(57)【要約】【課題】レーザーアレイとベースの金属接合工程を効率的に改善し、さらには接合の際の溶融された金属接合物質によるショート問題を解決することができるアレイ型半導体レーザー装置の製造方法を提供すること。【解決手段】アレイ型半導体レーザー装置の製造方法は、各々複数のレーザー放出領域を有する複数の半導体レーザーアレイ３０が実現されたウェーハの下面及び上面にそれぞれ第１及び第２電極３７、３８を形成する段階と、上記ウェーハの第２電極３８上に金属接合層３９を形成する段階と、上記ウェーハを個別半導体レーザーアレイ単位に切断する段階と、上記金属接合層が形成された面を接合面とし上記切断した半導体レーザーアレイをベース４１上に搭載する段階と、上記金属接合層を溶融させることで上記搭載された半導体レーザーアレイを上記ベース上に固定させる段階とを含む。【選択図】        図３ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々複数のレーザー放出領域を有する複数の半導体レーザーアレイが実現されたウェーハの下面及び上面にそれぞれ第１及び第２電極を形成する段階と、
前記ウェーハの第２電極上に金属接合層を形成する段階と、
前記ウェーハを個別半導体レーザーアレイ単位に切断する段階と、
前記金属接合層が形成された面を接合面とし前記切断した半導体レーザーアレイをベース上に搭載する段階と、
前記金属接合層を溶融させることで前記搭載された半導体レーザーアレイを前記ベース上に固定させる段階と、
を含むアレイ型半導体レーザー装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１及び第２電極を形成する段階は、前記ウェーハの下面及び上面に第１及び第２電極をそれぞれ蒸着する段階と、
前記蒸着された第１及び第２電極を熱処理する段階と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載のアレイ型半導体レーザー装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２電極は、前記第１電極より前記レーザーの活性領域に隣接したことを特徴とする、請求項１または２に記載のアレイ型半導体レーザー装置の製造方法。
【請求項４】
前記金属接合層を形成する段階は、前記第１電極の上面に少なくともその上面の角から離隔された形状を有するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターン上に金属接合層を蒸着する段階と、
前記フォトレジストパターンを除去するリフトオフ工程を利用して少なくとも第２電極の上面角から離隔された形状を有する金属接合層を形成する段階と、
を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載のアレイ型半導体レーザー装置の製造方法。
【請求項５】
前記フォトレジストパターンは、露出された領域が所定の間隔で分離され位置されるように形成されたことを特徴とする、請求項４に記載のアレイ型半導体レーザー装置の製造方法。
【請求項６】
前記金属接合層は、インジウム（Ｉｎ）、鉛（Ｐｂ）、錫（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）及びその合金から成る群より選択された１種であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアレイ型半導体レーザー装置の製造方法。
【請求項７】
前記ベースは、セラミック基板または金属基板であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアレイ型半導体レーザーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高出力半導体レーザー素子に関するもので、より詳しくは、高出力用半導体レーザーアレイの金属接合工程を効率的に改善した半導体レーザー装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高出力半導体レーザー素子は光通信、光記録装置、溶接及び切断などの産業分野及び医療分野などの多様な応用分野に用いられており、ディスプレイ用可視光線レーザーとしての応用も試みされており、今後その応用範囲はさらに拡がる展望である。
【０００３】
一般的に、単一半導体レーザー素子では数十ワット［Ｗ］以上のレーザー装置を製造することは不可能であるため、高出力レーザーを得るために多数個のレーザーダイオードを棒（ｂａｒ）状に長く配列したアレイ型半導体レーザー素子が使用される。
【０００４】
このような数十ワットの光出力を得るためには数十アンペア［Ａ］以上の高い電流が印加されるため、レーザーアレイ自体から非常に多い熱が発生し、これを外部へ適切に放出させることができない場合には光出力が低下されるだけでなく、チップの寿命が短くなる問題がある。
【０００５】
このような劣悪な条件を緩和すべく、一般的にアレイ型半導体レーザー装置は、図１ａ及び図１ｂに示すように熱伝導率が比較的高いベース２１の上にソルダーのような金属接合層２９を利用してレーザーアレイ（またはレーザーバー（ｌａｓｅｒ  ｂａｒ））１０が実装されたパッケージ形態で提供される。
【０００６】
従来のアレイ型半導体レーザー装置２０は、図１ａのように金属接合層２９が蒸着されたベース２１の上面に棒状のレーザーアレイ１０を実装することによって、図１ｂに示されたパッケージを製造することができる。
【０００７】
上記レーザーアレイ１０は、半導体レーザー積層構造物１０'を含み、上下面に第１及び第２電極１７、１８が設けられる。レーザーアレイ１０は第１及び第２電極１７、１８を形成した後、熱処理工程が要求されるため、高温で比較的容易に溶融される金属接合層２９はベース２１の上面に形成される。
【０００８】
しかしながら、ベースは一般的にパッケージ単位に製造されるため、個別的に金属接合層の蒸着工程を適用しなければならず、これにより工程効率及び収率において問題がある。
【０００９】
また、図１ｂに示すようにレーザーアレイを金属接合層に備えられたベース上面に加熱圧着する際に、溶融される金属接合物がＳで表示されたように半導体レーザーアレイの表面に沿って立ち上がってしまうため、レーザーのショート問題を引き起こす恐れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述された従来の技術の問題を解決するためのもので、その目的は、半導体レーザーアレイとベースの金属接合工程を効率的に改善し、さらには接合の際の溶融された金属接合物質によるショート問題を解決することができるアレイ型半導体レーザー装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した技術的課題を解決するために、本発明は、各々複数のレーザー放出領域を有する複数の半導体レーザーアレイが実現されたウェーハの下面及び上面にそれぞれ第１及び第２電極を形成する段階と、上記ウェーハの第２電極上に金属接合層を形成する段階と、上記ウェーハを複数の半導体レーザーアレイに切断する段階と、上記金属接合層が形成された面を接合面とし上記切断した半導体レーザーアレイをそれぞれベース上に搭載する段階と、上記金属接合層を溶融させることで上記搭載された半導体レーザーアレイを上記ベース上に固定させる段階とを含むアレイ型半導体レーザー装置の製造方法を提供する。
【００１２】
上記第１及び第２電極を形成する段階は、上記ウェーハの下面及び上面に第１及び第２電極を蒸着する段階と、上記蒸着された第１及び第２電極を熱処理する段階とを含むことができる。
【００１３】
好ましくは、ベースに固定される第２電極はそのベースを通じた熱放出が容易になるように上記第１電極より上記レーザーの活性領域に隣接した電極であることができる。本発明の具体的な実施形態で、このような第２電極はｐ側電極であることができる。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態で、上記金属接合層を形成する段階は、上記第２電極の上面に少なくともその上面の角から離隔された形状を有するフォトレジストパターンを形成する段階と、上記フォトレジストパターン上に金属接合層を形成する段階と、上記フォトレジストパターンを除去するリフトオフ工程を利用して少なくとも第１電極の上面角から離隔された形状を有する金属接合層を形成する段階とを含む。このような金属接合層のパターンは溶融接合の際に過多なソルダー物質の上昇によるレーザーのショットを安定的に防止することが可能である。
【００１５】
より好ましくは、上記フォトレジストパターンは露出された領域が所定の間隔に分離して形成することができる。
【００１６】
本発明に用いられる金属接合層は、インジウム（Ｉｎ）、鉛（Ｐｂ）、錫（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）及びその合金から成る群より選択された一種であることができる。
【００１７】
さらに、好ましくは、上記ベースは熱伝導率が優れたＡｌＮまたはＳｉＣのようなセラミック基板または銅（Ｃｕ）または銅タングステン（ＣｕＷ）のような金属基板を製造し効果的な熱シンクとして使用することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、半導体レーザーアレイのウェーハレベルの製造工程において、それぞれのレーザーアレイに分離する前に金属接合層を形成することによって、工程の効率を大きく改善することが可能であり、かつ金属接合工程を効率的に実現することができる。また、一連の半導体レーザー工程と連続的に実行可能なフォトレジスト工程により金属接合層を緩衝領域の確保されたパターンに形成することによって、接合の際溶融された金属接合物質によるショート問題を効果的に解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付の図面を参照して、本発明をより詳しく説明する。
【００２０】
図２ａ乃至図２ｃは、本発明の好ましい実施例によるアレイ型半導体レーザーの製造工程中、半導体レーザーアレイの製造工程を説明するための工程別斜視図である。
【００２１】
本図面において容易な説明のために一つの半導体レーザーアレイのみを図示したが、実際に本工程はウェーハレベルから成り、図２ａ乃至図２ｃに示された半導体レーザーアレイはそれに類似した半導体レーザーアレイが複数個で配列されたウェーハとして理解されるべきである。
【００２２】
まず、図２ａのように、半導体レーザーアレイ３０を製造する。上記半導体レーザーアレイ３０の製造工程は、第１導電型半導体基板３１上に第１導電型クラッド層３２、活性層３３、第２導電型クラッド層３４及び第２導電型コンタクト層３５とを形成し、絶縁物質である電流遮断層３６を選択的に蒸着しビームが発生するビーム放出領域Ｂを特定する工程を行うことができる。その後、上記第１導電型半導体基板３１の下面と上記電流遮断層 ３６が形成された第２導電型コンタクト層３５の上にそれぞれ第１及び第２電極３７、３８を形成する。このような電極形成工程は通常の蒸着工程と熱処理工程により行うことができる。第１電極３７の形成前には基板の厚さを１００〜３００ｎｍに減少させるラッピング工程を採用することができる。上述したように、図２ａに示された半導体レーザーアレイ３０はそれに類似した複数個の半導体レーザーアレイが縦及び／または横に配列されたウェーハとして理解することができる。
【００２３】
その後、上記半導体レーザーアレイ３０の第２電極３８の上面に金属接合層（図２ｃの３９）を形成する工程を行う。本発明で採用される金属接合層の形成のための工程は、レーザーのためのエピタキシャル層及び電極工程を含む一連の半導体工程と結合しウェーハレベルで、より効率的に行うことができる。特に、フォトレジスト工程が容易に採用することができるため、工程の正確度が非常に高く、歩留まりを向上させることが可能である。また、金属接合層を選択的に形成することによって、金属接合の際に溶融された金属接合物質によるショート問題を効果的に防止することができる。
【００２４】
以下、本発明で採用できる好ましい金属接合層の形成工程を図２ｂ及び図２ｃを参照して説明する。
【００２５】
図２ｂのように、上記半導体レーザーアレイ３０の第２電極３８の上面にフォトレジストパターン（Ｍ）を形成する。上記フォトレジストパターン（Ｍ）は、好ましくは少なくとも角（実際ではウェーハレベルにおけるアレイ間隔として、ｄ１×ｄ２で実現される）から一定な間隔ｄ１が離隔されるように形成し、より好ましくはさらに金属接合層が形成される領域が複数個で一定な間隔ｄ２で離隔されるように形成される。このような間隔（ｄ１及びｄ２）は後続する金属接合工程においてベース上にレーザーアレイが圧着される際に溶融された金属接合物質が押し上がらないように提供される緩衝領域を確保するために備えられる。このようなフォトレジスト工程は、上述したように、レーザーアレイ３０の形成のための一連のウェーハレベル半導体工程と組み合わせられ効率的に行うことができる。また、本フォトレジスト工程はウェーハの厚さを薄くするラッピング工程後に行われるため、必要に応じてガラス基板のような他の支持基板上に固定させ行うことができる。しかしながら、高出力レーザー設計の際にラッピング後にも適切な厚さが確保できる場合には、別途の支持基板がなくても本工程を行うことができる。
【００２６】
図２ｃのように、上記フォトレジストパターンＭが形成された半導体レーザーアレイ３０に金属接合層３９を蒸着し、フォトレジストパターンＭを除去するリフトオフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）工程を利用して望むパターンの金属接合層３９を得ることができる。金属接合層３９は、インジウム（Ｉｎ）、鉛（Ｐｂ）、錫（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）及びその合金から成る群より選択された一種であることができる。例えば、通常のソルダー物質として、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｕ−ＡｇまたはＰｂ−Ｓｎであり得る。本実施形態のように、後続工程で接合されるベースを通じた熱放出をより効果的に行うために、金属接合層３９は第１電極３７より活性層に近い第２電極３８上に形成されることが好ましい。
【００２７】
図２ｃのような金属接合層が形成された半導体レーザーアレイは、ウェーハから個別棒状のチップ単位に切断された後、図３ａ及び図３ｂに示された金属接合を利用したベースへの実装工程が適用される。
【００２８】
図３ａのように、上記金属接合層３７が形成された面を接合面とし上記半導体レーザーアレイをベース４１の上に搭載する。上述したように、このような半導体レーザーアレイ３０は金属接合層３９が第１電極３７より活性層（図示せず）に近い第２電極３８の表面に提供し、半導体積層構造物３０'が下に向くように搭載する。本発明で採用されるベース３１は熱放出の特性に優れたセラミック基板または金属基板であり得る。勿論、絶縁性セラミック基板を形成する場合には半導体レーザーアレイの第２電極と電気的に繋がった別途の配線構造が備えられる。
【００２９】
本発明では、精密なフォトレジスト工程を利用してパターン形状で金属接合層３９を形成することによって、これによる後続工程で発生する金属接合層３９によるレーザーのショット不良を減少させることが可能である。これは図３ｂで詳しく説明する。
【００３０】
次いで、図３ｂのように、上記金属接合層３９を溶融させることによって、上記半導体レーザーアレイ３０を上記ベース４１の上に固定させる。ソルダーのような金属接合層３９を溶融させる際に、溶融された金属接合層３９は半導体レーザーアレイ３０に押され側方向（矢印表示）に広がるが、このような溶融金属接合層３０は、本発明では予め確保された緩衝領域（図３（ａ）のＡ）によってレーザー３０の側面に過度に溢れることを防止するようにする。これにより、半導体レーザーアレイ３０の角部分に沿って溶融された金属接合物質がレーザー３０の側面に立ち上がりチップ不良を引き起こすショート問題を解消することができる。
【００３１】
このように、本発明では半導体レーザーアレイ製造工程における一連の半導体工程と組み合わせたフォトレジスト工程と、金属接合層のパターニング工程とを利用し、より効果的な半導体レーザー装置の製造工程を実現することができる。
【００３２】
上述した実施の形態及び添付された図面は、好ましい実施の形態の例示に過ぎず、本発明は添付された請求範囲によって限定しようとする。また、本発明は請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲の内で、多様な形態の置換、変形及び変更が可能であることは、当該技術分野の通常の知識を有する者にとっては自明である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１ａ】従来のアレイ型半導体レーザー装置の製造工程を説明するための工程別斜視図である。
【図１ｂ】従来のアレイ型半導体レーザー装置の製造工程を説明するための工程別斜視図である。
【図２ａ】本発明の好ましい実施例によるアレイ型半導体レーザーの製造工程中、半導体レーザーアレイの製造工程を説明するための工程別斜視図である。
【図２ｂ】本発明の好ましい実施例によるアレイ型半導体レーザーの製造工程中、半導体レーザーアレイの製造工程を説明するための工程別斜視図である。
【図２ｃ】本発明の好ましい実施例によるアレイ型半導体レーザーの製造工程中、半導体レーザーアレイの製造工程を説明するための工程別斜視図である。
【図３ａ】本発明によるアレイ型半導体レーザー装置の製造工程中、接合工程を示す工程別断面図である。
【図３ｂ】本発明によるアレイ型半導体レーザー装置の製造工程中、接合工程を示す工程別断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
３０  半導体レーザーアレイ
３０'  レーザー積層構造物
３１  第１導電型基板
３２  第１導電型クラッド層
３３  活性層
３４  第２導電型クラッド層
３５  第２導電型コンタクト層
３６  電流遮断層
３７  第１電極
３８  第２電極
３９  金属接合層
４１  ベース
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
2007227931.tif 000009