CN101720521A

CN101720521A - 光学装置的阵列上的触垫

Info

Publication number: CN101720521A
Application number: CN200880016296A
Authority: CN
Inventors: 伊恩·A·贝克
Original assignee: INTANS Ltd
Current assignee: INTANS Ltd; Intense Ltd
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2010-06-02
Also published as: US20100142581A1; GB2447488A; EP2140530A1; WO2008110829A1; JP2010521804A; GB0704944D0

Abstract

一种单片激光器阵列(30)，具有多个平行激光器元件(31-1，31-2，...，31-16)，其配置为使得在相邻的激光器元件对之间有明显减小的结合垫金属化区域和驱动触头金属化区域。每个激光器元件具有沿着其光轴延伸的波导管(33)、沿着至少一部分波导管延伸的驱动触头(34)以及从所述驱动触头横向延伸的结合垫区域(35)。激光器元件以相邻的激光器元件成对安置，一对中的每个激光器元件具有向着该对中的另一激光器元件横向延伸的其结合垫区域(35)并占据在该对的激光器元件之间的基底表面的各自的部分。激光器元件对之间的基底表面因此基本没有结合垫金属化部分以形成在一定长度的阵列上延伸的改进的劈刻区域。

Description

光学装置的阵列上的触垫

技术领域

本发明涉及一种半导体光学装置的单片阵列，例如制造在单一基底上的半导体激光器阵列。

背景技术

单片半导体激光器阵列存在大量的应用，例如用于无线电通信系统、医疗应用、激光切割或者焊接系统，或者用于使用光能来激活印刷或者其它介质的印刷头。

典型地，这样的半导体激光器阵列形成有在单一的单片基底上的平行的激光器元件阵列，每个激光器元件能够产生可单独控制的输出。在很多情形下，这意味着每个激光器元件必须具有单独的驱动触头以及相关的结合垫，可以在该结合垫上进行外部引线结合以便每个激光器元件能够独立受控。

期望结合垫提供与它们各自的驱动触头的良好电通信，同样期望该电通信的电气特性在跨过阵列中的所有激光器元件尽可能一致。同样期望用于形成粘结垫的金属化层、驱动触头以及它们之间的连接尽可能小地影响在最优位置劈刻(cleave)激光器元件阵列的能力。

发明内容

本发明的目的是提供在以上方面的一些或全部方面的改进。

根据另一方面，本发明提供一种单片激光器阵列，包括：

多个激光器元件，配置为用于产生多个平行的输出束，

每个激光器元件具有沿着其光轴延伸的波导管、沿着至少一部分波导管延伸的驱动触头和从驱动触头横向延伸的结合垫区域，

至少一些激光器元件安置为相邻激光器元件成对的形式，一对的每个激光器元件具有其向着该对的另一激光器元件横向延伸的结合垫区域并占据该对的激光器元件之间的基底表面的各自的部分。

该对激光器元件之间的基底表面实质上没有结合垫金属化部分以形成延伸超过阵列的长度的改进的劈刻区域。

附图说明

现将通过例子并参照附图描述本发明的实施例，其中：

图1是现有技术的单片激光器阵列的示意性平面图，示出适于电连接到阵列中的激光器元件的结合垫的第一构型；

图2是现有技术的单片激光器阵列的示意性平面图，示出适于电连接到阵列中的激光器元件的结合垫的第二构型；

图3是单片激光器阵列的示意性平面图，示出一布局，其有利于阵列中的相邻的激光器元件对之间的良好的劈刻条件；

图4是图3的阵列的一部分的示意性平面图，为了清楚主要展开在横向(X)轴上。

具体实施方式

本说明书总体上涉及“半导体激光器”或者“激光器元件”的阵列。目的在于，这些措辞还包括任何其它的半导体光学装置，其能够从其面上产生相干或者不相干的光学输出，并且其适于形成为单片的阵列装置。

在许多应用中，必须提供大量阵列形式的平行激光器。在单一的单片激光器阵列中，由于某些原因在每个基底上制造超过几十个激光器是不利的。

首先，生产率随着不断增加的激光器元件数量而降低，从而使得制造大的阵列明显更贵。第二，阵列越大，保持来自阵列中的每个激光器的输出性能一致就更难，例如，由于整个阵列的温度分布的原因。

这样，通常优选制造较小的阵列(例如十六个激光器元件的)，然后将多个阵列安装到单一的载体上。这带来与对准阵列有关的许多问题，以使来自相邻阵列的激光器输出相对于彼此非常精确地定位。这在激光器元件输出束用于在印刷介质上产生可见记号的印刷应用中尽管不是唯一的，但也是特别重要的，因为人眼对其他规则的点阵列中的点的间距的小的不规则非常敏感。这样，各个激光器阵列必须彼此精确地对准。

参照图1，示出单片半导体激光器阵列20，每个阵列20包括十六个激光器元件21-1，21-2...21-16，每个具有光学输出面22，以使得可以提供十六个平行的输出束。每个激光器元件21包括光学波导管23，仅其无源部分在装置末端可见，有源部分隐藏在金属化部分24层下面，该金属化部分形成用于激光器的驱动触头。波导管23可以是脊形波导管，在该情形下，驱动触头沿着脊延伸(例如，如在24处的金属化部分的窄的部分所示)。

驱动触头金属化部分24(也就是在光学波导管23的有源部分之上延伸的部分)通过连续的金属化部分电连接到远离波导管并位于阵列的一个边缘附近的第一结合垫区域25。第一结合垫区域是用于根据一般的引线结合技术进行引线结合附着。第二结合垫区域26包括在远离波导管但是在波导管23的与第一结合垫区域25相对的侧面上。应当注意到，激光器元件21-2的第二结合垫区域26有效地侵占在没有被相邻的激光器元件21-3占据的矩形半导体区域上。

每个激光器元件还包括靠近激光器元件21的输出端布置的对准基准27，其包括在两个正交方向可见的对准边缘，以使得能够相对于基底上的其它部件或者其它光学系统精确定位激光器元件和阵列。

每个激光器21的第一和第二结合垫区域25，26的点有利于劈刻基底，在该基底上激光器元件21形成在阵列的两侧边10、11处非常靠近光学波导管23的轴的位置。这意味着在右手侧边11上的最右边的激光器元件21-16保持通向可用的第一结合垫区域25-16的整个接触金属化区域24-16。注意到，用于所述激光器元件21-16的第二结合垫区域26已经在劈刻中消失。

观察阵列的左手侧边10，可以看出，在左手侧边10上的最左边的激光器元件21-1保持通向可用的第二结合垫区域26-1的整个接触金属化区域24-1。注意到，用于所述激光器元件的第一结合垫区域25已经在劈刻中消失。

该构型使得劈刻能够尽可能地靠近在阵列的两侧边10，11上的激光器波导管轴以使得相邻的阵列能够安装得彼此非常靠近，从而保持阵列内和阵列之间的激光器元件间隔。换句话说，激光器元件之间的节距能够在多个单片阵列中保持恒定。

图2示出另一现有技术的替代物，原理与图1相同，示出激光器阵列20a，其中第二结合垫区域26a大致沿着一定长度的光轴延伸以使得第二结合垫区域26a基本毗邻一定长度的驱动触头24a。每个第一结合垫25a从每个波导管23的另一侧面在每个激光器元件的一端处的所述长度的波导管的非常小的部分上横向延伸。

这样，可以看出，图1和2的激光器阵列的基本特征是阵列中的每个激光器元件具有从波导管23的两侧横向延伸的结合垫区域25，25a，26，26a，以使得在阵列的每个最侧边10，11上的激光器元件21总是具有可用于电连接到接触金属化区域的结合垫。

这些方法都具有潜在的缺点。

首先，结合垫区域25，25a，26，26a与驱动触头金属化区域24，24a之间的电通信的程度会有点变化，这取决于第一或者第二结合垫区域是否用于任何给定的激光器元件21。这会引起整个阵列中的激光器电气性能的轻微变化，例如由电容和电阻不同引起。

第二，特别是在图2的情形中，并且在图1的情形中程度会更小，劈刻必须通过金属化部分的主要区域进行。已经发现，试图通过这样的金属化(例如金)层进行刻划和劈刻处理会导致劈刻缺陷，劈刻质量不稳定以及由于完成刻划和/或劈刻处理所需的外界压力所致的损坏。

参照图3，示出驱动触头和结合垫金属化部分的安置，其消除通过金属化层进行刻划和劈刻的需要并且其有利于通过紧密布置的半导体激光器阵列的清除刻划处理。

单片半导体激光器阵列30包括十六个激光器元件31-1，31-2...31-16，每个具有光学输出面32，以使得可以提供十六个平行的输出束。每个激光器元件31包括沿着激光器的光轴延伸的光学波导管，仅其无源部分可见，有源部分隐藏在金属化部分34层下面，其形成用于激光器的驱动触头。在驱动触头金属化部分34在脊上并沿着脊延伸的情形下，波导管33可以是脊形波导管，从而产生如图3所示的可见的金属化部分轮廓。

驱动触头34可以大致沿着波导管的整个长度延伸(如所示的)，或者可以仅部分地沿着一定长度的波导管延伸，也就是在波导管的一个或多个部分上延伸。

在激光器元件的每第二个(也就是偶数部件31-2，31-4，...31-16)中，驱动触头金属化部分34(也就是在光学波导管33的有源部分上延伸的部分)通过毗邻的金属化部分电连接到远离波导管并且从图3所示的左手侧远离它们各自的波导管33横向延伸的结合垫区域35。这些结合垫区域35用于根据一般的引线结合技术在其任何适当的位置上并且优选地在激光器元件31的第一末端40的较宽的部分进行引线结合附着。这可以称作“左手结合垫”35。

在其它激光器元件(也就是奇数元件31-1，31-3...31-15)中，驱动触头金属化部分34通过毗邻的金属化部分电连接到远离波导管并且从如图3所示的右手侧远离它们各自的波导管33横向延伸的结合垫区域36。这些结合垫区域36也可通过一般的引线结合技术在其上任何适当的位置并且优选地在激光器元件31的第二末端41的较宽的部分进行引线结合附着。这可以称作“右手结合垫”36。

这样，将看出，激光器元件31以相邻的激光器元件(例如31-3，31-4)成对的形式安置，一对中的每个激光器元件具有其向着该对的另一激光器元件横向延伸的结合垫区域35或者36并占据该对中的激光器元件之间的基底表面46的各自的部分。激光器元件对之间的基底表面47实质上没有结合垫金属化部分以形成在光轴方向(Z方向)在阵列的第一末端40和第二末端41之间的一定长度的阵列上延伸的改进的劈刻区域。

与图1所示的阵列相同，每个激光器元件31同样可包括靠近激光器元件31的第二末端布置的对准基准37，其包括在两个正交方向可见的对准边缘，以使得能够相对于基底上的其它部件或者其它光学系统精确定位激光器元件和阵列。

图4示出图3的阵列的一部分的放大的平面图，为了清晰其横向(X轴)大幅展开。相邻的激光器元件31-3，31-4，31-5...31-10对是可见的。在此，可以看出，可以劈刻基底，在该基底上，激光器元件31在非常靠近在劈刻线的任一侧上的激光器元件31的光学波导管33的位置形成在劈刻线43-1，43-2...43-5的任何一个上，不会影响结合垫对劈刻线两侧上的激光器元件的可用性。这确保劈刻的激光器阵列能够安置在适当的包装基底上，其足够彼此靠近以对多个阵列中的激光器间隔只有很少的影响或者没有影响。

与图1和2的安置类似，该构型使得劈刻能够尽可能靠近阵列30的两侧边44，45的激光器波导管轴以使得相邻的阵列能够彼此非常靠近地安装，从而保持阵列内部和阵列之间的激光器元件间隔。换句话说，激光器元件之间的节距能够在多个单片阵列中保持恒定。劈刻线43可以恰好定标在激光器元件之间的一半的地方，例如，劈刻线43-2恰好位于激光器元件31-4和31-5之间。

它同样保证结合垫区域35或者36可用于甚至在劈刻阵列的最侧边44，45(图3)上的每个激光器元件。

将看出，尽管阵列现在能够仅在交替对的相邻激光器元件之间被劈刻，但是在劈刻位置上的该小小的限制的好处是劈刻能够不切开结合垫35，36或者驱动触头34的任何金属化区域进行，从而避免与上述讨论的有关的问题。

而且，可以看出，在结合垫区域35，36与各自的驱动触头区域34(其优选地沿着驱动触头的整个长度毗邻，如所示)之间的连接的电气特征对于左手结合垫35和对于右手结合垫36是相同的。

可以对图3和4的安置进行大量的修改和变化。应当认识到，驱动触头区域34及相关的结合垫区域35或36不必如所示在形状上是三角形的。更一般地，用于每个相邻激光器元件对(例如31-5，31-6)的结合垫区域形状仅需要具有互补的形状以使得它们以不重叠的方式分享相邻激光器元件对之间的基底表面。

优选地，互补形状具有彼此相同的表面积以提高电相似性(例如，薄片电阻率、电阻和电容)。这有助于保证从引线结合到驱动触头的电传导的电气特性的一致性最优。

更优选地，两个互补形状恰好是彼此相同的形状但是旋转180度，也就是，具有180度的旋转对称。通过以这种方式制造彼此一致的两个互补形状，每对中的相邻激光器元件的电相似性最大化。但是，互补形状不必是相同的或者甚至不必是相同面积的，只要对任何给定应用能够实现足够的电相似性就行。

两个互补形状可以是任何适当的形状，包括交错结构例如提供多个结合垫位置的锯齿形状。

再者，应当认识到，如果并不要求单片阵列中的劈刻位置的完全的灵活性，那么仅一些激光器元件需要以如图3和4的方式成对。例如，如果仅制造十六个部件的阵列，那么严格地讲，激光器元件31-1和31-2(或者激光器元件31-15和31-16)需要以所示方式成对。如果需要对于多个位置的劈刻的灵活性，那么其它的激光器元件可以被选择用于成对构型。这样，在广义的方面，至少一些或者所有的多个激光器元件成对布置，具有所述的互补布局。剩下的(非成对的)激光器元件可具有匹配左手结合垫35构型或者右手结合垫36构型的结合垫区域。

在用于激光器印刷头的示例性构型中，要求激光器元件到激光器元件间距为125微米，结合垫区域35，36的间距可以典型地为与驱动触头部分相邻的节距(例如75微米宽)，也就是基本上波导管宽度的大约60％。这允许激光器元件相邻对之间的基底表面47的宽度为可进行一个或多个劈刻的节距(例如80至100微米)的大约70％。劈刻的阵列30的侧边40，41的适当的切割或者泼溅(或者，替代地，通过基底区域47进行超过一个的劈刻)使得能够在安置于公共基底上的相邻阵列30之间容易保持125微米的节距，并还酌情留出富余量以便在劈刻处理中能够变化。激光器元件对的相邻结合垫区域35，36之间的间隔可以制造得非常小，例如对内的基底区域46的宽度能够小至几个微米，典型地，为激光器节距的10％至20％。

在优选的结构中，没有结合垫或者驱动触头金属化部分的相邻激光器对之间的基底表面的宽度为激光器元件间隔节距的50％至90％之间。实际上，如果驱动触头金属化部分没有延伸离开或者超过脊或者埋设的波导管，没有结合垫或者驱动触头金属化部分的相邻激光器对之间的基底表面的宽度可以大到波导管与波导管(例如脊与脊)间距的100％。

上述激光器元件通过利用波导管形成，其中金属化部分延伸超过并离开脊，但是，将认识到，也可使用其它类型的波导管例如没有脊的埋入式异质结构波导管。

如上所述，相邻阵列30之间的间隙在一些应用中会是关键的，避免了增大阵列之间的激光器节距的任何间隙。

典型的热敏打印要求是203dpi(点每英寸)或者每毫米8点，其意味着阵列中的激光器必须为125微米节距。其它标准的节距也可广泛使用，例如250dpi、300dpi、600dpi和1200dpi。结合图3和4描述的激光器阵列可以通过使用传统的照相平版印刷术工艺很好地适于形成具有这些标准的激光器节距的单片阵列。

其它的实施例目的在于落入所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种单片激光器阵列，包括：

多个激光器元件，该多个激光器元件被配置成用于产生多个平行输出束，

每个激光器元件具有沿着其光轴延伸的波导管、沿着至少一部分所述波导管延伸的驱动触头以及从所述驱动触头横向延伸的结合垫区域，

所述激光器元件的至少一些被安置为相邻的激光器元件成对，一对中的每个激光器元件具有其向着该对的另一激光器元件横向延伸的结合垫区域并占据该对的激光器元件之间的基底表面的各自的部分，

所述激光器元件对之间的所述基底表面基本上没有结合垫金属化部分以形成在一定长度的阵列上延伸的改进的劈刻区域。

2.如权利要求1所述的单片激光器阵列，其中，用于每对激光器元件的结合垫区域为大致三角形，每对中的两个激光器元件具有互补的三角形结合垫区域。

3.如权利要求2所述的单片激光器阵列，其中，所述两个互补三角形区域一起限定在每对激光器元件波导管之上并在每对激光器元件波导管之间延伸的大致矩形的区域。

4.如权利要求1所述的单片激光器阵列，其中，用于每对激光器元件的所述结合垫区域具有与该对中的另一激光器元件的结合垫区域互补的形状。

5.如权利要求4所述的单片激光器阵列，其中，用于每对激光器元件的结合垫区域具有在180度的旋转对称条件下与该对中的另一激光器元件的形状大致相同的形状。

6.如权利要求4所述的单片激光器阵列，其中，用于每对激光器元件的两个结合垫区域是交错的。

7.如权利要求1所述的单片激光器阵列，其中，每对激光器元件的结合垫区域面积大致相等。

8.如权利要求6所述的单片激光器阵列，其中，每对激光器元件的结合垫区域具有与所述驱动触头大致相同的电传导电气特性。

9.如权利要求1所述的单片激光器阵列，其中，所述单片阵列中的所有激光器元件成对安置。

10.一种大致如在此参照附图描述的单片激光器阵列。