半导体激光装置及其制造方法

专利名称：半导体激光装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体激光装置及其制造方法，更具体而言，涉及用于OA 装置(诸如复印机和激光束打印机)和光学信息处理装置(诸如光纤通信系 统、光学测量系统和光盘)的半导体激光装置及用于制造该半导体激光装置 的方法。
背景技术：
近年来，对于设置有半导体激光装置的OA装置和光学信息处理装置， 强烈需要能高速操作和大容量的信息处理，为此，已经提出了能够辐射多个 激光束的多光束半导体激光元件(以下也称为多激光器或激光器芯片)的应 用(例如，参照JP-A No.2002-374029, JP-A No.2004-356586和JP匿A No.2005-45146)。
多激光器设置有以彼此分别电隔离的条状形式形成于半导体衬底上的
底后表面上的第一电极和第二电极。此外，通过使用电极结构和封装系统， 将多激光器组装到基台(也称为散热器(heat sink))上，如在图6至图10 中所示，从而使各个发光单元被单独驱动，然后被安装到封装(package )上。 基台(submount)主要用作热辐射构件，其吸收由激光器芯片所产生的
热量并将热量释放到外部。这里，对于其上安装有激光器芯片的封装，由于 难以要求其安装部分具有与数微米量级的不规则度相抗衡的平坦度，并且由
于还难以采用不可能将热应变传送到激光器芯片的构件(即，热膨胀系数与 激光器芯片的材料的热膨胀系数实质上相同的构件)作为其一部分，所以激 光器芯片一般通过基台安装在封装上。因此， 一般需要基台具有优良的热辐 射性能、低成本和与激光器芯片的材料的热膨胀系数接近的热膨胀系数，并 且一般由诸如Si、 A1N和SiC的材料制成。
图6示出了其中通过使用所谓的结-上系统(junction-up system )将多激 光器封装到基台上的情形。在该情形下，多激光器110具有这样的结构，在
该结构中第一电极113形成于在半导体衬底111上以条状形式形成的多个发 光单元112的表面上，第二电极114形成于半导体衬底111的整个后表面上。 然而，基台116设置有形成于其整个表面(上表面)上的连接电极117。
在结-上系统中，半导体衬底111 一侧上的第二电极114通过焊接材料电 连接到基台116上的连接电极117。此外，使用利用线118的线接合，将各 个第一电极113电连接到外部电路(未示出)。
图7也示出了其中通过使用结-上系统将多激光器封装到基台上的情形。 在该情形下，多激光器210具有这样的结构，在该结构中对应于多个第一电 极213的多个接合焊盘(bonding pad) 215形成于条状形式的多个发光单元 212两侧，连接线215a用于将各个接合焊盘215连接到其上形成的各个第一 电极213。在这些连接线215a中，绝缘膜形成于将不被连接的第一电极213 和连接电极215a之间。此外，使用利用线118的线接合，将各个接合焊盘 215电连接到外部电路(未示出)。这里，在图7中，附图标记214表示第二 电极，并且与图6中所示出的相同组成元件由相同的附图标记表示。
图8示出了其中通过使用所谓的结-下系统(junction-down)将多激光器 封装到基台上的情形。在图8中，与图6中所示出的相同组成元件由相同的 附图标记表示。
在该情形下，使用在图6中解释的多激光器110。另一方面，基台316 具有这样的结构，在该结构中多个连接电极317以条状形式形成于基台316 表面上的封装区域上，其中该条状形式的间隔与多激光器110的多个第一电 极113并排排列的间隔相同，而多个接合焊盘318和用于将各个接合焊盘318
在结-下系统中，多激光器110的各个第一电极113通过焊接材料电连接 到各个连接电极317。此外，使用利用线118的线接合，将各个接合焊盘318 电连接到外部电路(未示出)。
在图6中所示的结-上系统的情形下，由于分别线接合多个第一电极113， 所以需要第一电极113的宽度具有不使线接合球从其突出的尺寸。例如，假 设线118的直径设置成25)im (其为一般值)，由于线接合球的尺寸为三至四 倍宽的75pm或更高，所以第一电极113的宽度需要设置成至少75jim。例 如，在激光束打印机的情形下，为了实现高速操作，需要具有更多发光点的 窄发光点间隔的半导体激光元件；然而，如上所述，其中第一电极113被线
接合球的尺寸限制的图6中的结-上系统不能提供最佳的封装系统。
在图7所示的结-上系统情形下，由于没有线接合被直接实施到第一电 极213上，所以可以使发光点间隔比图6的发光点间隔窄，例如，14jum; 然而，由于需要确保用于形成接合焊盘215的区域，所以不用于发光的区域 增大，导致多激光器的芯片尺寸增加。
此外，在图6和图7中所示的结-上系统不利于将由多激光器的发光单 元所产生的热量有效地释放到基台，并因此易于导致特性劣化以及可靠性劣 化，不能提供所需的封装系统。
在图8所示的结-下系统情形下，由于多激光器110与紧靠基台316的 发光单元112封装在一起，所以该封装系统将从发光单元所产生的热量有效 地释放到基台。然而，在将多个第一电极113连接到多个连接电极317时， 由于必须融化焊接材料并且还必须执行锚固工艺(anchoring process ),无法 直接观察基台316的连接电极317和多激光器110的第一电极113,并且需 保持不要彼此电连接的连接电极317与第一电极113之间的电气隔离；因此， 该系统导致较难的封装工艺，需要高位置精确度。特别地，在封装具有窄发 光点间隔(例如，50pm或更小的发光点间隔)的多激光器时，需要更难的 封装工艺。
当第一电极113和连接电极317以差的位置精确度彼此连接时，易于产
精确度中的位置偏差，导致泄漏电流并因而导致功能劣化以及设置有多激光 器110的电子装置中的故障。

发明内容
本发明用以解决所述问题，并且其目的为提供具有高品质的半导体激光 装置和制造易于具有高精确度的半导体激光装置的方法。
根据本发明，其能提供一半导体激光装置，该半导体激光装置包括基 台，其具有彼此平行的前表面和后表面，并具有60%或更高的可见光透射率， 所述后表面对应于相对面；连接电极，其形成于基台的前表面上；以及半导 体激光元件，其通过连接电极被封装在基台的前表面上，并且在平行于所述 前表面的方向上发射激光束。
特别地，本发明期望应用到半导体激光装置，其中半导体激光元件包括
半导体衬底、形成于半导体衬底前表面上的发光单元、形成于发光单元表面 上的第一电极和形成于半导体衬底后表面上的第二电极，从而使半导体元件 的第 一 电极被封装在基台上，同时通过焊接材料与连接电极电连接。
在本发明的另 一方面中，本发明涉及一种用于制造半导体激光装置的方
法，包括位置调整步骤，其包括使基台上的连接电极和半导体激光元件 的第一电极彼此相对；相对于彼此移动基台和半导体激光元件，同时/人基台 上连接电极的相对侧上的后表面侧观察连接电极的位置和第一电极的位置； 使连接电极的位置与第一电极的位置彼此一致；以及连接步骤，其包括通 过焊接材料将半导体激光元件的第 一 电极电连接到基台的连接电极。
根据本发明的制造半导体激光装置的方法，在通过利用可见光透射率为 60%或更高的基台的光透射性能从基台的后表面侧观察连接电极的位置和 第一电极的位置时，可使连接电极的位置与第一电极的位置易于以高精确度 彼此一致。因此，特别地，即使当通过使用结-下系统将窄发光间隔为50|iim 或更低的多激光器封装在基台上时，也不产生诸如第一电极与连接电极之间 突出的焊接材料和管芯接合精确度中位置偏差的缺陷，从而能防止电流泄 漏。此外，通过使用结-下封装系统，能将半导体激光元件所产生的热量有 效地释放到基台。
因此，由于通过该制造方法获得的半导体激光装置能够具有改善的特性 和可靠性，所以设置有该半导体激光装置的OA装置、通信装置等等能够执 行更高速度的操作。


图l是示出根据本发明的半导体激光装置的实施例1的透视图； 图2A是示出实施例1中的半导体激光元件的透视图，并且图2B是图 2A的半导体激光元件的局部放大视图3是示出实施例1中的基台的透碎见图4是解释封装工艺的视图，其中实例1的半导体激光元件被封装到基 台上；
图5A至图5D是用于解释封装工艺的视图，其中实例2的半导体激光 元件被封装到基台上；
图6是示出通过使用传统的结-上系统将多激光器封装到基台上的状态
的透浮见图7是示出通过使用传统的结-上系统将其它多激光器封装到基台上的 状态的透视图；以及
图8是示出通过使用传统的结-下系统将多激光器封装到基台上的状态 的透视图。
具体实施例方式
根据本发明的半导体激光装置包括基台，其具有彼此平行的前表面和 后表面，并具有60%或更高的可见光透射率，该后表面对应于相对面，；连 接电极，其形成于前表面上；以及半导体激光元件，其通过连接电极被封装 到基台上，并在平行于前表面的方向上发射激光束。
即，由于该半导体激光装置设置有具有可见光透射率为60%或更高的优 良光透射性能的基台，所以连接电极的位置和半导体元件的位置可通过使用 观察装置从基台的与连接电极相对的后表面侧进行观察。
该观察工艺在将半导体激光元件封装在基台上使连接电极插入其间时 实施，并且可通过使用该工艺改善连接电极和半导体激光元件的定位精确 度。
因此，本发明的半导体激光装置具有这样的结构，在该结构中对半导体 激光元件进行位置调整并以高精确度将其封装到基台上。
这里，在基台的可见光透射率低于60%的情形下，从基台的后表面侧进 行的连接电极和半导体激光元件的位置观察趋于变难，导致连接电极和半导 体激光元件的位置精确度降低。
在本发明中，"可见光透射率，，指It/Io比率的百分数，也就是在具有彼 此平行的一个表面和另一表面且从所述一个表面到所述另一表面间的厚度 为0.01至2.0mm的基台的一个面上垂直入射的光(波长400至750nm ) 的发光强度Io，与在通过基台内部之后从另一表面释放的光的发光强度It 之间的比率。
除了以上所述的结构之外，本发明的半导体激光装置并没有被特别限 制，并且优选提出以下结构。
在本发明中，没有特别限制基台的材料和表面状态，只要可见光透射率 不低于60%即可；然而，对于基台的前表面和对应于相对面的后表面的表面
粗糙度，由JIS B0106-1994限定的十点平均粗糙度Rz优选地设置成l|im或 更低，以便容易地获得可见光透射率为60%或更高的基台，并且其更优选地 为设置成0.2pm或更低。在基台的前表面和对应于相对面的后表面的表面粗 糙度(十点平均粗糙度Rz)超过l(im的情形下，用于获得可见光透射率为 60%或更高的基台的材料限制变得更加严格。
除了可见光透射率超过60。/。的特征外，从优良的热辐射性能、低成本和 与半导体激光元件的热膨胀系数接近的角度，GaN、蓝宝石或Si02优选地用 作基台的材料。GaN、蓝宝石或Si02的可见光透射率分别为约70%,约85% 和约90%。
此外，不特別限定基台的形状和尺寸，只要具有其上形成连接电极的前 表面和对应于相对表面的后表面，前表面和后表面彼此平行；并且优选地， 使用长边在500至1500jim范围内、短边在500至lOOOpm范围内以及厚度 为200至400|am的方块形状。
基台可通过其中由材料(例如，GaN晶片)制成的晶片的前表面和后表 面镜面抛光至预定厚度的工艺制造，并且被抛光的晶片被分成预定尺寸。特 别地，基台的前表面和后表面不形成光滑面，并具有细微的不规则(表面粗 糙度)，以及优选地抛光晶片的前表面和后表面，使得对应于该表面粗糙度 的由JISB0106-1994限定的十点平均粗糙度Rz被设置为lpm或更^氐。在该 情形下，例如，化学机械抛光方法等等可用作抛光方法。
在本发明中，半导体激光元件可包括半导体衬底、形成于半导体衬底 前表面上的发光单元、形成于发光单元表面上的第一电极和形成于半导体衬 底后表面上的第二电极，从而半导体激光元件的第一电极通过焊接材料电连 接到基台上的连接电极。
根据该配置，可得到半导体激光装置，其通过使用有利于辐射半导体激 光元件的发光单元所产生的热量的结-下系统来封装，使得能抑制由半导体 激光元件产生的热量而导致的特性和可靠性劣化。
此外，本发明期望用作半导体激光装置，其中，在半导体激光元件中， 多个发光单元以彼此电隔离的方式且以条状形式而形成于半导体衬底的前 表面上，并且第一电极分别形成于各个发光单元的表面上，多个连接电极以 条状形式形成于基台的表面上，即，用作其中通过使用结下系统将多激光器 封装到基台上的半导体激光装置。
根据该配置，其能够使设置有该半导体激光装置的OA装置和光学信息 处理装置执行高速操作并且还提供大容量信息处理操作。此外，如之前所述， 由于基台在光透射性能方面比较优良，所以第一电极能够以高精确度结合到 多个连接电极，而不会有任何位置偏差，并且本发明期望应用到半导体激光
装置，其中通过使用结-下系统来封装窄发光点间隔为50pm或更低的微多激 光器。此外，由于使用结-下封装系统，所以从多激光器的发光单元所产生 的热量可有效地释放到基台。
在本发明中，多激光器可设计成发射具有不同振荡波长或相同振荡波长 的多束激光束。
在发射不同振荡波长的激光光束和发射相同振荡波长的激光光束的任 意结构中，可以高精确度定位要根据发光点放置在基台侧上的各个通道电极 (连接电极)，从而稳定并改善生产和热辐射性能。
只要其具有这样的结构，在该结构中发光单元形成于半导体衬底前表面 上以及第一电极形成于发光单元表面侧上，且第二电极形成于半导体衬底的 后表面上，不限于特定系列的材料，则本发明的半导体激光元件可由任意材 料制成，诸如GaAs基的、AlGaAs基的、GalnAs基的、GalnAsP基的和AlGalnP 基的材料。
在此，没有特别限制发光单元，只要其包含设置有具有发射激光束的发 光点的至少一有源层的结构，例如，多量子阱结构被制成有源层。此外，发 光单元可包括具有脊状结构的单元，并且除了该结构之外，其可具有在半导 体衬底与有源层之间形成的第 一导电覆层，并且还可具有在有源层与第 一 电 极之间形成的第二导电覆层。第一导电緩冲层可形成于半导体衬底与第一导
如其中第一导电覆层和第二导电覆层的至少其中之一由多层组成的层结构，
其中制备两层第二导电覆层且蚀刻终止层形成于这两层之间的层结构，其中 具有绝缘性能的介电层形成于脊状结构两侧上的层结构，以及其中绝缘膜、 保护膜等等形成为脊状结构的上层的层结构。
不限于设置有可见光透射率为60%或更高的基台和在该基台上封装的 半导体激光元件且连接电极插入其间的结构，本发明的半导体激光装置可具 有用于通过使用导电浆料将基台与在其上封装的半导体激光元件锚固在一 起的封装。该封装由诸如铜和铁的材料制成，以及特别地，优选地使用具有
绝缘性在热传导(热辐射性能)方面比较优良的材料铜。
在此，基台可具有多个接合焊盘和用于将各个接合焊盘连接到各个连接 电极的连接线，其形成于表面上封装区域之外的区域上，并且该封装可具有 通过导线电连接到基台上的接合焊盘的多个连接端子。
具有上述结构的半导体激光装置可由包含以下步骤的制造方法制造位
置调整步骤包含使基台上的连接电极与半导体激光元件的第 一 电极;波此相 对；相对于彼此移动基台和半导体激光元件，同时从基台上的连接电极相对 侧上的后表面一侧观察连接电极的位置和第一电极的位置；使连接电极的位 置与第一电极的位置彼此一致；以及连接步骤包含通过焊接材料将半导体 激光元件的第 一 电极电连接到基台的连接电极。
根据该制造方法，通过利用可见光透射率为60%或更高的基台的光透射 性能，易于使连接电极的位置和第一电极的位置以高精确度彼此一致，同时 从基台的后表面侧观察连接电极的位置和第一电极的位置。因此，特别地， 即使当使用结-下系统将窄发光点间隔为50pm或更小的多激光器封装在基 台上时，也不会发生缺陷，诸如在第一电极与连接电极之间突出的焊接材料 以及管芯(die)接合精确度中的位置偏差，从而能防止通常由这些缺陷造成 的电流泄漏。
在位置调整工艺中，尽管没有特别限制，但是通过使用例如利用CCD 照相机的方法或其中将激光束发射到基台后表面并且检测从连接电极和第 一电极反射的激光束的方法，执行连接电极位置和第一电极位置的检察。
参照附图，以下的描述将讨论根据本发明实施例的半导体激光装置及其 制造方法。
(实施例1 )
图l是示出本发明的半导体激光装置的实施例1的透视图。该半导体激 光装置设置有半导体激光元件1A、其上封装有半导体激光元件1A的基台 20A和其上封装有基台20A的封装30。
图2A是示出实施例1中的半导体激光元件的透视图，以及图2B是图 2A的半导体激光元件的局部放大视图。图3是示出实施例1中的基台的透 视图。
如在图2A和图2B中所示，半导体激光元件1A设置有宽度为200 um
(X方向)、长度为300pm ( Y方向)以及厚度为500pm的N-型GaAs衬底 2，并且对应于其中IO个发光单元1Aa在N-型GaAs衬底2的宽度内形成为 发光点间隔为lOiam的条状形状的红外的十通道激光器芯片。分隔凹槽lAb 形成于各个发光单元1Aa之间。
每个发光单元1Aa设置有相继形成在N-型GaAs衬底2上的N-型 AlGaAs覆层3 (膜厚度2.2jim )、未掺杂的AlGaAs多重量子阱有源层4 (膜 厚度0.12(im)、 P-型AlGaAs第一覆层5 (膜厚度0.17pm)、作为脊状部 分7的基部的GaAs外延-支持层6 (膜厚度O.OCBpm )、作为形成波导通路 的宽度为2.5|im的脊状部分7的P-型AlGaAs第二覆层8 (膜厚度1.2pm ) 和P-型GaAs帽盖层9 (膜厚度0.8pm )，以及形成于脊状部分7两侧的N-型AlGaAs阻挡层10 (膜厚度2.0jxm)，该N-型AlGaAs阻挡层10具有电 流阻挡功能并具有将有源层4内部的光限定在横向方向的折射率。
未掺杂AlGaAs多重量子阱有源层4设置有形成为与N-型AlGaAs覆层 3和P-型AlGaAs第一覆层5相接触的一对未掺杂AlGaAs引导层，以及交 替形成在成对的未掺杂AlGaAs引导层之间的未掺杂AlGaAs阱层(膜厚度 0.0075pm)和未掺杂AlGaAs势垒层(膜厚度0.0055pm),并且未掺杂的 AlGaAs阱层被放置以使其与未掺杂AlGaAs引导层接触。
此外，P-型电极11和镀Au电极12 (第一电极)形成于发光单元lAa 的P-型GaAs帽盖层9和N-型AlGaAs阻挡层10上。P-型电极11具有由Ti 层(膜厚度0.05pm )、 Mo层(膜厚度0.2pm)和Au层(膜厚度0.2pm) 从脊状部分7—侧相继层叠所形成的层叠结构。镀Au电极12的宽度为6(im 以及膜厚度为3.0nm。
另一方面，在N-型GaAs衬底2的后表面上，N-型电极13 (第二电极) 由AuGe层(膜厚度0.15pm )、 Ni层(膜厚度0.05|im)、 Mo层(膜厚度 0.15pm)和Au层(膜厚度0.2pm)从衬底一侧相继层叠所组成的层叠结 构形成。
如在图3中所示，基台20A具有由GaN制成的方块形状，具有500pm 的宽度(X方向)、400pm的长度(Y方向)和300(im的厚度。基台20A具 有约65%的可见光透射率。
在基台20A的前表面(一个面)上，在Y方向延伸的10个连接电极21A 在X方向上彼此平行地形成。连接电极21A，每个具有6pm的宽度(X方
向)和300|im的长度(Y方向)，从基台20A的X方向上的一侧(前侧)在 Y-方向延伸(向后)，并且靠近X方向一侧的中间位置放置，间距为10pm。
此外，在基台20A的前表面上的非封装区域，形成10个接合焊盘22 和将各个接合焊盘22电连接到各个连接电极21A的连接线23。 10个接合焊 盘22沿着基台20A的两个相对侧的每一侧在Y-方向放置。每条连接线23 将基台20A的前表面中心附近的每个连接电极21A的端部以分离方式连接 到每个接合焊盘22,从而不接近连接电极21A的条形。
如在图1中所示，封装30设置有方块形状的安装部分31，在该安装 部分31上支撑被封装的半导体激光元件1A的基台20A通过银膏被封装； 在垂直方向延伸的板状基部32，其整体形成以连接到安装部分31的后端； 以及多个连接端子33，其穿过基部32并从安装部分31 —侧伸出。
安装部分31具有1.4mm的宽度(X方向)、1.3mm的长度(Y方向) 和l.lmm的厚度(Z方向)，以及基部32具有8.2mm的宽度(X方向)、4.8mm 的长度(Y方向)和1.2mm的厚度(Z方向)，并且这些构件的材料为铜。
连接端子33,每个制成直径为0.4lam的铜线，放置在安装部分31的外 围上。在连接端子33中，位于安装部分31上方的那些连接端子33以不妨 碍基台20A的封装工艺的程度缩短，同时其它连接端子延长。在此，各个连 接端子33和基台20A的各个接合焊盘22通过金线34彼此线接合，连接端 子33和半导体激光元件1A的N-型电极13通过金线34彼此线接合。
以该方式形成的半导体激光装置被组装到OA装置(例如，激光打印机)、 光学信息处理装置(例如，光纤通信系统、光学测量系统、光盘器件)中等 等。
(实施例2 )
已经通过示例设置有具有10个通道的红外激光器芯片的半导体激光装
置来解释实施例1;然而，发光单元的数量、发光点的间隔等等可在设计中
自由修改，并且例如，如在图5中所示，可采用具有半导体激光元件1B (具 有4个通道的激光器芯片)的半导体激光装置，其中该半导体激光元件1B 设置有发光点间隔为14pm的4个发光单元1Aa。
(其它实施例)
不限于在实施例1和2中所述的那些，根据需要获得的半导体激光元件 的特性，可以随需要在设计中修改形成半导体激光元件各层的膜厚度和材 料、发光单元的数量、发光点间隔等等。
(实例1 )
具有在实施例1中(图1至图3 )所解释的结构和各种尺寸的半导体激 光装置如以下所解释的进行制造。 [制备半导体激光元件]
首先，在厚度为500pm的晶片形状的N-型GaAs衬底2的前表面上， 通过使用MOCVD (金属有机化学气相沉积)方法，使N-型AlGaAs覆层3、 未掺杂的AlGaAs多重量子阱有源层4、 P-型AlGaAs第一覆层5、在形成脊 状部分7时需要并在再生长阻挡层时用作基层的GaAs外延-支持层6、 P-型 AlGaAs第二覆层8和P-型GaAs帽盖层9相继生长。
接着，P-型AlGaAs第二覆层8和P-型GaAs帽盖层9经受光刻方法和 湿蚀刻方法，从而留下其多个预定部分，以形成10个脊状部分7。
接下来，N-型AlGaAs阻挡层10通过MOCVD方法以覆盖各个脊状部 分7的方式形成，并且通过光刻方法和湿蚀刻方法去除在各个脊状部分7上 的N-型AlGaAs阻挡层10。因而，形成每个芯片尺寸宽度为200nm的层叠 体，其具有10个脊状部分7以在其中形成间距为lOpm的波导通^各。
接着，通过使用溅射方法，用于形成P-型电极11的Ti层、Pt层和Au 层气相沉积在层叠体的脊状部分7和N-型AlGaAs阻挡层10上。
接下来，层叠体的表面镀Au,从而P-型镀电极12形成于P-型电极11 的Au层上。
接着，通过使用光刻方法和干蚀刻方法，从P-型镀电极12向下去除各 个脊状部分7之间的部分至N-型GaAs衬底2的预定深度(约lO(im ),从而 形成分隔凹槽lAb,以独立地注入电流至每个脊状部分7。
在N-型GaAs衬底2的后表面经受化学机械抛光工艺直到芯片厚度已经 达到100pm之后，通过使用溅射方法，将要被形成为N-型电极13的AuGe 层(膜厚度0.15pm )、 Ni层(膜厚度0.05|im)、 Mo层(膜厚度0.15pm) 和Au层(膜厚度0.2pm)气相沉积到N-型GaAs衬底2的后表面上，并 且通过使用划片装置将层叠体分为芯片单元，每个芯片单元的芯片宽度为
200|_im以及共振器长度为300jim;因而，制成半导体激光元件。 [制备基台和连接电极]
晶片厚度为500|am的GaN晶片的两个表面经受化学机械抛光工艺直到 晶片厚度已经达到对应于基台厚度的3C%im。在抛光工艺之后，通过由 KLA-Tencor Technologies有限公司制造的表面台阶仪表来测量对应于GaN 晶片的每个前表面和后表面的表面粗糙度的十点平均粗糙度Rz，并发现Rz二 0.12|im。
之后，Ti层(膜厚度0.05|im)、 Mo层(膜厚度0.2(im )和Au层(膜 厚度0.2pm )以该顺序通过溅射气相沉积而层叠在GaN晶片的前表面上， 通过使用光刻方法和干蚀刻方法去除在这三层上连接电极、连接线和接合焊 盘的形成区域之外的那些区域，从而暴露基台的前表面；因而，形成用于IO 个通道的连接电极21A、连接线23和接合焊盘22。
接着，通过使用电阻器加热和光刻工艺，使用利用气相沉积的剥离操作， 用作焊接材料的P层和AuSn层以2pm的总厚度形成于各个连接电极21A 上，并且所产生的GaN晶片随后通过划片装置被分成基台尺寸，从而制成 基台20A。
图4是解释用于将实例1的半导体激光元件1A封装到基台20A上的封 装工艺的视图。
在该封装工艺中，如在图4中所示，基台20A的两侧由一对加热器块 40支持，并且半导体激光元件1A的N-型GaAs电极13通过抽吸移动装置 (suction shifting means )的抽吸头50来抽吸支持，并移动到基台20A上方 的邻近位置。
成对的加热器块40具有安装在其中的加热器，并且附着到开/关机构(未 示出)以打开和关闭。此外，各个加热器块40在两侧相对的位置处具有半 导体激光元件1A的下部两侧固定到其上的切掉(cut-out)部分。
抽吸移动装置50以允许抽吸头50前后、左右以及上下移动并且还允许 绕垂直轴旋转的方式而附着到移动机构单元(未示出)。在此，抽吸头50在 其下端具有开口，并且该开口通过挠性软管(未示出)连接到真空泵，并且 该真空泵通过挠性软管使抽吸头50内部经受负压，从而吸住半导体激光元 件1A。
CCD照相机60放置在由成对的加热器块40支持的基台20A下方，并 且该CCD照相机60连接到显示装置(未示出)，从而由CCD照相机60所
捕获的图像被显示装置所显示。
如在图4中所示，在设置半导体激光元件1A和基台20A之后，执行位 置调整工艺。这时，半导体激光元件1A的多个连接电极21A和多个P-型镀 电极12的图像通过基台20A被CCD照相机60所捕获，并且这些图像被显 示装置所显示。操作员通过查看图像而观察各个连接电极21A的位置和各个 P-型镀电极12的位置，并通过移动抽吸头50而执行位置调整工艺，从而使 各个连接电极21A的位置和各个P-型镀电极12的位置彼此一致。
在这段时间期间，通过将成对的加热器块40加热至30(TC,加热基台 20A，从而融化各个连接电极21A上的焊接材料。
当使各个连接电极21A的位置和各个P-型镀电极12的位置彼此一致时， 垂直降低半导体激光元件1A，从而将各个P-型镀电极12压到各个连接电极 21A上的焊接材料上；因而，焊接材料和P-型镀电极12 (镀Au电极)形成 为合金，以及快速冷却并锚固到其上。在快速冷却情形下，停止成对的加热 器块40的加热工艺，并且通过使用鼓风装置(未示出)，空气主要被局部地 施加到将被冷却的连接部分。
在封装半导体激光元件1A之后，通过使用CCD照相机60来观察所连 接的部分，并确定焊接材料的突出部分或管芯接合中的位置偏差都不会发 生。
之后，如在图1中所示，将支撑所封装的半导体激光元件1A的基台20A 从成对的加热器块40取出，并且通过使用输送装置(未示出)承载，然后 通过^L膏锚固在封装30的安装部分31上。
在基台20A上的各个接合焊盘22 (参见图3 )和各个连接端子33通过 金线34彼此线接合，半导体激光元件1A的N-型电极13和连接端子33通 过金线34彼此线接合，从而制成设置有激光器芯片的半导体激光装置，该 激光器芯片具有能独立驱动且发光点间隔为10(im的IO个红外通道。
制造在实施例2 (图5 )中解释的设置有半导体激光元件1B的半导体激 光装置。在实例2中，半导体激光元件1B以与实例1相同的方式制造，除
了发光单元1Aa的数量和发光点间隔不同于实例1。此外，在实例2中，基 台20B以与实例1中的相同方式制造，除了材料不同于实例1，并且连接电 极21B以与实例l相同的方式形成，除了其数量和间隔不同于实例1。
在实例2中，在将半导体激光元件1B封装到基台20B上时，如以下所 解释地执行不同于实例1的位置调整工艺。 [封装半导体激光元件]
图5A至图5D是用于解释将实例2的半导体激光元件1B封装到基台 20B上的封装工艺的视图。
在实例2中，激光束被发射到基台20B的后表面，并且在穿过基台20B 之后由连接电极和第一电极所反射的激光束被检测，从而观察连接电极的位 置和第一电极的位置。
在位置调整工艺中，首先，如在图5A中所示，半导体激光元件1B在 基台20B上方移动。在此，以与在实例1中的相同方式，基台20由加热器 块40支持，并且通过使用抽吸移动装置的抽吸头50而移动半导体激光元件 1B (参见图4)。
接着，将激光束从放置在基台20B下方的激光扫描装置(未示出)的激 光发射单元发射到基台20B的后表面，并且通过在以直角穿越连接电极21B 的方向上(在图5B中的箭头A方向)移动激光发射单元，激光束被发射到 超过连接电极21B的区域的范围，从而扫描连接电极21B的位置。在此， 波长为660nm的半导体激光束用作该激光束的光源，并且以10 mW的输出 发射激光束。
图5B至图5D示出了由激光扫描装置执行的位置观察工艺的原理。如 在图5B中所示，在其中半导体激光元件不紧靠基台20B的情形下，使入射 激光束L1穿过基台20B,并且其一部分碰撞连接电极21B并从其反射，使 得所产生的反射激光束L2被激光扫描装置的激光检测单元检测，并且指示 所接收的光强度的波形被显示在显示单元(未示出)上。
如在图5C中所示，在其中紧靠基台20B放置的半导体激光元件1B被 激光束扫描的情形下，如果半导体激光元件1B的各个P-型镀电极12B的位 置和各个连接电极21B的位置彼此不一致，则检测在连接电极21B处所反 射的反射激光L2和在P-型镀电极12B处所反射的反射激光L3。在这时，由 于连接电极21B和P-型镀电极12B从基台20B的后表面看为并排排列，并
且由于从激光检测单元到P-型镀电极12B的距离比从激光检测单元到连接 电极21B的距离长，所以源自所反射的激光L3的较弱的接收光强度的波形 邻近源自所反射的激光L2的接收光强度的波形显示。
基于上述位置观察的原理，如在图5D中所示，对半导体激光元件1B 进行位置调整，从而消除源自所反射激光L3的接收光强度的波形；因而， 使各个P-型镀电极12B的位置与各个连接电极21B的位置一致。
之后，以与实例1相同的方式，垂直Pl^f氐半导体激光元件1B，并且将 各个P-型镀电极12B相继按压到各个连接电极21B上的焊接材料上，从而 使焊接材料和P-型镀电极12B形成为合金并在快速冷却时被锚固到其上。
此外，以与实例l相同的方式，通过使用银膏，将支撑被封装的半导体 激光元件1B的基台20B锚固在封装30的安装部分31上，并且基台20B上 的各个接合焊盘(参见图3 )通过使用金线34而线接合到各个连接端子33， 半导体激光元件1B的N-型电极13B和连接端子33通过金线34而线接合， 从而制成设置有激光器芯片的半导体激光装置，该激光器芯片含有发光点间 隔为14pm的能够被独立驱动的4个红外通道。
权利要求
1、一种半导体激光装置，包括:基台，具有彼此平行的前表面和后表面，并且具有60％或更高的可见光透射率，所述后表面对应于相对面；连接电极，形成于所述前表面上；以及半导体激光元件，通过所述连接电极被封装在所述基台上，并且在平行于所述前表面的方向上发射激光束。
2、 根据权利要求1所述的半导体激光装置，其中，所述基台的所述前 表面和所述后表面中的每一个都具有由JIS B0106-1994限定的linm或更低 的十点平均粗糙度Rz。
3、 根据权利要求1所述的半导体激光装置，其中，所述半导体激光元 件包括半导体衬底、形成于所述半导体衬底前表面上的发光单元、形成于所 述发光单元表面上的第一电极和形成于所述半导体衬底后表面上的第二电 极，从而使所述半导体激光元件的所述第 一电极通过焊接材料电连接到所述 基台上的所述连接电极上。
4、 根据权利要求3所述的半导体激光装置，其中，在所述半导体激光 元件中，多个所述发光单元以条状形式形成于所述半导体衬底的所述前表面 上，同时彼此电隔离，所述第一电极形成于所述发光单元的每个所述表面上， 并且多个所述连接电极以条状形式形成于所述基台的所述表面上。
5、 根据权利要求4所述的半导体激光装置，其中，所述半导体激光元 件发射具有不同振荡波长或相同振荡波长的多束激光束。
6、 根据权利要求4所述的半导体激光装置，其中，所述半导体激光元 件具有50|iim或更低的发光点间隔。
7、 根据权利要求1所述的半导体激光装置，其中，所述基台由选自GaN、 蓝宝石和Si02构成的組中的至少一种材料制成。
8、 一种用于制造如权利要求1所限定的半导体激光装置的方法，包括 位置调整步骤，包括使基台上的连接电极和半导体激光元件的第一电极彼此相对； 相对于彼此移动所述基台和所述半导体激光元件，同时从所述基台上的 所述连接电极相对侧上的后表面侧观察所述连接电极的位置和所述第一电 极的位置；使所述连接电极的位置与所述第一电极的位置彼此一致；以及 连接步骤，包括通过焊接材料将所述半导体激光元件的所述第一电极电连接到所述基 台的所述连接电^1。
9、 根据权利要求8所述的制造所述半导体激光装置的方法，其中，在 所述位置调整步骤期间，通过使用CCD照相机来进行对于所述连接电极的 位置与所述第一电极的位置的观察。
10、 根据权利要求8所述的制造所述半导体激光装置的方法，其中，在 所述位置调整步骤期间，通过将激光束发射到所述基台的所述后表面并且随 后检测由所述连接电极和所述第一电极所反射的激光束来进行对于所述连 接电极的位置与所述第一电极的位置的观察。
全文摘要
一种半导体激光装置，包括基台，其具有彼此平行的前表面和后表面，并具有60％或更高的可见光透射率，所述后表面对应于相对面；连接电极，其形成于所述前表面上；以及半导体激光元件，其通过所述连接电极被封装在所述基台上，并且在平行于所述前表面的方向上发射激光束。
文档编号H01S5/022GK101383482SQ20081021379
公开日2009年3月11日 申请日期2008年9月8日 优先权日2007年9月6日
发明者宫崎启介 申请人:夏普株式会社