JP2006140427A

JP2006140427A - 半導体レーザ装置の製造方法

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Publication number: JP2006140427A
Application number: JP2004331226A
Authority: JP
Inventors: Jun Senda; 純千田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2006-06-01

Abstract

【課題】半導体レーザ装置の工程歩留を向上させて、低コスト化する。
【解決手段】作用半導体レーザ素子１に、複数の発光点１２１ａ、１２１ｂと、各発光点を独立して制御可能な複数の電極１２２ａ、１２２ｂとを設ける。エージング試験での特性が優れた方の発光点を選択し、その発光点に対応する電極に対して外部端子への配線を行う。発光点が２つの場合には、エージング試験工程の工程数が倍で済み、工程数の増加分を最小限に抑えることができる。また、各発光点の間隔を１０μｍ以上１００μｍ以下にすれば、半導体レーザ素子の外形サイズを従来よりも大きくすることなく作製可能で、余分なコストアップが生じない。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば光ディスク装置などに用いられ、光ディスク（ＣＤ）、ＤＶＤおよび次世代ディスクなどの記録媒体に対して情報の読み取りまたは書き込みを行うための光源光を出射する半導体レーザ装置の製造方法に関する。

従来の半導体レーザ装置は、光ディスク（ＣＤ）に対して情報の読み取りまたは書き込みを行うための光源装置として例えば光ディスク装置などに用いられている。この従来の半導体レーザ装置について図４に示している。

図４は、従来の半導体レーザ装置の構成例を示す斜視図である。

図４に示すように、半導体レーザ装置１００は、通常、ステム１０１と称される金属部品の上に、半導体レーザ素子１０２がマウントされるサブマウント１０３がダイボンドされている。即ち、ステム１０１のダイボンド面上には、半導体レーザ素子１０２およびサブマウント１０３がそれぞれ適切なロウ材により固定されている。これらの半導体レーザ素子１０２およびサブマウント１０３の電極はそれぞれ、金線１０４によりステム１０１の穴部を通って上面に突出されたリードピン１０５の上端部に接続されている。この場合、ステム１０１とリードピン１０５とは絶縁されている。

この半導体レーザ装置１００は、その後、保護用キャップ（図示せず）がステム１０１上にかぶせられ、電着などにより保護用キャップ（図示せず）とステム１０１とが一体化される。

その後、高温で半導体レーザ素子１０２の電極に通電して初期劣化をスクリーニングするバーンイン工程、動作電流やレーザ光の放射角など電気的光学的特性（素子特性）を測定する最終検査工程、および外観検査工程を経て、半導体レーザ装置１００が完成する。

半導体レーザ装置１００の発光波長は、光ディスク（ＣＤ）に対する情報の読み取りまたは書き込みに用いられる７７０ｎｍ〜８００ｎｍ帯、ＤＶＤに対する情報の読み取りまたは書き込みに用いられる６４０ｎｍ〜６７０ｎｍ帯、次世代ディスクに対する情報の読み取りまたは書き込みに用いられる４００ｎｍ〜４３０ｎｍ帯に大きく三つに分けられている。

特許文献１には、複数の発光点のそれぞれを用いるマルチビームレーザにおいて、各レーザ出力光を独立して制御する技術が開示されている。
特開平６−２１６４６８号公報

光ディスク（ＣＤ）に始まった光ディスクストレージの市場規模は、ＤＶＤ、次世代ディスクへと広がってきている。ＣＤについては、書き込みのスピードを競う倍速競争も一段落しており、技術的には完成された領域に達している。したがって、現在は、如何に低コストにて部品を作るかという競争が活発化している。この流れは、ＤＶＤや次世代ディスクにも波及してきており、コストが高いものは、如何に技術的に優れていようとも、市場に受け入れられないという状況も発生している。

このような状況の中で、記録媒体に対する情報の読み取りまたは書き込み用光源として用いられる半導体レーザ装置に関しても、低コスト化のために工程歩留を向上させることが必須の要件となっている。

上記従来の構成である特許文献１も含めて現在時点では、半導体レーザ装置の製造において、歩留低下が大きい工程は、上記バーンイン工程（エージング試験）であり、その他の工程は、工程歩留がほぼ１００％であるために特に問題はない。

半導体レーザ装置は、主要部品として、半導体レーザ素子の他に、半導体レーザ素子がマウントされるサブマウント、サブマウントがダイボンドされるステム、これらを覆う保護用キャップなどが用いられている。

これらの部品コストおよび製造工程を考えると、一般的に、半導体レーザ装置のコストにおける割合は、半導体レーザ素子の部品コスト３０％、その他の部品コスト３０％、製造工程４０％程度である。

このため、半導体レーザ素子の特性が悪く、エージング試験などで不良となった場合には、その他の部品コストおよびそれまでにかかった製造工程は全て無駄になり、製品１個当たりのコストを結果として高くすることになっている。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、工程歩留を向上させて低コストに抑えることができる半導体レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、複数の発光点と、該複数の発光点のそれぞれを独立して制御可能な複数の電極を有する半導体レーザ素子を作製する半導体レーザ素子作製工程と、該半導体レーザ素子のエージング試験を行って、該複数の発光点のうち、素子特性の優れた発光点に対応する電極を該複数の電極から選択する電極選択工程と、選択された電極と外部端子との配線を行う配線工程とを有し、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の半導体レーザ装置の製造方法における複数の発光点は二つである。

さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ装置の製造方法における半導体レーザ素子の発光波長は、７７０ｎｍ以上８００ｎｍ以下、６４０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下、および４００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下のいずれかの範囲である。

さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ装置の製造方法における半導体レーザ素子作製工程と電極選択工程間に、サブマウントがダイボンドされるステムのダイボンド面と前記複数の発光点が等距離に配置可能なように、前記半導体レーザ素子を該サブマウントにマウントする工程を更に有する。

さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ装置の製造方法における電極選択工程と配線工程間に、前記素子特性の優れた発光点が、前記ステムのダイボンド面に対する所定位置に配置されるように、該ステムのダイボンド面と前記サブマウントとの位置を設定して該ステムのダイボンド面に該サブマウントをダイボンドする工程を更に有する。

さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ装置の製造方法における複数の発光点は、互いの間隔が１０μｍ以上１００μｍ以下である。

上記構成により、以下に、本発明の作用を説明する。

本発明にあっては、半導体レーザ素子に、複数の発光点と、各発光点を独立して制御可能な複数の電極が設けられている。半導体レーザ素子は、ＳｉＣやＳｉなどのサブマウント上にマウントされ、この状態でエージング試験としてバーンイン工程が行われる。このバーンイン工程で、素子特性が優れた方の発光点が選択され、それに対応する電極に対して、外部端子への配線（ワイヤボンド）が行われる。

半導体レーザ素子に複数の発光点が設けられているため、それらを比較して、エージング試験での特性が優れた方を選択することができる。半導体レーザ装置の製造において、不良率が高い工程はエージング試験工程であり、その工程で素子特性が優れた方を選択することが最も有効である。これにより、このエージング試験工程での不良率を低減することが可能となり、半導体レーザ装置の低コスト化を図ることが可能となる。

発光点は、検査の手間を考えると、２つであることが好ましい。

また、波長については、７７０ｎｍ〜８００ｎｍ帯、６４０ｎｍ〜６７０ｎｍ帯、４００ｎｍ〜４３０ｎｍ帯のいずれか一つの波長帯を選ぶことができる。

通常、半導体レーザ素子はサブマウントにマウントされ、サブマウントはステムのダイボンド面にダイボンドされるが、この場合、複数の発光点は、ステムのダイボンド面に対して等距離に配置されるのが好ましい。これにより、どの発光点を選択したとしても、ステムのダイボンド面から一定の位置で発光点が揃っていることになり、所望の設計通りになる。例えば、選択された発光点が、ステムの垂直方向から見て中心点（所定位置）に配置されるように、位置を設定することができる。

各発光点の間隔が開きすぎると、半導体レーザ素子のサイズが大きくなるため、各発光点の間隔は、１０μｍ以上１００μｍ以下に押さえることが好ましい。

以上のように、本発明によれば、半導体レーザ素子に複数の発光点が設けられているため、それらを比較して、素子特性が優れた方を選択することができ、エージング工程での不良率を低減させて、低コスト化を図ることができる。

また、発光点が二つの場合には、エージング試験工程の工程数が倍で済むため、工程数の増加分を最小限に抑えることができる。

さらに、各発光点の間隔が１０μｍ以上１００μｍ以下である場合には、半導体レーザ素子の外形サイズを従来よりも大きくすることなく作製可能なため、余分なコストアップが生じない。

以下に、本発明の半導体レーザ装置およびその製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の半導体レーザ装置の構成例を示す斜視図である。

図１に示すように、半導体レーザ装置１０は、ステム１１上に、半導体レーザ素子１２およびサブマウント１３がそれぞれ適切なロウ材により固定されている。即ち、半導体レーザ装置１０は、ステム１１のダイボンド面上にサブマウント１３がダイボンドされ、サブマウント１３上に半導体レーザ素子１２がマウントされている。さらに、これらを覆う保護用キャップ（図示せず）などが用いられている。これら半導体レーザ素子１２およびサブマウント１３の電極はそれぞれ、金線１４により、ステム１の穴部を通って上面に突出した外部端子としてのリードピン１５の上端部１５aに接続されている。

ここで、半導体レーザ素子１２の電極は、一方の発光点に対応する電極が選択されて、リードピン１５の上端部１５ａに接続されている。

図２は、図１の半導体レーザ素子１２およびサブマウント１３を示す部分拡大斜視図である。

図２に示すように、半導体レーザ素子１２には、複数（ここでは二つ）の発光点１２１ａ，１２１ｂを有しており、各々の発光点発光点１２１ａ，１２１ｂを独立して制御できるように複数の電極１２２ａ，１２２ｂが設けられている。

半導体レーザ素子１２のアノード側に各発光点１２１ａ，１２１ｂに対応する電極１２２ａ，１２２ｂが設けられており、半導体レーザ素子１２とサブマウント１３間には共通のＧＮＤ側電極１２３が設けられている。

また、サブマウント１３がダイボンドされるステム１１のダイボンド面と複数の発光点１２１ａ，１２１ｂが等距離に配置可能なように、半導体レーザ素子１２をサブマウント１３上にマウントしている。

以下に、この半導体レーザ装置１０の製造工程について説明する。

まず、図２に示すように、二つの発光点１２１ａ,１２１ｂを有し、各々の発光点１２１ａ,１２１ｂを独立して制御可能な電極１２２ａおよび１２２ｂが設けられた半導体レーザ素子１２を作製する工程と、この半導体レーザ素子１２をサブマウント１３上にダイボンドする工程とを有する。このときの半導体レーザ素子１２の発光波長は、光ディスク（ＣＤ）に対する情報の読み取りまたは書き込みに用いられる７７０ｎｍ〜８００ｎｍ帯、ＤＶＤに対する情報の読み取りまたは書き込みに用いられる６４０ｎｍ〜６７０ｎｍ帯、次世代ディスクに対する情報の読み取りまたは書き込みに用いられる４００ｎｍ〜４３０ｎｍ帯のいずれかの範囲を選択することができるが、二つの発光点１２１ａ,１２１ｂはいずれかを選択するために同じ発光波長としている。

通常、サブマウント１３の半導体レーザ素子１２側電極には、ロウ材としてＡｕ・Ｓｎがスパッタリングなどにより形成されており、サブマウント１３と半導体レーザ素子１２とを設計位置に配置し、これを３００℃程度に加熱することによってＡｕ・Ｓｎが溶融して、サブマウント１３の電極上に半導体レーザ素子１２がダイボンドされる。

サブマウント１３としては、放熱性に優れたＳｉＣやＡｌＮなどが使用される場合もあるが、出力１０ｍＷ程度までの低出力レーザの場合には、半導体レーザ素子１２の後面側から出射される光を受光するモニタ用フォトダイオード１２４の機能も備えたＳｉ製サブマウント１３が使用される。この場合、このサブマウント１３上には、図２に示すように、モニタ用フォトダイオード１２４用の電極１２５も設けられる。

次に、例えば図３に示すようなエージング試験機を用いて動作寿命試験であるエージング試験（バーンイン工程）を行う。

図３に示すように、エージング試験機１には、サブマウント１３を保持する治具２と、サブマウント１３の表面のＧＮＤ電極１２３、二つの半導体レーザ素子１２用の電極１２２ａおよび１２２ｂに接触させて外部制御回路３から通電可能なプローブピン４とを有している。半導体レーザ素子１２の主出射面の前方には、図示しないパワー測定用フォトダイオードが設けられており、半導体レーザ素子１２からの光を受光して所望の設定パワーが得られるように、パワーコントロールを行う外部制御回路３に接続されている。

この治具２にサブマウント１３をセットし、各半導体レーザ素子１２に適したエージング条件、例えば７０℃、５ｍＷで５時間ずつ、各素子１２のエージングを行う。このとき得られた発光点１２１ａ，１２１ｂの素子特性、例えば５時間後の動作電流値Ｉｏｐ１、Ｉｏｐ２、およびエージング開始後１時間後と５時間後の電流値の変化量ΔＩｏｐ１、ΔＩｏｐ２の比較を行い、総合的に考慮して各発光点１２１ａ，１２１ｂのうちのいずれか優れた素子特性が得られた方を選択する。

さらに、治具２からサブマウント１３を外して、マジックインキなどによって素子特性が悪い方の発光点に対応する電極にマーキングする。このマーキングは、次工程で誤ってワイヤーボンドしないために行われる。なお、素子特性が優れた発光点に対応する電極をワイヤボンドすることが目的であるので、その発光点を区別することができればこのマーキングは不要である。

さらに、エージング試験が終わった半導体レーザ素子１２を、ステム１１の設計位置にＡｇペーストなどによってダイボンドする。このときの設計位置は、通常、ステム１１の垂直方向から見て中心点に発光点がくるように設定される。即ち、選択された発光点が、ステム１１のダイボンド面を垂直方向から見て所定位置に配置されるように、ステム１１のダイボンド面とサブマウント１３との位置を設定する。

二つの発光点１２１ａ，１２１ｂの位置については、サブマウント１３の下面、即ち、サブマウント１３のステム１１とのダイボンド面と、二つの発光点１２１ａおよび１２１ｂを結ぶ線とが平行であれば、いずれの発光点１２１ａ，１２１ｂを選択した場合でも、ステム１１のダイボンド面からの距離を等しくすることができるため、設計上の位置に配置することが可能となる。

また、発光点１２１ａ，１２１ｂの距離は、１０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。発光点１２１ａ，１２１ｂの距離がそれ以上に広い場合には、半導体レーザ素子１２の外形サイズが大きくなり、サブマウント１３もそれに合わせて大きくする必要がある。このため、優れた特性を有する発光点１２１ａ，１２１ｂの一方を選択してバーンイン工程の歩留低下を防ぐことができたとしても、材料ロスの発生が大きくなるためである。本実施形態では、発光点１２１ａ，１２１ｂの距離を１００μｍとした。

例えば、従来の半導体レーザ素子のサイズは、幅２００μｍである。この幅をさらに小さくしようとすると、素子分割が困難になり、歩留低下を招く虞がある。本実施形態では、発光点１２１ａ，１２１ｂの距離が１００μｍであり、半導体レーザ素子１２の外形から発光点１２１ａ，１２１ｂまでの距離が５０μｍとなる。したがって、半導体レーザ素子１２全体の幅を増加させることなく、二つの発光点１２１ａ，１２１ｂを設けることができる。これにより、同じ基板サイズから同じ数の半導体レーザ素子１２を作製することが可能となる。

さらに、上記Ａｇペーストを加熱硬化し、電極１２２ａ，１２２ｂのうちのマーキングが施されていない電極、およびモニタ用フォトダイオードの電極１２５を金線１４によって外部端子にワイヤボンドする。

その後、図示しない保護用キャップをステム１１に溶着し、動作電流や放射角など、電気的光学的特性を検査する最終検査工程および外観検査工程を行って、半導体レーザ装置１０が完成する。

以上により、本実施形態によれば、半導体レーザ素子１２に、複数の発光点１２１ａ,１２１ｂと、各発光点１２１ａ,１２１ｂを独立して制御可能な複数の電極１２２a,１２２ｂとを設けている。エージング試験での素子特性が優れた方の発光点を選択し、その発光点に対応する電極に対して外部端子への配線１４を行う。発光点が二つの場合には、エージング試験工程の工程数が倍で済み、工程数の増加分を最小限に抑えることができる。また、各発光点の間隔を１０μｍ以上１００μｍ以下にすれば、半導体レーザ素子１２の外形サイズを従来よりも大きくすることなく作製可能で、余分なコストアップが生じない。これによって、半導体レーザ装置１０の工程歩留を向上させて、低コスト化することができる。

なお、上記実施形態では、発光点が２つの例について説明したが、これに限らず、発光点は３つでもよくそれ以上でも本発明は有効である。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、例えば光ディスク装置などに用いられ、光ディスク（ＣＤ）、ＤＶＤおよび次世代ディスクなどの記録媒体に対して情報の読み取りまたは書き込みを行うための光源光を出射する半導体レーザ装置の製造方法の分野において、半導体レーザ素子に複数の発光点を設けて、それらを比較することによって、エージング特性が優れた方を選択することができるため、エージング工程での不良率を低減させて、低コスト化を図ることが可能となる。また、発光点を２つ設ける場合には、エージング試験工程の工程数が倍で済むため、工程数の増加分を最小限に抑えることができる。さらに、各発光点の間隔が１０μｍ以上１００μｍ以下である場合には、半導体レーザ素子の外形サイズを従来よりも大きくすることなく作製可能なため、余分なコストアップが生じない。

本発明の一実施形態である半導体レーザ装置の構成例を斜視図である。図１の半導体レーザ装置において、サブマウントに半導体レーザ素子をダイボンドした状態を示す部分拡大斜視図である。図２の半導体レーザ素子のエージング試験について説明するための要部断面図である。従来の半導体レーザ装置の構成例を斜視図である。

符号の説明

１エージング試験機
２治具
３外部制御回路
４エージング試験機のプローブ
１０半導体レーザ装置
１２半導体レーザ素子
１２１ａ,１２１ｂ半導体レーザ素子の発光点
１２２ａ,１２２ｂ半導体レーザ素子のアノード側電極
１２３半導体レーザ素子のＧＮＤ側電極
１２４モニタ用フォトダイオードの受光部
１２５モニタ用フォトダイオードの電極
１３モニタ用フォトダイオード付きサブマウント
１４金線
１１ステム
１５リードピン
１５ａ上端部

Claims

複数の発光点と、該複数の発光点のそれぞれを独立して制御可能な複数の電極を有する半導体レーザ素子を作製する半導体レーザ素子作製工程と、
該半導体レーザ素子のエージング試験を行って、該複数の発光点のうち、素子特性の優れた発光点に対応する電極を該複数の電極から選択する電極選択工程と、
選択された電極と外部端子との配線を行う配線工程とを有する半導体レーザ装置の製造方法。
前記複数の発光点は二つである請求項１に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
前記半導体レーザ素子の発光波長は、７７０ｎｍ以上８００ｎｍ以下、６４０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下、および４００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下のいずれかの範囲である請求項１または２に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
前記半導体レーザ素子作製工程と電極選択工程間に、サブマウントがダイボンドされるステムのダイボンド面と前記複数の発光点が等距離に配置可能なように、前記半導体レーザ素子を該サブマウントにマウントする工程を更に有する請求項１に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
前記電極選択工程と配線工程間に、前記素子特性の優れた発光点が、前記ステムのダイボンド面に対する所定位置に配置されるように、該ステムのダイボンド面と前記サブマウントとの位置を設定して該ステムのダイボンド面に該サブマウントをダイボンドする工程を更に有する請求項１または４に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
前記複数の発光点は、互いの間隔が１０μｍ以上１００μｍ以下である請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レーザ装置の製造方法。