绿幱谖锢斫佑|的某些不同的金屬之間明顯地產(chǎn)生了非常薄的液體界面層。導(dǎo)致發(fā)生這種效果所需的溫度通常顯著低于該組分的熔化溫度。一旦發(fā)生了最初的接合，則熱分離一般需要相當(dāng)高的溫度，接近或達(dá)到該組分的熔化溫度。在一個(gè)例子中，銀表面和金表面之間的接觸在約150°C至約400°C的溫度下會(huì)導(dǎo)致氣密接合，該溫度顯著低于銀(950°C)和金(1064°C )的單獨(dú)的熔化溫度。在另一例子中，氧化銅可以用作接合促進(jìn)層，該接合促進(jìn)層可以減少顯著低于金屬熔點(diǎn)的兩個(gè)金屬表面之間的接合溫度。
[0051]因此，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，包括鉛(Pb)、銀(Ag)、硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、銻(Sb)、鉍(Bi)、銦(In)和銅(Cu)以及其他本文所討論的焊料組合物可以與在焊接工藝之前在第一接觸表面310和/或第二接觸表面314上沉積一個(gè)或多個(gè)促進(jìn)焊接的單組分材料層或薄片(例如，預(yù)成型件)結(jié)合使用。一個(gè)或多個(gè)促進(jìn)焊接的單組分材料層或薄片可以與第一接觸表面310和/或第二接觸表面314上的其它阻擋層和/或金屬化層不同。施加促進(jìn)焊接的單組分材料層或薄片的方法的一個(gè)例子可以包括沉積與存在于第一接觸表面310和/或第二接觸表面314上的阻擋層和/或金屬化層頂部上的焊料準(zhǔn)備層中的那些金屬不同的金屬薄層。這樣的薄層可以在發(fā)生熱輔助接合工藝之前馬上被蒸發(fā)或以其它方式沉積到第一接觸表面310和第二接觸面314中的一個(gè)或兩個(gè)上，以防止或最小化氧化?？蛇x地，可以將與焊料準(zhǔn)備層不同的金屬薄片放置在半導(dǎo)體激光器芯片302和安裝裝置304之間。如上所述，然后可以繼續(xù)進(jìn)行焊接工藝。
[0052]圖7示出了電子顯微照片700，其示出了插入在半導(dǎo)體激光器芯片302和承載底座304之間的高倍放大的焊料層306。在承載底座304的第二接觸表面704上還提供了由鎳制成的第二阻擋層702。在電子顯微照片的頂部上顯示了垂直軸706以描繪從任意選定的原點(diǎn)坐標(biāo)(在軸706上標(biāo)記為“O”)到50微米遠(yuǎn)直線距離(在軸706上標(biāo)記為“50”)的距離。圖7中示出的半導(dǎo)體激光器芯片302沒有準(zhǔn)備具有根據(jù)當(dāng)前主題的各種實(shí)現(xiàn)方式一致的如本文描述的光滑的第一接觸表面310。結(jié)果，第一接觸表面310展示出基本的表面粗糙度，并且沒有保持連續(xù)的阻擋層使得在焊接工藝之后半導(dǎo)體激光器芯片302的材料與該焊料分離。圖8至圖14示出了一系列的曲線圖800、900、1000、1100、1200、1300和1400，其分別示出了磷、鎳、銦、錫、鉛、鎢和金的相對(duì)濃度，作為沿著圖7中的軸706的距離的函數(shù)。相對(duì)濃度是通過X-射線衍射技術(shù)確定的。
[0053]如圖8的曲線圖800所示的，由于半導(dǎo)體激光器芯片302是磷化銦(InP)晶體，所以在半導(dǎo)體激光器芯片302 (距離大于約36 μ m)上觀察到了大的磷濃度。在鎳阻擋層702上觀察到了磷的附加的高的相對(duì)濃度，其實(shí)際上由一些磷合并到所沉積的鎳中的無電鍍工藝沉積的鎳的第一層710和由較少或沒有磷合并到所沉積的鎳中的電解工藝沉積的鎳的第二層形成。磷的非零濃度都發(fā)生在焊料(其由錫-鉛合金組成并且在它的原始狀態(tài)不包含任何的磷)和由鎳制成的電解第二層712。這些非零的濃度分別是由于磷從半導(dǎo)體激光器芯片302的晶體結(jié)構(gòu)和由鎳制成的無電鍍第一層710擴(kuò)散而引起的。
[0054]圖9示出了一些鎳還從鎳層702擴(kuò)散到焊料306中以及進(jìn)一步擴(kuò)散到半導(dǎo)體激光器芯片302的晶體結(jié)構(gòu)中。同樣，銦擴(kuò)散到焊料306中，并從那里經(jīng)過鎳阻擋層702擴(kuò)散到承載底座中，如圖10中的曲線圖1000所示。錫，其是焊料306的主要組分，不會(huì)殘留在焊錫306中，而且擴(kuò)散到半導(dǎo)體激光器芯片302的晶體結(jié)構(gòu)中，如圖11的曲線圖1100所示。如圖12的曲線圖1200所示，鉛還擴(kuò)散出焊料層306，但相比錫從焊料306擴(kuò)散的程度更小。來自鎢-銅承載底座304的鎢和來自沉積在第一接觸表面310和第二接觸表面702兩者上的焊料準(zhǔn)備層的金擴(kuò)散到該焊料中并且在小的范圍內(nèi)擴(kuò)散到半導(dǎo)體激光器芯片302中，如圖13和圖14的曲線圖1300和1400所示。
[0055]因此，允許至少在半導(dǎo)體激光器芯片302的第一接觸表面310處以及還希望在承載底座304的第二接觸表面704處保持連續(xù)的、完整的阻擋層的當(dāng)前主題的特征，在經(jīng)過阻擋層來自承載底座和/或半導(dǎo)體激光器芯片的元素的擴(kuò)散最小化方面是有利的，并且因此可以有助于保持焊料層306和半導(dǎo)體激光器芯片302的晶體結(jié)構(gòu)的時(shí)間更加一致的組成。焊料層306中存在的磷和/或其它反應(yīng)性化合物或元素，例如氧、銻、硅、鐵等可以增加焊料合金成分發(fā)生反應(yīng)的傾向，并由此改變化學(xué)組分、晶體結(jié)構(gòu)、氣密性，而且更重要的是電和/或熱傳導(dǎo)性。這樣的變化會(huì)導(dǎo)致與焊料層306接觸的半導(dǎo)體激光器芯片302的激光發(fā)射特性的改變。
[0056]此外，例如鉛、銀、錫等的焊料組合物和/或例如鎢、鎳、鐵、銅等的承載底座成分?jǐn)U散到半導(dǎo)體激光器芯片302的晶體結(jié)構(gòu)中也會(huì)引起激光發(fā)射特性隨著時(shí)間改變。
[0057]當(dāng)前主題的實(shí)現(xiàn)方式可以提供一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括但不限于在激光晶體或其它半導(dǎo)體芯片和其物理底座之間保持連續(xù)的擴(kuò)散阻擋層，防止焊料化合物相互擴(kuò)散到激光晶體中，反之亦然，并防止焊料的污染。已發(fā)現(xiàn)相互擴(kuò)散和/或電遷移會(huì)造成電阻率的變化，以及在較小程度上造成接觸的熱傳導(dǎo)性能的變化。提供驅(qū)動(dòng)電流至半導(dǎo)體激光器芯片的甚至電接觸中之一的電阻加熱的極小變化，可以導(dǎo)致由半導(dǎo)體激光器芯片產(chǎn)生的光的頻率變化。
[0058]在使用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器芯片底座手段的一些觀察的例子中，激光輸出的感應(yīng)移位可以大于每天一皮米。因此，當(dāng)前主題的實(shí)現(xiàn)方式可以包括用于改善在焊料層306和半導(dǎo)體激光器芯片302之間的第一接觸表面310及在焊料層306和承載底座304之間的第二接觸層702中的一個(gè)或多個(gè)處的阻擋層的一種或多種技術(shù)。在一個(gè)例子中，在第二接觸表面702處的改善的阻擋層可以包括非電解鍍鎳的底層710，例如以保持在沉積金焊料準(zhǔn)備層之前由作為最后一層的最小厚度的電解鎳層712所覆蓋的銅鎢子底座等的邊緣定義。在另一個(gè)例子中，單層濺射阻擋材料，包括但不限于鎳、鉬、鈀和導(dǎo)電的非金屬阻擋層中的至少一種，可以用作第一接觸表面310處的單阻擋層。由于在將半導(dǎo)體激光器芯片302焊接到承載底座304之前的焊接材料的氧化會(huì)引入氧和其它潛在的反應(yīng)性污染物，所以可以有利地使用在使用之前不允許基本氧化的焊料形式?？蛇x地，焊接工藝可以在非氧化氣氛下或還原性氣氛下執(zhí)行，包括但不限于真空、純氮?dú)饧儦錃?H2)、形成氣體(95%的氮中約5%的氫)和氮載氣中的甲酸，以移除或至少減少存在于金屬化的半導(dǎo)體接觸表面和承載底座表面上的焊料組合物中的氧化化合物。[0059]要沉積在第一接觸表面310和/或第二接觸表面702上的合適的阻擋層可以包括，但不限于，鉬(Pt)、鈀(Pd)、鎳(Ni)、氮化鈦(TiNx)、氧氮化鈦(TiNx0Y)、氮化鎢(WNx)、氧化鋪(CeO2)和氧氮化鋪禮(CeGdOYNx)?？梢酝ㄟ^派射或汽相沉積到第一和/或第二接觸表面上沉積的這些化合物以及其它的可比較化合物，可以提供一種阻擋層，該阻擋層在焊接工藝期間具有足夠高的溫度電阻以在焊料中不溶解或者以其它方式降低到足以引起必要的阻擋品質(zhì)的擊穿，以防止半導(dǎo)體激光材料交錯(cuò)阻擋擴(kuò)散到焊料中或焊料組合物擴(kuò)散到半導(dǎo)體激光晶體中。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，施加到第二接觸表面704的第二阻擋層702可以包括燒結(jié)的金剛石-銅層。用于創(chuàng)建非金屬的導(dǎo)電阻擋層702的工藝可以包括經(jīng)由薄膜沉積工藝的第一沉積鈦，包括但不限于濺射、電子束蒸發(fā)、化學(xué)汽相沉積、原子層沉積等，然后添加氮以與沉積的鈦發(fā)生反應(yīng)。在另一實(shí)現(xiàn)方式中，第一金屬化層可以通過薄膜沉積工藝來沉積，并且氮離子可以用于例如在氮?dú)獗尘爸袨R射鈦，以創(chuàng)建非金屬阻擋層?；瘜W(xué)汽相沉積還可以或可選地用于創(chuàng)建非金屬阻擋層。在另一實(shí)現(xiàn)方式中，形成非金屬導(dǎo)電性化合物的成分元素或化合物的氣相反應(yīng)可以用于創(chuàng)建多組分非金屬阻擋層。
[0060]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，承載底座304的導(dǎo)熱率可以有利地超過50瓦每米-開爾文或可選地100瓦每米-開爾文或可選地150瓦每米-開爾文。合適的承載底座材料可以包括但不限于，銅鎢、鎢、銅-金剛石、氮化鋁、硅、氮化硅、碳化硅、氧化鈹、氧化鋁(A1203)、科瓦合金、合金42、合金52等。在一些實(shí)現(xiàn)方式中可以使用與半導(dǎo)體激光器芯片302熱膨脹匹配的散熱器或承載底座304。在符合當(dāng)前主題的實(shí)現(xiàn)方式的一個(gè)例子中，約15%的銅、約85%的鎢燒結(jié)的金屬散熱器、氧化鈹散熱器、氧化鋁散熱器、藍(lán)寶石散熱器、銅-金剛石散熱器等可以提供與銻化鎵(GaSb)半導(dǎo)體激光器芯片302在約7ppm°C 1處的良好的熱膨脹匹配。在符合當(dāng)前主題的實(shí)現(xiàn)方式的另一例子中，可以使用純鎢散熱器、硅散熱器、氮化硅散熱器、碳化硅散熱器、藍(lán)寶石散熱器、銅金剛石散熱器或氮化鋁(AlN)散熱器作為承載底座304來提供與磷化銦(InP)半導(dǎo)體激光器芯片302在約4.5ppm°C ―1處的良好的熱膨脹匹配。硅、碳化硅、氮化硅、氮化鋁、鎢、銅金剛石散熱器等也可以用作承載子底座304，例如用于磷化銦(InP)半導(dǎo)體激光器芯片302。
[0061]符合當(dāng)前主題的實(shí)現(xiàn)方式的其它承載底座包括但不限于成形的鎢銅散熱器，包括但不限于半導(dǎo)體激光行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)C-底座和CT-底座、TO-罐、圖案金屬化陶瓷、圖案金屬化硅、圖案金屬化碳化硅、圖案金屬化氮化硅、圖案金屬化氧化鈹、圖案金屬化氧化鋁、圖案金屬化氮化鋁、銅-金剛石、具有與一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片組合物匹配的膨脹匹配的子底座的一個(gè)或多個(gè)部分的純銅、銅焊成銅或銅鎢C-底座的鎢子底座等?？梢孕纬砂雽?dǎo)體激光器芯片302，而不限制于磷化銦晶體、砷化鎵晶體、銻化鎵晶體、氮化鎵晶體等。
[0062]本文描述的主題可以被實(shí)施為取決于所需構(gòu)造的系統(tǒng)、裝置、方法和/或物品。上面描述中的所述實(shí)現(xiàn)方式并不代表符合本文描述的主題的所有實(shí)現(xiàn)方式。相反，它們僅是符合涉及所描述的主題各方面的一些例子。雖然已在上文詳細(xì)地描述了一些變形，但其它的修改或補(bǔ)充是可行的。特別是，除了本文提出的那些特征和/或變形之外，可以提供進(jìn)一步的特征和/或變形。例如，上述的實(shí)現(xiàn)方式可以涉及所公開的特征的各種組合和子組合和/或上面公開的一些其它特征的組合和子組合。另外，附圖和/或本文描述的邏輯流程不一定需要所示的特定順序或連續(xù)順序，以實(shí)現(xiàn)所希望的結(jié)果。其它實(shí)現(xiàn)方式可以在以下權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: 使半導(dǎo)體激光器芯片的第一接觸表面形成為目標(biāo)表面粗糙度，所述目標(biāo)表面粗糙度被選擇為具有比阻擋層厚度充分小的最大峰-谷高度； 將具有所述阻擋層厚度的阻擋層施加到所述第一接觸表面，所述阻擋層包括非金屬導(dǎo)電化合物；以及 利用焊料組合物沿著所述第一接觸表面將所述半導(dǎo)體激光器芯片焊接到承載底座，所述焊接包括通過將所述焊料組合物加熱到比一閾值溫度低的溫度而熔化所述焊料組合物，在所述閾值溫度，發(fā)生所述阻擋層溶解到所述焊料組合物中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述焊接之后，所述阻擋層保持連續(xù)，使得所述半導(dǎo)體激光器芯片的半導(dǎo)體材料和所述焊料組合物之間不發(fā)生直接接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述焊接之后，所述阻擋層保持基本連續(xù)，使得不存在以下直接路徑，通過所述直接路徑所述半導(dǎo)體激光器芯片、所述焊料組合物和所述承載底座中任一個(gè)的組成能夠擴(kuò)散穿過所述阻擋層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述焊接之后，所述焊料組合物的特征在于基本上暫時(shí)穩(wěn)定的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括將所述焊料組合物提供為基本未被氧化的焊料預(yù)型和基本未被 氧化的沉積層中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述焊接進(jìn)一步包括在還原性氣氛和非氧化性氣氛中的至少之一下執(zhí)行所述焊料組合物的熔化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述閾值溫度小于約400°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述閾值溫度小于約370°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述閾值溫度小于約340°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述焊料組合物選自，由金鍺(AuGe )、金硅(AuSi )、金錫(AuSn )、銀錫(AgSn )、銀錫銅(AgSnCu )、銀錫鉛(AgSnPb )、銀錫鉛銦(AgSnPbln)、銀錫銻(AgSnSb)、錫鉛(SnPb)、鉛(Pb)、銀(Ag)、硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、銻(Sb)、鉍(Bi)、銦(In)和銅(Cu)組成的組。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述非金屬導(dǎo)電化合物包括氮化鈦(TiNx )、氧氮化鈦(TiNxOy)、氮化鶴(WNx)、氧化鋪(CeO2)和氧氮化鋪禮(CeGdOyNx)中的至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括將第二金屬阻擋層施加到所述第一接觸表面，所述第二金屬阻擋層包括鉬(Pt)、鈀(Pd)、鎳(Ni)、鎢(W)、鑰(Mo)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鈰(Ce)、釓(Gd)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鋁(Al)、鈹(Be)和釔(Y)中的至少一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一接觸表面的形成包括，在施加所述阻擋層之前拋光所述第一接觸表面以實(shí)現(xiàn)所述目標(biāo)表面粗糙度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述目標(biāo)表面粗糙度小于約100 A rmso
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述目標(biāo)表面粗糙度小于約。40 A rmso
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的方法，還包括將所述承載底座的第一熱膨脹特性匹配于所述半導(dǎo)體激光器芯片的第二熱膨脹特性。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括: 在施加阻擋層之前，向所述第一接觸表面施加金屬化層；和 在施加阻擋層之后和所述焊接之前，向所述第一接觸表面施加焊料準(zhǔn)備層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述金屬化層包括約600A厚度的鈦，所述阻擋層包含約1200 Aj?度的鉬(Pt)、鈀(Pd)、鎳(Ni)、鎢(W)、鑰(Mo)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鈰(Ce)、釓(Gd)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鋁(Al)、鈹(Be)、釔(Y)、氮化鈦(TiNx)、氧氮化鈦(TiNx0Y)、氮化鎢(WNX)、氧化鈰(CeO2)和氧氮化鈰釓(CeGdONx)中的一種或多種；并且所述焊料準(zhǔn)備層包括約2000至5000 A厚度的金。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)所述的方法，還包括向所述承載底座的第二接觸表面施加第二阻擋層，沿著所述第二接觸表面執(zhí)行所述半導(dǎo)體激光器芯片的焊接。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的方法，還包括在所述焊接之前在所述載體底座上的所述第一接觸表面和第二接觸表面之間添加焊料促進(jìn)層，所述焊料促進(jìn)層包括金屬，所述金屬不屬于所述第一接觸表面和第二接觸表面中的一個(gè)或兩個(gè)上的焊料準(zhǔn)備層的成分。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所 述的方法，其中，所述焊料促進(jìn)層的添加包括在所述焊接之前在所述第一接觸表面和所述第二接觸表面之間放置一片所述金屬和在所述焊接之前沉積一層所述金屬中的至少一個(gè)，所述金屬不屬于所述第一接觸表面和所述第二接觸表面中的一個(gè)或兩個(gè)上的焊料組合物的成分。
22.一種制造的物品，包括: 半導(dǎo)體激光器芯片的第一接觸表面，所述半導(dǎo)體激光器芯片的第一接觸表面被形成為目標(biāo)表面粗糙度，所述目標(biāo)表面粗糙度具有比阻擋層厚度充分小的最大峰-谷高度； 具有所述阻擋層厚度的阻擋層，所述阻擋層被施加到所述第一接觸表面，所述阻擋層包括非金屬導(dǎo)電化合物；和 承載底座，利用焊料組合物沿著所述第一接觸表面將所述半導(dǎo)體激光器芯片焊接到所述承載底座，所述半導(dǎo)體激光器芯片通過焊接工藝被焊接到所述承載底座，所述焊接工藝包括通過將所述焊料組合物加熱到比一閾值溫度低的溫度而熔化所述焊料組合物，在所述閾值溫度，發(fā)生所述阻擋層溶解到所述焊料組合物中。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的制造的物品，其中，在所述焊接工藝之后，所述阻擋層保持基本連續(xù)，使得不存在以下直接路徑，通過所述直接路徑所述半導(dǎo)體激光器芯片的組成可以擴(kuò)散進(jìn)所述焊料組合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求22至23中任一項(xiàng)所述的制造的物品，其中，在所述焊接工藝之后，所述阻擋層保持基本連續(xù)，使得不存在以下直接路徑，通過所述直接路徑所述半導(dǎo)體激光器芯片、所述焊料組合物和所述承載底座中任一個(gè)的組成能夠擴(kuò)散穿過所述阻擋層。
25.根據(jù)權(quán)利要求22至24中任一項(xiàng)所述的制造的物品，其中，在所述焊接工藝之后，所述焊料組合物的特征在于基本上暫時(shí)穩(wěn)定的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率。
26.根據(jù)權(quán)利要求22至25中任一項(xiàng)所述的制造的物品，其中，在所述焊接工藝之前，所述焊料組合物包括基本未被氧化的焊料預(yù)型和基本未被氧化的沉積層中的至少一種。
27.根據(jù)權(quán)利要求22至26中任一項(xiàng)所述的制造的物品，其中，所述焊接工藝進(jìn)一步包括在還原性氣氛和非氧化性氣氛中的至少之一下執(zhí)行所述焊料組合物的熔化。
28.根據(jù)權(quán)利要求22至27中任一項(xiàng)所述的制造的物品，其中，所述焊料組合物選自，由金鍺(AuGe)、金娃(AuSi )、金錫(AuSn)、銀錫(AgSn)、銀錫銅(AgSnCu)、銀錫鉛(AgSnPb)、銀錫鉛銦(AgSnPbln)、銀錫銻(AgSnSb)、錫鉛(SnPb)、鉛(Pb)、銀(Ag)、硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、銻(Sb)、鉍(Bi)、銦(In)和銅(Cu)組成的組。
29.根據(jù)權(quán)利要求22至28中任一項(xiàng)所述的制造的物品，其中，所述非金屬導(dǎo)電化合物包括氮化鈦(TiNx)、氧氮化鈦(TiNxOY)、氮化鶴(WNX)、氧化鋪(CeO2)和氧氮化鋪禮(CeGdONx)中的至少一種。
30.根據(jù)權(quán)利要求22至29中任一項(xiàng)所述的制造的物品，其中，將所述第一接觸表面形成為所述目標(biāo)表面粗糙度包括，在施加所述阻擋層之前拋光所述第一接觸表面以實(shí)現(xiàn)所述目標(biāo)表面粗糙度。
31.根據(jù)權(quán)利要求22至30中任一項(xiàng)所述的制造的物品，其中，所述目標(biāo)表面粗糙度小于約 100 A rmso
32.根據(jù)權(quán)利要求22至30中任一項(xiàng)所述的制造的物品，其中，所述目標(biāo)表面粗糙度小于約 40 A rmso
33.根據(jù)權(quán)利要求2 2至30中任一項(xiàng)所述的制造的物品，其中，所述承載底座的第一熱膨脹特性匹配于所述半導(dǎo)體激光器芯片的第二熱膨脹特性。
34.根據(jù)權(quán)利要求22至33中任一項(xiàng)所述的制造的物品，進(jìn)一步包括: 在施加所述阻擋層之前，向所述第一接觸表面施加的金屬化層；和 在施加所述非金屬導(dǎo)電阻擋層之后和所述焊接工藝之前，向第一接觸表面施加的焊料準(zhǔn)備層。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的制造的物品，其中，所述金屬化層包括約600A厚度的鈦，所述非金屬導(dǎo)電阻擋層包含約1200人厚度的氮化鈦(11隊(duì))、氧氮化鈦(11乂(\)、氮化鎢(WNX)、氧化鈰(CeO2)和氧氮化鈰釓(CeGdONx)中的一種或多種；并且所述焊料準(zhǔn)備層包括約2000至5000 A厚度的金。
36.根據(jù)權(quán)利要求22至35中任一項(xiàng)所述的制造的物品，進(jìn)一步包括施加到所述第一接觸表面的第二金屬阻擋層，所述第二金屬阻擋層包括鉬(Pt)、鈀(Pd)、鎳(Ni)、鎢(W)、鑰(Mo)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鈰(Ce)、釓(Gd)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鋁(Al)、鈹(Be)和釔(Y)中的至少一種。
37.根據(jù)權(quán)利要求22至36中任一項(xiàng)所述的制造的物品，進(jìn)一步包括施加到所述承載底座的第二接觸表面的第二阻擋層，沿著所述第二接觸表面執(zhí)行所述半導(dǎo)體激光器芯片的焊接。
38.根據(jù)權(quán)利要求22至37中任一項(xiàng)所述的制造的物品，進(jìn)一步包括在所述焊接之前在所述載體底座上的第一接觸表面和第二接觸表面之間添加的焊料促進(jìn)層，所述焊料促進(jìn)層包括金屬，所述金屬不屬于所述第一接觸表面和第二接觸表面中的一個(gè)或兩個(gè)上的焊料準(zhǔn)備層的成分。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的制造的物品，其中，通過在所述焊接之前在所述第一接觸表面和所述第二接觸表面之間放置一片所述金屬和在所述焊接之前沉積一層所述金屬中的至少一個(gè)添加所述焊料促進(jìn)層，所述金屬不屬于所述第一接觸表面和所述第二接觸表面中的一個(gè)或兩個(gè)上的焊料組合物的成分。
40.根據(jù)權(quán)利要求22至39中任一項(xiàng)所述的制造的物品，進(jìn)一步包括: 光源，所述光源包括所述承載底座和所述半導(dǎo)體激光器芯片； 檢測(cè)器，所述檢測(cè)器量化所接收的沿著路徑長(zhǎng)度從所述光源發(fā)射的光的強(qiáng)度； 樣品單元和自由空間體中的至少一個(gè)，所述路徑長(zhǎng)度至少通過所述樣品單元和自由空間體中的至少一個(gè)一次,和 至少一個(gè)處理器，所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行操作，所述操作包括，控制驅(qū)動(dòng)電流到所述激光源和接收來自所述檢測(cè)器的強(qiáng)度`數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】H01S5/042GK103782459SQ201280040057
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月17日
【發(fā)明者】馬蒂亞斯·施里姆佩爾, 阿爾弗雷德·菲提施, 加比·紐鮑爾 申請(qǐng)人:光譜傳感器公司