JP3386571B2 - デュアル・ビーム半導体レーザーの製造方法 - Google Patents
デュアル・ビーム半導体レーザーの製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、一般に半導体レーザー装置に関
するもので、更に詳細には一対の単一点半導体レーザー
・チップからデュアル・ダイオード・レーザーを正確に
製造する方法に関するものである。 【０００２】本発明は、大略２μｍのレーザー間間隔を
達成すべく一対の近接して隔置された半導体レーザーを
有する半導体レーザー装置を生産する方法に関するもの
である。こうした装置は、光ディスク読み取り装置又は
（通常ラスター出力スキャナー（ＲＯＳ）と称してい
る）飛点スキャナーを含む多数の装置内に導入可能であ
る。飛点スキャナーは、典型的には直線状若しくは高速
走査方向での感光記録媒体を横切る強度変調された１本
以上の光のビームを繰り返し掃引するよう、その中央軸
線の周りに回転される反射多面型多角形ミラーを備えて
いる。多数の強度変調ビームを採用しているプリンター
は、マルチビーム若しくはマルチスポット・プリンター
と称している。こうしたプリンターにおいては、デュア
ル・レーザーは、１インチあたり約６００点（ｓｐｉ）
の解像度で高速作動を可能にする技術と考えられる。本
発明では、一対のレーザー・ダイスを相互に対して正確
に位置付けるべく、レーザー・ダイスの製造原料たる半
導体ウエハーの表面上に形成される集積整合装置を利用
している。更に、２個のレーザー・ダイスを全体的に分
離する小さい空気空間が両者間に熱的、電気的及び光学
的分離を提供する。 【０００３】多ビーム半導体レーザーが望ましいことは
従前から認識されて来ている。しかしながら、近接して
隔置されたレーザー・ダイオードの間に熱的漏話が存在
するので、実際のレーザー間間隔は、一般に少なくとも
１００μｍの間隔に制限されていた。放射されるレーザ
ー・ビームの近接した間隔を達成する意図のある設計は
公知であり、その中の関連ある開示内容について以下に
示す。 【０００４】開示のため参考として本明細書に導入され
た諸特許の関連ある部分について以下簡単に要約する。 【０００５】米国特許第４，９０１，３２５号は、一対
の半導体レーザー・チップと電極面が大略平行で且つ相
互に対向するようレーザー・チップを固定する固定装置
とを利用している、光ディスク装置において使用される
半導体レーザー装置を開示している。固定装置は、単一
部片、Ｕ形ブロックのいずれかを含み若しくは代替的に
フォト・ダイオードが最後に実装される一対のブロック
を含む。 【０００６】米国特許第４，８７０，６５２号は、独立
的にアドレス可能な半導体レーザーのモノリシック高密
度アレイを開示している。 【０００７】米国特許第４，７９６，９６４号は、ラス
ター出力スキャナー内で多エミッター・ソリッド・ステ
ート半導体レーザーを使用する方法を述べている。一本
のレーザー・ビームのみが任意の所定時間にオンになる
ことを確実にする様式にて、任意のインタービーム妨害
を回避する意味から重なるビームがオン／オフ作動にて
シーケンス処理される。従って、重なるビームの光学的
妨害で生じる不均一性は、ビームの光学的特性（例え
ば、偏光及び波長）の更なる修正を必要とせずに防止さ
れる。 【０００８】米国特許第４，４０３，２４３号には、半
導体レーザーにより装置内で発生された発光レーザー・
ビームの伝送を可能にするよう固定される光伝送部材に
対する支持手段と半田付け手段を含むレーザー装置が開
示してある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、デュア
ル・ビーム半導体レーザーの製造方法であって：レーザ
ー・ダイスの一方がその表面上に整合部材を有しレーザ
ー・ダイスの他方がその表面上に相補整合部材を有する
状態で一対のレーザー・ダイスを形成する段階；及びレ
ーザー・ダイスの対向表面を相互に隔置させ且つデュア
ル・ビーム半導体レーザーを整合させるべく、各レーザ
ー・ダイス上の整合部材が相互に組み合う状態で一対の
レーザー・ダイスを組み立てる段階を含むデュアル・ビ
ーム半導体レーザーの製造方法が提供される。 【００１０】図１は、完全に組み立てられて現れるデュ
アル・ビーム・レーザー・ダイオードの模式的立面図で
ある。 【００１１】図２Ａ乃至図２Ｄは、本発明に関連ある処
理の各種段階での半導体ウエハーの一部分を表す立面図
である。 【００１２】図３は、図２Ａ乃至図２Ｄの処理段階に引
き続く半導体の接合側の出現を図解している平面図であ
る。 【００１３】図４は、本発明のデュアル・ビーム・レー
ザー・ダイオードを生産すべく一対のレーザー・ダイス
が組み立てられる様式を示す斜視図である。 【００１４】図５乃至図８は、図１のデュアル・ビーム
・レーザー・ダイオードを採用している光電子回路アッ
センブリーの各種組み立て段階を図解している立面図で
ある。 【００１５】図９は、図８の最終組み立ての平面図であ
る。 【００１６】本発明によるデュアル・ビーム半導体レー
ザーの組み立て方法を全般的に理解するため、図面を参
照する。図面において、同様の参照番号は同様の素子を
表すべく全体を通じて使用されている。図１は、完全に
組み立てられた場合のデュアル・ビーム・レーザー・ダ
イオードの概略図であり、見る方向はアッセンブリーに
より放出されるデュアル・レーザー・ビームの経路と平
行になっている。 【００１７】更に詳細には、図１は、好適には以後説明
する整合構造若しくは部材を使用して形成された、近接
して隔置されたデュアル・ビーム半導体レーザーを図解
している。デュアル・ビーム・レーザー２０は、全体的
に一対の半導体レーザー装置若しくはダイス２２及び２
４を含み、これらのダイスは、間が相互に空けられたス
ペーサー部材２６を介して相互に永久的に固定され且つ
整合構造としても作用する。各レーザー・ダイス２２及
び２４は、半導体ウエハー上に蒸着された多数のエピタ
キシャル層から成っている。更に、各レーザー・ダイス
は、基材層３０及びｐ−ｎ接合部３２を含むことが特徴
になっている。ｐ−ｎ接合部は、これも約１μｍ以下の
距離にてレーザー・ダイスの接合部側若しくは表面側と
も称する表面３４の下側に位置付けてある。ｐ−ｎ接合
部は、更に図１に表示される如く、垂直方向にて発光領
域３６の中心を定める。 【００１８】ヒート・シンク３８も、各レーザー・ダイ
スの基材層側に堅固に固定されている。ヒート・シンク
３８は、銅又は金属化ベリリア（ＢｅＯ）、シリコン及
びダイアモンドの如き他の熱伝導性材料で形成出来る。
デュアル・ビーム・レーザー・ダイオードの動作中、ヒ
ート・シンクは、レーザー・ダイスが発生した熱エネル
ギーを発散させるだけでなく、電気的接点４２及び導電
体４４を介して基材層に対する電気的接点として機能す
る。レーザー・ダイスの接合側上に蒸着された金属化層
に接続されたレーザー・ダイスの反対側には、模式的に
参照番号４６で図解した第２組の導電体が存在してお
り、これは逆に接点４８を介して共通の電気的アースに
接続されている。特別に図示はされていないが、デュア
ル・ビーム・アッセンブリーは、更にベース・プレート
若しくは同様の設置プラットホームを含み、これにヒー
トシンクが半田付け若しくはろう付け技術により永久的
に固定され、図１に表された近接して隔置された構成に
て全体のアッセンブリーを固定することが理解される。
更に、ベース・プレートは、電気的接点を介してレーザ
ー・ダイスに電力を提供する電気的に絶縁された供給路
も含むことが理解されよう。先に述べた素子が一旦組み
立てられると、透明窓を含むキャップが素子上に設置さ
れ、デュアル・ビーム・レーザー・アッセンブリーを容
器に入れるべくベース・プレートに対してシールされ
る。 【００１９】ここで図３に関連して図２Ａー図２Ｄを参
照すると、本発明を生産し組み立てる目的で使用される
処理段階が図示してあり、半導体ウエハー６０を準備す
る目的から半導体レーザー・ダイスを製造する一般に公
知の方法が使用される。更に詳細には、半導体基材６４
上の多エピタキシャル層６２を有する半導体レーザー・
ウエハーが生産され、かくしてｐ−ｎ接合部６６を定め
る。これらの要件に従って準備されたウエハーは一般に
入手可能である。ｐ−ｎ接合部は、約０．１μｍ乃至約
２．０μｍ、好適には大略１μｍ以下の範囲における距
離だけウエハーの上面の下側の或る距離分隔置された発
光領域の中心を定める。ｐ−ｎ接合部が図面に表された
ウエハーの上面の下側に存在する距離は、一旦組み立て
られたデュアル・ビーム・レーザーのビーム分離距離に
直接影響を与える。更に、ｐ−ｎ接合部上方に存在する
エピタキシャル層の厚さは、層厚さの約１％以下に制御
可能であり、かくしてビーム分離距離の正確な制御を可
能にする。 【００２０】エピキタキシャル層の成長に続き、ウエハ
ー表面上に抵抗性接点６６が形成される。典型的には蒸
着金合金で形成される抵抗性接点は、ウエハー製造産業
で使用される標準的な方法で蒸着される。 【００２１】通常、こうしたウエハーは、次にレーザー
・ダイスのリニア・アレイ若しくはバーにダイス切断さ
れ、バーは次に個々のレーザー・ダイスに分断される。
しかしながら、本明細書で述べたデュアル・ビーム・レ
ーザー装置に対しては、幾つかの付加的ウエハー処理段
階が、大量生産並びに結果的に生じるデュアル・レーザ
ーの近接した整合を容易にする。更に詳細には、図２Ａ
から始まって図解の如く、ウエハーの金属化接合側上で
は、低熱伝導率材料６８、好適にはＳｉＯ2 若しくはＳ
ｉ3 Ｎ4 のスペーサー層が真空蒸着される。代替的に、
スピンコートされたフォトレジスト若しくはポリイミド
の如き他の材料をスペーサー層に対して使用出来る。ス
ペーサー層は、典型的には大略１％以下の厚さ精度にて
製造可能であり、図１に図解された如く、組み合うレー
ザー・ダイスの間の分離距離を正確に制御出来る。しか
しながら、スペーサー層６８の厚さは変化可能であり、
約３μｍ以下の厚さに維持されるのが好適であり、かく
してレーザー・ビームの間の分離を最低にし、一方レー
ザーの間の熱的分離を確実にすべく十分な分離を可能に
する。引続き、図２Ｂに表された一般に公知のフォトレ
ジスト・パターニング技術を使用してフォトレジスト・
マスク層７０が適用され、フォトレジスト上の整合パタ
ーンを露光させるべく光源７４を介してパターン化マス
ク７２に対して光学的に露光される。フォトレジスト・
パターニング段階は、図２Ｃに示される如く、そこから
整合部材８０を生産すべくフォトレジストにより保護さ
れない領域内での低熱伝導率スペーサー層６８の後続の
エッチング処理を可能にする。 【００２２】レーザー・ダイスを形成すべく使用される
リソグラフィック方法が、ウエハー６０の接合部側で実
施されるので、同じ技術で生産される整合部材が、図１
の発光領域３６の横方向位置を定めるレーザー・ストラ
イプ８２に関してミクロンの数１０分の１のスケールの
公差にて横方向に整合可能である。前述した段階の代替
的なものとして、整合部材は、米国特許第４，９９９，
０７７号におけるＤｒａｋｅ等が述べた方法を使用して
生産出来る。 【００２３】図２Ｄに図解される如く、整合部材が生産
された後、半田付け段階中に、２個のレーザー及び組み
合っている整合部材の後続の接合を可能にすべく第２の
金属化層が部材上に適用される。他の処理オプションと
して、Ａｕ−Ｓｎの如き適切な高温半田層が第２金属化
層上に蒸着されれば、半田付け段階が容易にされよう。 【００２４】次に、処理されたウエハーは、Ａ−Ａ’線
に沿ってバーにダイス切断される準備状態にされ、図３
に示される如く、Ｂ−Ｂ’線に沿って分離される。レー
ザー・ダイスの形成における分離位置を決定する目的
で、一般に公知の切断作動が使用され、一般に約１μｍ
の設置精度を備えている。従って、レーザー・ダイスの
面上のレーザー面は、先に生産した整合部材８０に関し
てこの精度にて設置出来る。ウエハーがダイス処理され
て、レーザー・ダイスのバーになるか若しくはリニア・
アレーにされると、２個の代替的方法の１つが引続き行
われる。第１代替例では、１回に１個のバーをダイス処
理し、レーザー・ダイスの２個のバーを背中合わせにて
組み合わせ、ヒートシンク上への後続の実装を行うべ
く、次に、バーを分離して個々のデュアル・ダイオード
・レーザー・セグメントにする。第２の代替策として、
バーは個々のレーザー・ダイスに分割出来、ダイスはヒ
ートシンク３８上に設置され、次に２個の事前設置した
個々のレーザーを整合させ、図４に図示の背中合わせの
様式で結合される。デュアル・レーザーの組み立て前に
２個のレーザー・ダイスの間に薄い金若しくは同様の展
性を有するワイヤを設置することにより、レーザー・ダ
イスの接合側に電気的接点を設けることが出来る。ワイ
ヤは変形し共通接続部に対して圧力接触を提供する。代
替的に、電気的接点は、先に説明した如く一般に公知の
ワイヤ接続作動によりレーザー・ダイスの金属化接合側
に提供出来よう。 【００２５】再び図３を参照すると、この図では整合部
材８０を有する２個の隣接するレーザー・ダイスがウエ
ハー６０内に示してあり、整合部材の相補する性質が理
解出来る。又、図４を参照すると、第１レーザー・ダイ
ス８４が第２レーザー・ダイス８６から分離され、次に
第２レーザー・ダイスの表面上へ移されると、整合用の
特徴部分は、レーザー・ストライプを図１に図示の如く
整合させるか、若しくは、２個のレーザー・ダイスが図
４に従って組み立てられる際に、図９に図示の如く所定
オフセットさせるべく共にロックする。一例として、整
合部材は相互に相補するので、整合部材９２の前部分９
０は、相補整合部材９６の逆形成部分９４に正確に合
う。又、注目すべき点は、同様の相補する形状の整合部
材やＤｒａｋｅ等が米国特許第４，９９９，０７７号で
開示したキー形を例とするウエハーの表面上の当該部材
の個々の幾何学的空間を使用できる可能性があるという
ことである。 【００２６】図４に関連して説明した前掲の方法によ
り、一対のレーザー・ダイスが一旦組み立てられると、
その組み立てられた対は、更に大きい光電子回路パッケ
ージに組み立てねばならない。デュアル・ビーム・レー
ザー２０を含む光電子回路パッケージの組み立てに際し
ては、励起時にレーザーの後部からの発光を検出するの
に適した様式にて適切なフォト・ダイオードをアッセン
ブリー内に設置することも必要であろう。例えば、標準
的な方法を使用して、シリコン・ウエハー内におそらく
隣接する対の形態で、こうしたフォト・ダイオードが形
成されよう。引続き、フォト・ダイオードの後側は、レ
ーザーの放射を検出するのに適した位置にて光電子回路
パッケージ内のベースにそれを半田付けするのを容易に
すべく金属化されよう。 【００２７】ここで図５乃至図８を参照すると、例示的
なデュアル・ビーム・レーザー・ダイオード組み立て方
法の諸段階が理解出来る。例えば、図５において、ベー
ス１０２を含む設置構造と電気的絶縁体１０４は、その
上に蒸着された一対の接点パッド１０６を備えている。
ベースは、デュアル・ビーム・アッセンブリーを支持す
るのに適した一般に採用されているベースに出来、一
方、絶縁体１０４は、好適には、熱をヒート・シンクか
ら離れるように導くがベースから電気的絶縁を維持する
のに適したシリコン又はベリリアの層である。ヒート・
シンクのベースへの半田付けを可能にし且つ各レーザー
に対する別々の電気的接触を提供すべく金属接点パッド
１０６が提供される。 【００２８】次に、図６に図示の如く、金ー錫若しくは
銀ー錫の如き高温半田を使用して、ベース・プレート・
アッセンブリー上の接点パッド１０６に第１ヒート・シ
ンク３８が半田付けされるか若しくはろう付けされる。
又、この箇所でベース・プレート・アッセンブリーに
は、図１に関連して先に説明したリッジ・ガイド・レー
ザー・ダイス２２及び２４の後側からの光の個々の放射
を検出する目的で使用されるフォトダイオード１１０が
取り付けてある。 【００２９】引き続き、図７に図解される如く、デュア
ル・ビーム・レーザー・アッセンブリー１１２が、好適
には、高鉛含有鉛ーインジウム半田の如き中間溶融温度
半田を使用しての半田付け方法により第１ヒート・シン
クに固着される。代替的に、図４に関連して先に説明し
た如く、レーザーは、インターロック・パッドが２個の
レーザー・ダイスを整合させるよう、一方のレーザー・
ダイスをヒート・シンクに固着させて、次に第２のレー
ザー・ダイスを第１レーザー・ダイスに固着させること
により、当該箇所で組み立てることが出来る。ここで再
び、各種固着段階で使用される半田は、半田付け作動中
に先行半田付け接合部の変形を生ぜしめないよう互換性
（即ち、融点が漸次低くなる）がなければならないであ
ろう。第２ヒート・シンクの追加前に多くのアクセスが
利用可能となる当該箇所においてレーザー・ダイオード
・アッセンブリー１１２への共通の電気的接続をなすこ
とも有利であろう。 【００３０】図８に示される如く、組み立て方法での次
の段階は、露光したレーザー・ダイス基材表面と接点パ
ッドの両者の同時的当接を行う第２ヒート・シンク３８
の追加である。再度、当該ヒート・シンクは、レーザー
・ダイス−ヒート・シンク接合部とヒート・シンク−接
点パッド接合部の両者におけるインジウムの如き低温半
田を使用して永久的に固定されよう。次に、図８に図示
された組み立てられたデュアル・ビーム・レーザー・パ
ッケージは、一般に公知の光電子回路パッケージ内に設
置され、インジウムー錫の如き極低融点半田を使用して
当該パッケージに固着されよう。図９の平面図に表され
た如く、デュアル・ビーム・レーザー・アッセンブリー
は、ワイヤ・ボンドを使用して構成要素に対し前述の電
気的接触を形成することにより完了されよう。特に、接
続は、導体４４を介して２個のレーザー・ダイスに対し
て、導体４６を介してレーザーの共通接点に対して、そ
して、導体１２０を介してフォト・ダイオードに対し確
立される。各導体は、光電子回路パッケージ内に存在す
る（非図示の）電気的供給路に接続される。一般に実施
されている如く、次に当該アッセンブリーは、（非図示
の）ウインドウ・キャップ下側にてそれをシールするこ
とにより完成される。 【００３１】要約すると、本発明には、それぞれ整合部
材若しくは整合構造を介在させることにより相互に固定
される第１及び第２半導体レーザー・ダイスをレーザー
が含むようにしたデュアル・ビーム半導体レーザーを製
造する方法と装置が含まれる。整合部材は、デュアル・
レーザー・ビームを相互に対して正確に設置するだけで
なく、レーザー・ダイスの熱的及び電気的分離も提供す
る。製造方法には、個々のダイスの分離前に全体の半導
体ウエハーを横切って整合部材を正確に位置付け、かく
して組み立てられたデュアル・ビーム・レーザーの整合
での正確性を確実にするフォトリソグラフィック技術が
採用してある。整合精度の結果、多ダイオード・レーザ
ー装置の生産に一般に採用された多段階整合作動に対す
る必要性が無くなる。
するもので、更に詳細には一対の単一点半導体レーザー
・チップからデュアル・ダイオード・レーザーを正確に
製造する方法に関するものである。 【０００２】本発明は、大略２μｍのレーザー間間隔を
達成すべく一対の近接して隔置された半導体レーザーを
有する半導体レーザー装置を生産する方法に関するもの
である。こうした装置は、光ディスク読み取り装置又は
（通常ラスター出力スキャナー（ＲＯＳ）と称してい
る）飛点スキャナーを含む多数の装置内に導入可能であ
る。飛点スキャナーは、典型的には直線状若しくは高速
走査方向での感光記録媒体を横切る強度変調された１本
以上の光のビームを繰り返し掃引するよう、その中央軸
線の周りに回転される反射多面型多角形ミラーを備えて
いる。多数の強度変調ビームを採用しているプリンター
は、マルチビーム若しくはマルチスポット・プリンター
と称している。こうしたプリンターにおいては、デュア
ル・レーザーは、１インチあたり約６００点（ｓｐｉ）
の解像度で高速作動を可能にする技術と考えられる。本
発明では、一対のレーザー・ダイスを相互に対して正確
に位置付けるべく、レーザー・ダイスの製造原料たる半
導体ウエハーの表面上に形成される集積整合装置を利用
している。更に、２個のレーザー・ダイスを全体的に分
離する小さい空気空間が両者間に熱的、電気的及び光学
的分離を提供する。 【０００３】多ビーム半導体レーザーが望ましいことは
従前から認識されて来ている。しかしながら、近接して
隔置されたレーザー・ダイオードの間に熱的漏話が存在
するので、実際のレーザー間間隔は、一般に少なくとも
１００μｍの間隔に制限されていた。放射されるレーザ
ー・ビームの近接した間隔を達成する意図のある設計は
公知であり、その中の関連ある開示内容について以下に
示す。 【０００４】開示のため参考として本明細書に導入され
た諸特許の関連ある部分について以下簡単に要約する。 【０００５】米国特許第４，９０１，３２５号は、一対
の半導体レーザー・チップと電極面が大略平行で且つ相
互に対向するようレーザー・チップを固定する固定装置
とを利用している、光ディスク装置において使用される
半導体レーザー装置を開示している。固定装置は、単一
部片、Ｕ形ブロックのいずれかを含み若しくは代替的に
フォト・ダイオードが最後に実装される一対のブロック
を含む。 【０００６】米国特許第４，８７０，６５２号は、独立
的にアドレス可能な半導体レーザーのモノリシック高密
度アレイを開示している。 【０００７】米国特許第４，７９６，９６４号は、ラス
ター出力スキャナー内で多エミッター・ソリッド・ステ
ート半導体レーザーを使用する方法を述べている。一本
のレーザー・ビームのみが任意の所定時間にオンになる
ことを確実にする様式にて、任意のインタービーム妨害
を回避する意味から重なるビームがオン／オフ作動にて
シーケンス処理される。従って、重なるビームの光学的
妨害で生じる不均一性は、ビームの光学的特性（例え
ば、偏光及び波長）の更なる修正を必要とせずに防止さ
れる。 【０００８】米国特許第４，４０３，２４３号には、半
導体レーザーにより装置内で発生された発光レーザー・
ビームの伝送を可能にするよう固定される光伝送部材に
対する支持手段と半田付け手段を含むレーザー装置が開
示してある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、デュア
ル・ビーム半導体レーザーの製造方法であって：レーザ
ー・ダイスの一方がその表面上に整合部材を有しレーザ
ー・ダイスの他方がその表面上に相補整合部材を有する
状態で一対のレーザー・ダイスを形成する段階；及びレ
ーザー・ダイスの対向表面を相互に隔置させ且つデュア
ル・ビーム半導体レーザーを整合させるべく、各レーザ
ー・ダイス上の整合部材が相互に組み合う状態で一対の
レーザー・ダイスを組み立てる段階を含むデュアル・ビ
ーム半導体レーザーの製造方法が提供される。 【００１０】図１は、完全に組み立てられて現れるデュ
アル・ビーム・レーザー・ダイオードの模式的立面図で
ある。 【００１１】図２Ａ乃至図２Ｄは、本発明に関連ある処
理の各種段階での半導体ウエハーの一部分を表す立面図
である。 【００１２】図３は、図２Ａ乃至図２Ｄの処理段階に引
き続く半導体の接合側の出現を図解している平面図であ
る。 【００１３】図４は、本発明のデュアル・ビーム・レー
ザー・ダイオードを生産すべく一対のレーザー・ダイス
が組み立てられる様式を示す斜視図である。 【００１４】図５乃至図８は、図１のデュアル・ビーム
・レーザー・ダイオードを採用している光電子回路アッ
センブリーの各種組み立て段階を図解している立面図で
ある。 【００１５】図９は、図８の最終組み立ての平面図であ
る。 【００１６】本発明によるデュアル・ビーム半導体レー
ザーの組み立て方法を全般的に理解するため、図面を参
照する。図面において、同様の参照番号は同様の素子を
表すべく全体を通じて使用されている。図１は、完全に
組み立てられた場合のデュアル・ビーム・レーザー・ダ
イオードの概略図であり、見る方向はアッセンブリーに
より放出されるデュアル・レーザー・ビームの経路と平
行になっている。 【００１７】更に詳細には、図１は、好適には以後説明
する整合構造若しくは部材を使用して形成された、近接
して隔置されたデュアル・ビーム半導体レーザーを図解
している。デュアル・ビーム・レーザー２０は、全体的
に一対の半導体レーザー装置若しくはダイス２２及び２
４を含み、これらのダイスは、間が相互に空けられたス
ペーサー部材２６を介して相互に永久的に固定され且つ
整合構造としても作用する。各レーザー・ダイス２２及
び２４は、半導体ウエハー上に蒸着された多数のエピタ
キシャル層から成っている。更に、各レーザー・ダイス
は、基材層３０及びｐ−ｎ接合部３２を含むことが特徴
になっている。ｐ−ｎ接合部は、これも約１μｍ以下の
距離にてレーザー・ダイスの接合部側若しくは表面側と
も称する表面３４の下側に位置付けてある。ｐ−ｎ接合
部は、更に図１に表示される如く、垂直方向にて発光領
域３６の中心を定める。 【００１８】ヒート・シンク３８も、各レーザー・ダイ
スの基材層側に堅固に固定されている。ヒート・シンク
３８は、銅又は金属化ベリリア（ＢｅＯ）、シリコン及
びダイアモンドの如き他の熱伝導性材料で形成出来る。
デュアル・ビーム・レーザー・ダイオードの動作中、ヒ
ート・シンクは、レーザー・ダイスが発生した熱エネル
ギーを発散させるだけでなく、電気的接点４２及び導電
体４４を介して基材層に対する電気的接点として機能す
る。レーザー・ダイスの接合側上に蒸着された金属化層
に接続されたレーザー・ダイスの反対側には、模式的に
参照番号４６で図解した第２組の導電体が存在してお
り、これは逆に接点４８を介して共通の電気的アースに
接続されている。特別に図示はされていないが、デュア
ル・ビーム・アッセンブリーは、更にベース・プレート
若しくは同様の設置プラットホームを含み、これにヒー
トシンクが半田付け若しくはろう付け技術により永久的
に固定され、図１に表された近接して隔置された構成に
て全体のアッセンブリーを固定することが理解される。
更に、ベース・プレートは、電気的接点を介してレーザ
ー・ダイスに電力を提供する電気的に絶縁された供給路
も含むことが理解されよう。先に述べた素子が一旦組み
立てられると、透明窓を含むキャップが素子上に設置さ
れ、デュアル・ビーム・レーザー・アッセンブリーを容
器に入れるべくベース・プレートに対してシールされ
る。 【００１９】ここで図３に関連して図２Ａー図２Ｄを参
照すると、本発明を生産し組み立てる目的で使用される
処理段階が図示してあり、半導体ウエハー６０を準備す
る目的から半導体レーザー・ダイスを製造する一般に公
知の方法が使用される。更に詳細には、半導体基材６４
上の多エピタキシャル層６２を有する半導体レーザー・
ウエハーが生産され、かくしてｐ−ｎ接合部６６を定め
る。これらの要件に従って準備されたウエハーは一般に
入手可能である。ｐ−ｎ接合部は、約０．１μｍ乃至約
２．０μｍ、好適には大略１μｍ以下の範囲における距
離だけウエハーの上面の下側の或る距離分隔置された発
光領域の中心を定める。ｐ−ｎ接合部が図面に表された
ウエハーの上面の下側に存在する距離は、一旦組み立て
られたデュアル・ビーム・レーザーのビーム分離距離に
直接影響を与える。更に、ｐ−ｎ接合部上方に存在する
エピタキシャル層の厚さは、層厚さの約１％以下に制御
可能であり、かくしてビーム分離距離の正確な制御を可
能にする。 【００２０】エピキタキシャル層の成長に続き、ウエハ
ー表面上に抵抗性接点６６が形成される。典型的には蒸
着金合金で形成される抵抗性接点は、ウエハー製造産業
で使用される標準的な方法で蒸着される。 【００２１】通常、こうしたウエハーは、次にレーザー
・ダイスのリニア・アレイ若しくはバーにダイス切断さ
れ、バーは次に個々のレーザー・ダイスに分断される。
しかしながら、本明細書で述べたデュアル・ビーム・レ
ーザー装置に対しては、幾つかの付加的ウエハー処理段
階が、大量生産並びに結果的に生じるデュアル・レーザ
ーの近接した整合を容易にする。更に詳細には、図２Ａ
から始まって図解の如く、ウエハーの金属化接合側上で
は、低熱伝導率材料６８、好適にはＳｉＯ2 若しくはＳ
ｉ3 Ｎ4 のスペーサー層が真空蒸着される。代替的に、
スピンコートされたフォトレジスト若しくはポリイミド
の如き他の材料をスペーサー層に対して使用出来る。ス
ペーサー層は、典型的には大略１％以下の厚さ精度にて
製造可能であり、図１に図解された如く、組み合うレー
ザー・ダイスの間の分離距離を正確に制御出来る。しか
しながら、スペーサー層６８の厚さは変化可能であり、
約３μｍ以下の厚さに維持されるのが好適であり、かく
してレーザー・ビームの間の分離を最低にし、一方レー
ザーの間の熱的分離を確実にすべく十分な分離を可能に
する。引続き、図２Ｂに表された一般に公知のフォトレ
ジスト・パターニング技術を使用してフォトレジスト・
マスク層７０が適用され、フォトレジスト上の整合パタ
ーンを露光させるべく光源７４を介してパターン化マス
ク７２に対して光学的に露光される。フォトレジスト・
パターニング段階は、図２Ｃに示される如く、そこから
整合部材８０を生産すべくフォトレジストにより保護さ
れない領域内での低熱伝導率スペーサー層６８の後続の
エッチング処理を可能にする。 【００２２】レーザー・ダイスを形成すべく使用される
リソグラフィック方法が、ウエハー６０の接合部側で実
施されるので、同じ技術で生産される整合部材が、図１
の発光領域３６の横方向位置を定めるレーザー・ストラ
イプ８２に関してミクロンの数１０分の１のスケールの
公差にて横方向に整合可能である。前述した段階の代替
的なものとして、整合部材は、米国特許第４，９９９，
０７７号におけるＤｒａｋｅ等が述べた方法を使用して
生産出来る。 【００２３】図２Ｄに図解される如く、整合部材が生産
された後、半田付け段階中に、２個のレーザー及び組み
合っている整合部材の後続の接合を可能にすべく第２の
金属化層が部材上に適用される。他の処理オプションと
して、Ａｕ−Ｓｎの如き適切な高温半田層が第２金属化
層上に蒸着されれば、半田付け段階が容易にされよう。 【００２４】次に、処理されたウエハーは、Ａ−Ａ’線
に沿ってバーにダイス切断される準備状態にされ、図３
に示される如く、Ｂ−Ｂ’線に沿って分離される。レー
ザー・ダイスの形成における分離位置を決定する目的
で、一般に公知の切断作動が使用され、一般に約１μｍ
の設置精度を備えている。従って、レーザー・ダイスの
面上のレーザー面は、先に生産した整合部材８０に関し
てこの精度にて設置出来る。ウエハーがダイス処理され
て、レーザー・ダイスのバーになるか若しくはリニア・
アレーにされると、２個の代替的方法の１つが引続き行
われる。第１代替例では、１回に１個のバーをダイス処
理し、レーザー・ダイスの２個のバーを背中合わせにて
組み合わせ、ヒートシンク上への後続の実装を行うべ
く、次に、バーを分離して個々のデュアル・ダイオード
・レーザー・セグメントにする。第２の代替策として、
バーは個々のレーザー・ダイスに分割出来、ダイスはヒ
ートシンク３８上に設置され、次に２個の事前設置した
個々のレーザーを整合させ、図４に図示の背中合わせの
様式で結合される。デュアル・レーザーの組み立て前に
２個のレーザー・ダイスの間に薄い金若しくは同様の展
性を有するワイヤを設置することにより、レーザー・ダ
イスの接合側に電気的接点を設けることが出来る。ワイ
ヤは変形し共通接続部に対して圧力接触を提供する。代
替的に、電気的接点は、先に説明した如く一般に公知の
ワイヤ接続作動によりレーザー・ダイスの金属化接合側
に提供出来よう。 【００２５】再び図３を参照すると、この図では整合部
材８０を有する２個の隣接するレーザー・ダイスがウエ
ハー６０内に示してあり、整合部材の相補する性質が理
解出来る。又、図４を参照すると、第１レーザー・ダイ
ス８４が第２レーザー・ダイス８６から分離され、次に
第２レーザー・ダイスの表面上へ移されると、整合用の
特徴部分は、レーザー・ストライプを図１に図示の如く
整合させるか、若しくは、２個のレーザー・ダイスが図
４に従って組み立てられる際に、図９に図示の如く所定
オフセットさせるべく共にロックする。一例として、整
合部材は相互に相補するので、整合部材９２の前部分９
０は、相補整合部材９６の逆形成部分９４に正確に合
う。又、注目すべき点は、同様の相補する形状の整合部
材やＤｒａｋｅ等が米国特許第４，９９９，０７７号で
開示したキー形を例とするウエハーの表面上の当該部材
の個々の幾何学的空間を使用できる可能性があるという
ことである。 【００２６】図４に関連して説明した前掲の方法によ
り、一対のレーザー・ダイスが一旦組み立てられると、
その組み立てられた対は、更に大きい光電子回路パッケ
ージに組み立てねばならない。デュアル・ビーム・レー
ザー２０を含む光電子回路パッケージの組み立てに際し
ては、励起時にレーザーの後部からの発光を検出するの
に適した様式にて適切なフォト・ダイオードをアッセン
ブリー内に設置することも必要であろう。例えば、標準
的な方法を使用して、シリコン・ウエハー内におそらく
隣接する対の形態で、こうしたフォト・ダイオードが形
成されよう。引続き、フォト・ダイオードの後側は、レ
ーザーの放射を検出するのに適した位置にて光電子回路
パッケージ内のベースにそれを半田付けするのを容易に
すべく金属化されよう。 【００２７】ここで図５乃至図８を参照すると、例示的
なデュアル・ビーム・レーザー・ダイオード組み立て方
法の諸段階が理解出来る。例えば、図５において、ベー
ス１０２を含む設置構造と電気的絶縁体１０４は、その
上に蒸着された一対の接点パッド１０６を備えている。
ベースは、デュアル・ビーム・アッセンブリーを支持す
るのに適した一般に採用されているベースに出来、一
方、絶縁体１０４は、好適には、熱をヒート・シンクか
ら離れるように導くがベースから電気的絶縁を維持する
のに適したシリコン又はベリリアの層である。ヒート・
シンクのベースへの半田付けを可能にし且つ各レーザー
に対する別々の電気的接触を提供すべく金属接点パッド
１０６が提供される。 【００２８】次に、図６に図示の如く、金ー錫若しくは
銀ー錫の如き高温半田を使用して、ベース・プレート・
アッセンブリー上の接点パッド１０６に第１ヒート・シ
ンク３８が半田付けされるか若しくはろう付けされる。
又、この箇所でベース・プレート・アッセンブリーに
は、図１に関連して先に説明したリッジ・ガイド・レー
ザー・ダイス２２及び２４の後側からの光の個々の放射
を検出する目的で使用されるフォトダイオード１１０が
取り付けてある。 【００２９】引き続き、図７に図解される如く、デュア
ル・ビーム・レーザー・アッセンブリー１１２が、好適
には、高鉛含有鉛ーインジウム半田の如き中間溶融温度
半田を使用しての半田付け方法により第１ヒート・シン
クに固着される。代替的に、図４に関連して先に説明し
た如く、レーザーは、インターロック・パッドが２個の
レーザー・ダイスを整合させるよう、一方のレーザー・
ダイスをヒート・シンクに固着させて、次に第２のレー
ザー・ダイスを第１レーザー・ダイスに固着させること
により、当該箇所で組み立てることが出来る。ここで再
び、各種固着段階で使用される半田は、半田付け作動中
に先行半田付け接合部の変形を生ぜしめないよう互換性
（即ち、融点が漸次低くなる）がなければならないであ
ろう。第２ヒート・シンクの追加前に多くのアクセスが
利用可能となる当該箇所においてレーザー・ダイオード
・アッセンブリー１１２への共通の電気的接続をなすこ
とも有利であろう。 【００３０】図８に示される如く、組み立て方法での次
の段階は、露光したレーザー・ダイス基材表面と接点パ
ッドの両者の同時的当接を行う第２ヒート・シンク３８
の追加である。再度、当該ヒート・シンクは、レーザー
・ダイス−ヒート・シンク接合部とヒート・シンク−接
点パッド接合部の両者におけるインジウムの如き低温半
田を使用して永久的に固定されよう。次に、図８に図示
された組み立てられたデュアル・ビーム・レーザー・パ
ッケージは、一般に公知の光電子回路パッケージ内に設
置され、インジウムー錫の如き極低融点半田を使用して
当該パッケージに固着されよう。図９の平面図に表され
た如く、デュアル・ビーム・レーザー・アッセンブリー
は、ワイヤ・ボンドを使用して構成要素に対し前述の電
気的接触を形成することにより完了されよう。特に、接
続は、導体４４を介して２個のレーザー・ダイスに対し
て、導体４６を介してレーザーの共通接点に対して、そ
して、導体１２０を介してフォト・ダイオードに対し確
立される。各導体は、光電子回路パッケージ内に存在す
る（非図示の）電気的供給路に接続される。一般に実施
されている如く、次に当該アッセンブリーは、（非図示
の）ウインドウ・キャップ下側にてそれをシールするこ
とにより完成される。 【００３１】要約すると、本発明には、それぞれ整合部
材若しくは整合構造を介在させることにより相互に固定
される第１及び第２半導体レーザー・ダイスをレーザー
が含むようにしたデュアル・ビーム半導体レーザーを製
造する方法と装置が含まれる。整合部材は、デュアル・
レーザー・ビームを相互に対して正確に設置するだけで
なく、レーザー・ダイスの熱的及び電気的分離も提供す
る。製造方法には、個々のダイスの分離前に全体の半導
体ウエハーを横切って整合部材を正確に位置付け、かく
して組み立てられたデュアル・ビーム・レーザーの整合
での正確性を確実にするフォトリソグラフィック技術が
採用してある。整合精度の結果、多ダイオード・レーザ
ー装置の生産に一般に採用された多段階整合作動に対す
る必要性が無くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 完全に組み立てられて現れるデュアル・ビー
ム・レーザー・ダイオードの模式的立面図である。 【図２】 Ａ乃至Ｄは本発明に関連ある処理の各種段階
での半導体ウエハーの一部分を表す立面図である。 【図３】 図２Ａ乃至図２Ｄの処理段階に引き続く半導
体の接合側の出現を図解している平面図である。 【図４】 本発明のデュアル・ビーム・レーザー・ダイ
オードを生産すべく一対のレーザー・ダイスが組み立て
られる様式を示す斜視図である。 【図５】 図１のデュアル・ビーム・レーザー・ダイオ
ードを採用している光電子回路アッセンブリーの一つの
組み立て段階を図解している立面図である。。 【図６】 図５に続く組み立て段階を図解している立面
図である。 【図７】 図６に続く組み立て段階を図解している立面
図である。 【図８】 図７に続く組み立て段階を図解している立面
図である。 【図９】 図８の最終組み立ての平面図。 【符号の説明】 ２０…デュアル・ビーム・レーザー、２２…レーザー・
ダイス、２４…レーザー・ダイス、２６…スペーサー部
材、３０…基材層、３２…ｐ−ｎ接合部、３４…表面、
３６…発光領域、３８…ヒート・シンク、４２…電気的
接点、４４…導電体、４６…導電体、４８…接点、６０
…半導体ウエハー、６２…エピタキシャル層、６４…半
導体基材、６６…ｐ−ｎ接合部、６８…スペーサー層、
７０…フォトレジストマスク層、７２…パターン化マス
ク、７４…光源、８０…整合部材、８２…レーザースト
ライプ、８４…第１レーザー・ダイス、８６…第２レー
ザー・ダイス、９０…前部分、９２…整合部材、９４…
逆形成部分、９６…相補整合部材、１０２…ベース、１
０４…絶縁体、１０６…接点パッド、１１０…フォト・
ダイオード、１１２…レーザー・ダイオード・アッセン
ブリー、１２０…導体
ム・レーザー・ダイオードの模式的立面図である。 【図２】 Ａ乃至Ｄは本発明に関連ある処理の各種段階
での半導体ウエハーの一部分を表す立面図である。 【図３】 図２Ａ乃至図２Ｄの処理段階に引き続く半導
体の接合側の出現を図解している平面図である。 【図４】 本発明のデュアル・ビーム・レーザー・ダイ
オードを生産すべく一対のレーザー・ダイスが組み立て
られる様式を示す斜視図である。 【図５】 図１のデュアル・ビーム・レーザー・ダイオ
ードを採用している光電子回路アッセンブリーの一つの
組み立て段階を図解している立面図である。。 【図６】 図５に続く組み立て段階を図解している立面
図である。 【図７】 図６に続く組み立て段階を図解している立面
図である。 【図８】 図７に続く組み立て段階を図解している立面
図である。 【図９】 図８の最終組み立ての平面図。 【符号の説明】 ２０…デュアル・ビーム・レーザー、２２…レーザー・
ダイス、２４…レーザー・ダイス、２６…スペーサー部
材、３０…基材層、３２…ｐ−ｎ接合部、３４…表面、
３６…発光領域、３８…ヒート・シンク、４２…電気的
接点、４４…導電体、４６…導電体、４８…接点、６０
…半導体ウエハー、６２…エピタキシャル層、６４…半
導体基材、６６…ｐ−ｎ接合部、６８…スペーサー層、
７０…フォトレジストマスク層、７２…パターン化マス
ク、７４…光源、８０…整合部材、８２…レーザースト
ライプ、８４…第１レーザー・ダイス、８６…第２レー
ザー・ダイス、９０…前部分、９２…整合部材、９４…
逆形成部分、９６…相補整合部材、１０２…ベース、１
０４…絶縁体、１０６…接点パッド、１１０…フォト・
ダイオード、１１２…レーザー・ダイオード・アッセン
ブリー、１２０…導体
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フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 一対のレーザー・ダイス中の一方のレー
ザー・ダイスの表面上に整合部材を配置し、他方のレー
ザー・ダイスの表面上に相補的な整合部材を配置する段
階と、 それぞれのレーザー・ダイスの相対する表面を隔置し、
前記両方の整合部材を用いて、それぞれのレーザー・ダ
イス上の整合部材を組み立てる段階を含む デュアル・ビ
ーム半導体レーザーの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/057,799 US5360761A (en) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | Method of fabricating closely spaced dual diode lasers |
| US057799 | 1993-05-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06334264A JPH06334264A (ja) | 1994-12-02 |
| JP3386571B2 true JP3386571B2 (ja) | 2003-03-17 |
Family
ID=22012829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09242894A Expired - Lifetime JP3386571B2 (ja) | 1993-05-07 | 1994-04-28 | デュアル・ビーム半導体レーザーの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5360761A (ja) |
| JP (1) | JP3386571B2 (ja) |
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| US6256283B1 (en) * | 1996-10-01 | 2001-07-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical pickup having a common light beam path for passing either of a plurality of kinds of light beams |
| US5777319A (en) * | 1997-03-26 | 1998-07-07 | Xerox Corporation | Method of rotationally aligning multispot diode lasers in raster output scanners |
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| US4796964A (en) * | 1988-03-09 | 1989-01-10 | Xerox Corporation | Method of utilizing a multiple emitter solid state laser in a raster output scanner (ROS) |
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