JP2858964B2 - モノリシックレーザーダイオードアレイ及びその製造方法 - Google Patents
モノリシックレーザーダイオードアレイ及びその製造方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一次元または二次元レー
ザーダイオードアレイに関し、特に、実用的なレーザー
発生装置に使用される組み立て用ユニットとしてのレー
ザダイオードアレイとその製造方法に関する。本発明の
レーザーダイオードアレイは高パワーの半導体レーザー
ダイオードアレイからなり、特に、衛生通信、エネルギ
ー分野、大気状態の遠隔観測、レンジファインダー、同
位体の分離、光学的読み取り装置、計算機、レーザー加
工機、レベル探知機並びに遠隔探知機等に利用すること
ができる。
ザーダイオードアレイに関し、特に、実用的なレーザー
発生装置に使用される組み立て用ユニットとしてのレー
ザダイオードアレイとその製造方法に関する。本発明の
レーザーダイオードアレイは高パワーの半導体レーザー
ダイオードアレイからなり、特に、衛生通信、エネルギ
ー分野、大気状態の遠隔観測、レンジファインダー、同
位体の分離、光学的読み取り装置、計算機、レーザー加
工機、レベル探知機並びに遠隔探知機等に利用すること
ができる。
【0002】
【従来の技術】近年、AlGaAs等のレーザーダイオ
ード用材料の研究開発により、レーザーダイオード自体
の性能と信頼性の向上がなされてきた。しかし、複数の
レーザーダイオードからレーザーダイオードアレイを製
造する段階で利用されるレーザーダイオードのパッキン
グ技術自体は未開発のままであり、レーザーダイオード
自体の性能及び信頼性の向上に比し、パッキング技術の
開発が未だなされていないのが現状である。
ード用材料の研究開発により、レーザーダイオード自体
の性能と信頼性の向上がなされてきた。しかし、複数の
レーザーダイオードからレーザーダイオードアレイを製
造する段階で利用されるレーザーダイオードのパッキン
グ技術自体は未開発のままであり、レーザーダイオード
自体の性能及び信頼性の向上に比し、パッキング技術の
開発が未だなされていないのが現状である。
【0003】現在利用されている第一世代のパッキング
技術として、Cu、BeO,THERMKON(TM),もしくはダイ
アモンドの基板上のIn等の鑞付けもしくはSn/Au
系の溶着剤を利用する方法がある。この方法では工業的
なプロトタイプの製造には適しているが、信頼性が高
く、低コストの1次元または2次元のレーザーダイオー
ドアレイを大容積に組み立てるには適していない。
技術として、Cu、BeO,THERMKON(TM),もしくはダイ
アモンドの基板上のIn等の鑞付けもしくはSn/Au
系の溶着剤を利用する方法がある。この方法では工業的
なプロトタイプの製造には適しているが、信頼性が高
く、低コストの1次元または2次元のレーザーダイオー
ドアレイを大容積に組み立てるには適していない。
【0004】他方、本出願の発明者もその研究開発に関
与したレーザーパッキング技術の一例として、”ラック
スタック(Rack & Stack)”組立法がある。この方法
は、1次元に配列されたレーザーダイオードからなる1
次元サブアレイを個々に製造した後に、これらのサブア
レイを背面部材上に2次元のアレイとして配設するもの
である。この方法では、特に組立工程が多く、部品数も
多いので、大容積の製品を得ることが困難であり、さら
に歩留まりも比較的低いという欠点がある。また、個々
の組立工程のほとんどは各サブアレイを正確に配列する
ことが必要であり、これは組立時間を長くし、歩留まり
を低くする原因となっている。さらに、使用された1次
元サブアレイは再使用ができないという欠点を有してい
る。これは、もしサブアレイのレーザーダイオードの一
部にでも傷があったならば、サブアレイ上のレーザーダ
イオード自体を取り替えることができないので、サブア
レイ全体を廃棄する必要があるからである。
与したレーザーパッキング技術の一例として、”ラック
スタック(Rack & Stack)”組立法がある。この方法
は、1次元に配列されたレーザーダイオードからなる1
次元サブアレイを個々に製造した後に、これらのサブア
レイを背面部材上に2次元のアレイとして配設するもの
である。この方法では、特に組立工程が多く、部品数も
多いので、大容積の製品を得ることが困難であり、さら
に歩留まりも比較的低いという欠点がある。また、個々
の組立工程のほとんどは各サブアレイを正確に配列する
ことが必要であり、これは組立時間を長くし、歩留まり
を低くする原因となっている。さらに、使用された1次
元サブアレイは再使用ができないという欠点を有してい
る。これは、もしサブアレイのレーザーダイオードの一
部にでも傷があったならば、サブアレイ上のレーザーダ
イオード自体を取り替えることができないので、サブア
レイ全体を廃棄する必要があるからである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明によれば、大容
積でかつ信頼性の高い1次元及び2次元のレーザーダイ
オードアレイを、低コストでしかも歩留まりを高くして
製造することができるものである。
積でかつ信頼性の高い1次元及び2次元のレーザーダイ
オードアレイを、低コストでしかも歩留まりを高くして
製造することができるものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上下面を有し
た基板であって、該上面上に該基板の長さ方向に沿って
形成されかつ該基板の垂直(厚さ)方向に延びた側壁を
有した少なくとも1つの溝を有するモノリシック基板
と、該モノシリック基板上に少なくとも1つの金属化溝
を形成するために該溝の該側壁に沿って設けられたレー
ザーダイオード接続用の金属化層と、該金属化溝に配設
される複数個のレーザーダイオードが形成されたレーザ
ーダイオードバーとからなるモノリシックレーザーダイ
オードアレイを特徴とするものである。上記モノリシッ
クレーザーダイオードアレイを構成するモノリシック基
板の材質と厚み並びに該溝の深さは該基板の底面からの
外力に対して基板が湾曲可能な程度のものである。ま
た、前記上面上に複数個の溝を形成することで、該金属
化層により複数個の金属化溝を形成し、更に該モノリシ
ックレーザーダイオードアレイは複数個のレーザーダイ
オードバーを有し、それぞれのレーザーダイオードバー
を各金属化溝中に配設するのが好ましい。前記基板はB
eOもしくはAINからなり、また、前記金属化層はA
u,NiもしくはCrからなる。前記モノリシックレー
ザーダイオードアレイは、レーザーダイオードバーを該
金属化溝に固定するための溶接層を有する。前記モノリ
シックレーザーダイオードは、さらに該基板の下面に設
けられた熱スプレッダーと、該熱スプレッダーの該基板
とは反対側に位置する面に取り付けられた吸熱部材と、
該基板に接続し、該レーザーダイオードを駆動するため
の駆動回路を有する。前記熱スプレッダーは該基板の下
面に低融解接着層を介して取り付けられる。該モノリシ
ック基板上に形成された該少なくとも1つの溝は該基板
の長さ方向全体にわたって形成するのが好ましい。ま
た、別の観点からすると、本発明は、上下面を有する基
板であって、該上面上に該基板の長さ方向に沿って形成
された少なくとも1つの溝を有するモノリシック基板
と、該モノリシック基板上に少なくとも1つの金属化溝
を形成するために該溝の側壁に沿って設けた金属化層
と、各々の放射面が該モノリシック基板の該上面と平行
となるように該金属化溝に配設された複数個のレーザー
ダイオードが形成されたレーザーダイオードバーとから
なるモノリシックレーザーダイオードアレイを提供す
る。この場合においても、該モノリシック基板上に形成
された該少なくとも1つの溝は該基板の長さ方向全体に
わたって形成されていることが好ましい。また、前記上
面上に複数個の溝を互いに平行に形成することで、複数
個のレーザーダイオードバーを該複数個の溝に二次元的
に配列するようにしてもよい。本発明によるモノリシッ
クレーザーダイオードアレイ製造方法は、モノリシック
基板を製造する工程と、該基板の主面上に少なくとも1
つの溝を形成する工程と、該溝の側壁に沿って金属化層
を形成することで、少なくとも1つのレーザーダイオー
ド接続用の金属化溝を形成する工程と、複数のレーザー
ダイオードが形成されたレーザーダイオードバーを該金
属化溝中に配設する工程からなる。前記溝形成工程は複
数の溝を基板上に形成する工程からなり、該金属化層形
成工程は該複数の溝の側壁に沿って金属化層を形成する
ことで、複数の金属化層を形成する工程からなり、かつ
該配設工程は該複数の金属化溝に複数のレーザーダイオ
ードバーをそれぞれ配設し、2次元のレーザーダイオー
ドアレイを形成する工程からなる。前記配設工程は、該
複数の溝が形成される該基板の第1の面と反対側に位置
する該基板の第2の面から該基板を押圧し、これにより
該基板を湾曲させて各溝の側壁を互いに離反する方向に
移動させ該溝の幅を広げる工程と、該複数のレーザーダ
イオードバーを該複数の溝に各々配設する工程と、該基
板への押圧操作を停止することで該側壁を元の位置に戻
す工程からなる。また、該配設工程は、熱伝導性並びに
電導性のあるエポキシ系の接着剤を該溝の該側壁に沿っ
て供給することで該複数のレーザーダイオードアレイを
該溝内へ固着するようにしている。該少なくとも1つの
溝は該基板の長さ方向全体にわたって形成するのが好ま
しい。
た基板であって、該上面上に該基板の長さ方向に沿って
形成されかつ該基板の垂直(厚さ)方向に延びた側壁を
有した少なくとも1つの溝を有するモノリシック基板
と、該モノシリック基板上に少なくとも1つの金属化溝
を形成するために該溝の該側壁に沿って設けられたレー
ザーダイオード接続用の金属化層と、該金属化溝に配設
される複数個のレーザーダイオードが形成されたレーザ
ーダイオードバーとからなるモノリシックレーザーダイ
オードアレイを特徴とするものである。上記モノリシッ
クレーザーダイオードアレイを構成するモノリシック基
板の材質と厚み並びに該溝の深さは該基板の底面からの
外力に対して基板が湾曲可能な程度のものである。ま
た、前記上面上に複数個の溝を形成することで、該金属
化層により複数個の金属化溝を形成し、更に該モノリシ
ックレーザーダイオードアレイは複数個のレーザーダイ
オードバーを有し、それぞれのレーザーダイオードバー
を各金属化溝中に配設するのが好ましい。前記基板はB
eOもしくはAINからなり、また、前記金属化層はA
u,NiもしくはCrからなる。前記モノリシックレー
ザーダイオードアレイは、レーザーダイオードバーを該
金属化溝に固定するための溶接層を有する。前記モノリ
シックレーザーダイオードは、さらに該基板の下面に設
けられた熱スプレッダーと、該熱スプレッダーの該基板
とは反対側に位置する面に取り付けられた吸熱部材と、
該基板に接続し、該レーザーダイオードを駆動するため
の駆動回路を有する。前記熱スプレッダーは該基板の下
面に低融解接着層を介して取り付けられる。該モノリシ
ック基板上に形成された該少なくとも1つの溝は該基板
の長さ方向全体にわたって形成するのが好ましい。ま
た、別の観点からすると、本発明は、上下面を有する基
板であって、該上面上に該基板の長さ方向に沿って形成
された少なくとも1つの溝を有するモノリシック基板
と、該モノリシック基板上に少なくとも1つの金属化溝
を形成するために該溝の側壁に沿って設けた金属化層
と、各々の放射面が該モノリシック基板の該上面と平行
となるように該金属化溝に配設された複数個のレーザー
ダイオードが形成されたレーザーダイオードバーとから
なるモノリシックレーザーダイオードアレイを提供す
る。この場合においても、該モノリシック基板上に形成
された該少なくとも1つの溝は該基板の長さ方向全体に
わたって形成されていることが好ましい。また、前記上
面上に複数個の溝を互いに平行に形成することで、複数
個のレーザーダイオードバーを該複数個の溝に二次元的
に配列するようにしてもよい。本発明によるモノリシッ
クレーザーダイオードアレイ製造方法は、モノリシック
基板を製造する工程と、該基板の主面上に少なくとも1
つの溝を形成する工程と、該溝の側壁に沿って金属化層
を形成することで、少なくとも1つのレーザーダイオー
ド接続用の金属化溝を形成する工程と、複数のレーザー
ダイオードが形成されたレーザーダイオードバーを該金
属化溝中に配設する工程からなる。前記溝形成工程は複
数の溝を基板上に形成する工程からなり、該金属化層形
成工程は該複数の溝の側壁に沿って金属化層を形成する
ことで、複数の金属化層を形成する工程からなり、かつ
該配設工程は該複数の金属化溝に複数のレーザーダイオ
ードバーをそれぞれ配設し、2次元のレーザーダイオー
ドアレイを形成する工程からなる。前記配設工程は、該
複数の溝が形成される該基板の第1の面と反対側に位置
する該基板の第2の面から該基板を押圧し、これにより
該基板を湾曲させて各溝の側壁を互いに離反する方向に
移動させ該溝の幅を広げる工程と、該複数のレーザーダ
イオードバーを該複数の溝に各々配設する工程と、該基
板への押圧操作を停止することで該側壁を元の位置に戻
す工程からなる。また、該配設工程は、熱伝導性並びに
電導性のあるエポキシ系の接着剤を該溝の該側壁に沿っ
て供給することで該複数のレーザーダイオードアレイを
該溝内へ固着するようにしている。該少なくとも1つの
溝は該基板の長さ方向全体にわたって形成するのが好ま
しい。
【0007】
【作用】本発明のモノリシックレーザーダイオードアレ
イ及びその製造方法によれば、予め小基板上に溝を形成
した後に該溝へレーザーダイオードを配設することで小
レーザーダイオードアレイを製造し、しかる後に複数個
の小レーザーダイオードアレイを組み合わせることで、
大容積のレーザーダイオードアレイを得ているものであ
る。従って、全小レーザーダイオードアレイを永久固着
する前に個々の小アレイを予備検査することで、欠陥の
あるレーザーダイオードアレイを予め除去することが可
能になる。その結果、大容積でかつ信頼性の高い1次元
及び2次元のレーザーダイオードアレイを、低コストで
しかも歩留まりを高くして製造することがでができる。
イ及びその製造方法によれば、予め小基板上に溝を形成
した後に該溝へレーザーダイオードを配設することで小
レーザーダイオードアレイを製造し、しかる後に複数個
の小レーザーダイオードアレイを組み合わせることで、
大容積のレーザーダイオードアレイを得ているものであ
る。従って、全小レーザーダイオードアレイを永久固着
する前に個々の小アレイを予備検査することで、欠陥の
あるレーザーダイオードアレイを予め除去することが可
能になる。その結果、大容積でかつ信頼性の高い1次元
及び2次元のレーザーダイオードアレイを、低コストで
しかも歩留まりを高くして製造することがでができる。
【0008】
【実施例】図1は、本発明で使用されるモノリシック基
板の第1の実施例を実際の寸法を併記して示している。
モノリシック基板10は、例えばBeO,AlN,もし
くは高い熱伝導率を有する材料、好ましくはセラミック
からなっている。特に基板10にBeOを用いた場合、
結晶粒であっても良い。本実施例で利用されるモノリシ
ック基板10は1次元レーザーダイオードアレイ用基板
であり、ほぼ中央部にレーザーダイオード配設用の溝を
有する。基板10は長さ2.05インチ,幅0.50イ
ンチ,厚さ0.025インチの大きさを有する。この大
きさは使用目的に応じて変えることができる。また、溝
は幅が0.04インチで、深さが0.019インチであ
る。例えば、セラミックに対する工業規格で、2.00
X2.00X0.025(インチ)の大きさを有する基
板を用いても良い。また、基板の厚さも変えることがで
き、例えば、工業規格に適合する40ミルの厚さの基板
を用いても良い。基板の製造は、例えば、最初に大きな
基板を作っておき、これを製造プロセスの1工程を利用
してより小さな複数個のアレイに分割することで所望の
大きさを有する基板を得ることができる。
板の第1の実施例を実際の寸法を併記して示している。
モノリシック基板10は、例えばBeO,AlN,もし
くは高い熱伝導率を有する材料、好ましくはセラミック
からなっている。特に基板10にBeOを用いた場合、
結晶粒であっても良い。本実施例で利用されるモノリシ
ック基板10は1次元レーザーダイオードアレイ用基板
であり、ほぼ中央部にレーザーダイオード配設用の溝を
有する。基板10は長さ2.05インチ,幅0.50イ
ンチ,厚さ0.025インチの大きさを有する。この大
きさは使用目的に応じて変えることができる。また、溝
は幅が0.04インチで、深さが0.019インチであ
る。例えば、セラミックに対する工業規格で、2.00
X2.00X0.025(インチ)の大きさを有する基
板を用いても良い。また、基板の厚さも変えることがで
き、例えば、工業規格に適合する40ミルの厚さの基板
を用いても良い。基板の製造は、例えば、最初に大きな
基板を作っておき、これを製造プロセスの1工程を利用
してより小さな複数個のアレイに分割することで所望の
大きさを有する基板を得ることができる。
【0009】図2は、本発明で使用されるモノリシック
基板の第2の実施例を実際の寸法を併記して示してい
る。本実施例で利用されるモノリシック基板は2次元レ
ーザーダイオードアレイ用基板であり、レーザーダイオ
ードアレイ配設用の複数個の溝20が基板上に形成され
ている。基板10の構成材料は第1の実施例と同じもの
であり、また、基板10の両側面は3乃至4ミクロン研
磨仕上げされており、全体の厚さは25ミルになるよう
研磨されている。溝20は深さが約0.018インチ、
幅が約0.004インチで、基板の幅方向に沿って形成
されている。溝の構造は製造物の目的に応じて自由に変
えることができ、例えば、溝の最上部の幅を底部の幅よ
りも大きく設計しても良い。また図2で示されるよう
に、底部は丸みを帯びる様に形成しても良い。さらに、
各溝の大きさはほぼ同じ大きさであることが好ましい。
基板の第2の実施例を実際の寸法を併記して示してい
る。本実施例で利用されるモノリシック基板は2次元レ
ーザーダイオードアレイ用基板であり、レーザーダイオ
ードアレイ配設用の複数個の溝20が基板上に形成され
ている。基板10の構成材料は第1の実施例と同じもの
であり、また、基板10の両側面は3乃至4ミクロン研
磨仕上げされており、全体の厚さは25ミルになるよう
研磨されている。溝20は深さが約0.018インチ、
幅が約0.004インチで、基板の幅方向に沿って形成
されている。溝の構造は製造物の目的に応じて自由に変
えることができ、例えば、溝の最上部の幅を底部の幅よ
りも大きく設計しても良い。また図2で示されるよう
に、底部は丸みを帯びる様に形成しても良い。さらに、
各溝の大きさはほぼ同じ大きさであることが好ましい。
【0010】図2で示されるように、本実施例のモノリ
シック基板10の各溝は約0.004インチの間隔をあ
けて設けられており、さらに基板の最側端に位置する溝
から基板の側端までの距離が約0.050インチである
ように設計されている。従って、長さが0.500イン
チの基板では50個の溝を形成することができる。しか
し、溝の構造、寸法は上述の実施例に限定されるもので
はなく、レーザーアレイの使用目的に応じて変えること
が出来ることは言うまでもない。例えば、各溝の間隔を
より大きく、またはより小さくしても良い。
シック基板10の各溝は約0.004インチの間隔をあ
けて設けられており、さらに基板の最側端に位置する溝
から基板の側端までの距離が約0.050インチである
ように設計されている。従って、長さが0.500イン
チの基板では50個の溝を形成することができる。しか
し、溝の構造、寸法は上述の実施例に限定されるもので
はなく、レーザーアレイの使用目的に応じて変えること
が出来ることは言うまでもない。例えば、各溝の間隔を
より大きく、またはより小さくしても良い。
【0011】図3は、図2で示される溝20内に金属化
層30を形成したモノリシック基板の断面図である。金
属化層30は、プリント回路基板の製造に利用される通
常の金属蒸着法やメッキ技術等により、Cr,Ti,N
i,Au、Agまたはこれらの合金もしくはモノリシッ
ク基板10に十分に接着可能な適当な導電性を有する材
料を用いて形成される。実際には、上述の材料を組み合
わせて用いる場合が一般的である。例えば、まず最初に
Cr層もしくはTi層を、溝の内壁を含めて、基板上に
形成する。これはこれらの材料と通常はセラミックから
なる基板との接着力が強いからである。しかる後、金属
化層への給電を担うために、膜厚の厚いNi層を形成
し、さらに熱圧縮による接着可能なAu層を形成する。
層30を形成したモノリシック基板の断面図である。金
属化層30は、プリント回路基板の製造に利用される通
常の金属蒸着法やメッキ技術等により、Cr,Ti,N
i,Au、Agまたはこれらの合金もしくはモノリシッ
ク基板10に十分に接着可能な適当な導電性を有する材
料を用いて形成される。実際には、上述の材料を組み合
わせて用いる場合が一般的である。例えば、まず最初に
Cr層もしくはTi層を、溝の内壁を含めて、基板上に
形成する。これはこれらの材料と通常はセラミックから
なる基板との接着力が強いからである。しかる後、金属
化層への給電を担うために、膜厚の厚いNi層を形成
し、さらに熱圧縮による接着可能なAu層を形成する。
【0012】金属化層30の基板上の形成により溝の大
きさが減少するが、金属化溝の大きさは溝に配設するレ
ーザーダイオードの全体の厚さの数分の1ミル小さいも
のでもよく、またわずかに大きいものでも良い。 他
方、各溝の底部は、電気的な絶縁を保持するために、公
知の金属化技術によりシャドーもしくはマスクを用いて
金属化層を形成しないようにしても良い。金属化の工程
が終了した後、金属化された基板は所望の大きさの基板
に分割される。例えば2.00X2.00(平方イン
チ)のアレイを1cm2のアレイに分割する。
きさが減少するが、金属化溝の大きさは溝に配設するレ
ーザーダイオードの全体の厚さの数分の1ミル小さいも
のでもよく、またわずかに大きいものでも良い。 他
方、各溝の底部は、電気的な絶縁を保持するために、公
知の金属化技術によりシャドーもしくはマスクを用いて
金属化層を形成しないようにしても良い。金属化の工程
が終了した後、金属化された基板は所望の大きさの基板
に分割される。例えば2.00X2.00(平方イン
チ)のアレイを1cm2のアレイに分割する。
【0013】この分割工程が終了した後、図4で示され
るように、レーザーダイオード40を各アレイの溝の中
に組み込む。この組み込みは、現在のところ2つの方法
が採用されているが、溝の大きさが組み込むべきレーザ
ーダイオードの大きさよりも狭い場合、以下で示される
上記2つの方法の内の1つが選択される。
るように、レーザーダイオード40を各アレイの溝の中
に組み込む。この組み込みは、現在のところ2つの方法
が採用されているが、溝の大きさが組み込むべきレーザ
ーダイオードの大きさよりも狭い場合、以下で示される
上記2つの方法の内の1つが選択される。
【0014】もし金属化溝がレーザーダイオードよりも
小さい場合、基板10の底部から上端部への押圧力によ
り基板10を湾曲させる基板曲げ装置を用いることでレ
ーザーダイオードを金属化溝に配設することができる。
基板10のこのような湾曲性は基板上に形成した溝の幅
を広くすることができるので、レーザーダイオードの溝
内への挿入を容易にすることができる。
小さい場合、基板10の底部から上端部への押圧力によ
り基板10を湾曲させる基板曲げ装置を用いることでレ
ーザーダイオードを金属化溝に配設することができる。
基板10のこのような湾曲性は基板上に形成した溝の幅
を広くすることができるので、レーザーダイオードの溝
内への挿入を容易にすることができる。
【0015】図5は上述した基板曲げ装置の概略図であ
る。基板曲げ装置200は各々一端に基板固定用の溝2
20を有する2つのL字型の基板保持部材210を有
し、基板10はこれらの2つの基板保持部材210の各
溝220の間に固定挟持される。基板10の挿入は各基
板保持部材210を互いに離れる方向に移動することで
可能になり、また基板10の挿入後に互いに近接する方
向に各基板保持部材を210を移動させることで、基板
10を固定保持することができる。
る。基板曲げ装置200は各々一端に基板固定用の溝2
20を有する2つのL字型の基板保持部材210を有
し、基板10はこれらの2つの基板保持部材210の各
溝220の間に固定挟持される。基板10の挿入は各基
板保持部材210を互いに離れる方向に移動することで
可能になり、また基板10の挿入後に互いに近接する方
向に各基板保持部材を210を移動させることで、基板
10を固定保持することができる。
【0016】L字型の基板保持部材210の間には、上
下方向に移動可能で、丸みを帯びた上面を有する曲げ部
材230が設けられている。曲げ部材230の上面は溝
220に固定された基板10の裏面(下面)と接触する
ように配置されており、基板10と曲げ部材230の上
面を接触した状態で曲げ部材230を上方向へ移動する
ことで、基板10が湾曲されることになる。基板10の
湾曲の程度は曲げ部材230の移動量を調整することで
制御することができる。基板10を適切に湾曲するため
には、溝20の深さを均一にすることが重要である。こ
れは、溝が不均一な深さであれば、深さの浅い溝で破砕
が生じることになるからである。
下方向に移動可能で、丸みを帯びた上面を有する曲げ部
材230が設けられている。曲げ部材230の上面は溝
220に固定された基板10の裏面(下面)と接触する
ように配置されており、基板10と曲げ部材230の上
面を接触した状態で曲げ部材230を上方向へ移動する
ことで、基板10が湾曲されることになる。基板10の
湾曲の程度は曲げ部材230の移動量を調整することで
制御することができる。基板10を適切に湾曲するため
には、溝20の深さを均一にすることが重要である。こ
れは、溝が不均一な深さであれば、深さの浅い溝で破砕
が生じることになるからである。
【0017】基板10を基板曲げ装置200へ挿入し、
湾曲することで幅を広くした溝の中へレーザーダイオー
ド40を挿入した後、レーザーダイオード40と各金属
化溝との機械的、電気的な接続がなされる。予め低電力
下で各ダイオードを検査し、例えば、熱圧縮接着により
ダイオードを最終的に溶着する前に少なくとも欠陥のあ
るダイオードを取り替えることで、電気的な接続を十分
に達成することができる。
湾曲することで幅を広くした溝の中へレーザーダイオー
ド40を挿入した後、レーザーダイオード40と各金属
化溝との機械的、電気的な接続がなされる。予め低電力
下で各ダイオードを検査し、例えば、熱圧縮接着により
ダイオードを最終的に溶着する前に少なくとも欠陥のあ
るダイオードを取り替えることで、電気的な接続を十分
に達成することができる。
【0018】上述した基板曲げ方法の利点として、レー
ザーダイオードを永久的に基板に接着させるためには基
板材料への圧力のみを考慮するに足り、付加的な工程を
必要とはしない点が挙げられる。従ってこの方法を用い
れば、製造組立工程に必要となる部品の数を減ずること
が可能となる。しかしながら、金属化溝がレーザーダイ
オードよりも大きいか小さいかにかかわらず、ダイオー
ドの溝への接着性が有効であることが以下の様に分かっ
ている。
ザーダイオードを永久的に基板に接着させるためには基
板材料への圧力のみを考慮するに足り、付加的な工程を
必要とはしない点が挙げられる。従ってこの方法を用い
れば、製造組立工程に必要となる部品の数を減ずること
が可能となる。しかしながら、金属化溝がレーザーダイ
オードよりも大きいか小さいかにかかわらず、ダイオー
ドの溝への接着性が有効であることが以下の様に分かっ
ている。
【0019】例えば、予備検査されたダイオードアレイ
を真空オーブン中に入れておき(金を金属層として利用
しているとして)、アレイを加熱することで金の金属層
をプラスチック台の中へ浸透させる。これにより前製造
工程で基板中に誘引された応力を取り除き、レーザーダ
イオード40と基板10との金による熱圧縮接着を行
う。他の接着方法、例えば、標準的なレフロー(standa
rd reflow)や導電性のAg,Au,Cu,またはAl
を充填したエポキシ樹脂や、熱的、電気的に連続性の粒
子群を含むエポキシ樹脂からなる接着剤を溝に設け、接
着を達成するものがある。
を真空オーブン中に入れておき(金を金属層として利用
しているとして)、アレイを加熱することで金の金属層
をプラスチック台の中へ浸透させる。これにより前製造
工程で基板中に誘引された応力を取り除き、レーザーダ
イオード40と基板10との金による熱圧縮接着を行
う。他の接着方法、例えば、標準的なレフロー(standa
rd reflow)や導電性のAg,Au,Cu,またはAl
を充填したエポキシ樹脂や、熱的、電気的に連続性の粒
子群を含むエポキシ樹脂からなる接着剤を溝に設け、接
着を達成するものがある。
【0020】レーザーダイオード40は、もしアレイの
最上端面からのみ発光が行われるという、単一端発光が
要求されている場合は、多層からなる高反射率の誘電体
からなる多層積層体をレーザーダイオードの切子面に塗
布した構造のものを利用しても良い。
最上端面からのみ発光が行われるという、単一端発光が
要求されている場合は、多層からなる高反射率の誘電体
からなる多層積層体をレーザーダイオードの切子面に塗
布した構造のものを利用しても良い。
【0021】図4は基板上に配設したレーザーダイオー
ドアレイを示している。予備検査用として、基板は小基
板(submount)を用いている。小基板はこれよりも大き
な基板よりもよりたやすく作動させることができ、また
この小構造の基板へのダイオードの配設も容易に行い得
る。さらに、モジュラー型のレーザーダイオードアレイ
を製造するためにより小さい小基板を用いた場合、数多
くの異なる構造を有するアレイを製造することが容易に
なることから、このような小基板は消費者側からも要求
されているものである。
ドアレイを示している。予備検査用として、基板は小基
板(submount)を用いている。小基板はこれよりも大き
な基板よりもよりたやすく作動させることができ、また
この小構造の基板へのダイオードの配設も容易に行い得
る。さらに、モジュラー型のレーザーダイオードアレイ
を製造するためにより小さい小基板を用いた場合、数多
くの異なる構造を有するアレイを製造することが容易に
なることから、このような小基板は消費者側からも要求
されているものである。
【0022】本発明のレーザーダイオードアレイには現
在製造、販売されているレーザーダイオードが利用でき
る。このようなレーザーダイオードの一例としてノース
イースト セミコンダクター社(NORTHEAST SEMICONDUC
TOR, INC. (NSI))の、分子ビームエピタキシ技術(M
BE)により製造された量子井戸ヘテロ構造型レーザー
ダイオードバーから得られるものがある。MBE技術
は、直径3インチの領域にわたって均一性が保証され、
また有毒な物質を取り扱う有機金属の気相エピタキシに
とって好ましいものである。均一性は特に製造コストを
低減させるための重要な因子であり、狭いスペクトル領
域を要求されるレーザーダイオードを得るために製造さ
れたレーザーダイオードバーの波長選別を行う必要が、
これにより回避されるという利点がある。NSIは、グ
レーデッド型分離制限ヘテロ構造の単一量子井戸(GRIN
SH-SQW)をMBE技術を利用して成長させることで、2
インチのGaAs基板からの放射波長の変動が1nm以
下で、連続的使用に対しても変動幅が3インチ以下のレ
ーザーダイオードを得ている。
在製造、販売されているレーザーダイオードが利用でき
る。このようなレーザーダイオードの一例としてノース
イースト セミコンダクター社(NORTHEAST SEMICONDUC
TOR, INC. (NSI))の、分子ビームエピタキシ技術(M
BE)により製造された量子井戸ヘテロ構造型レーザー
ダイオードバーから得られるものがある。MBE技術
は、直径3インチの領域にわたって均一性が保証され、
また有毒な物質を取り扱う有機金属の気相エピタキシに
とって好ましいものである。均一性は特に製造コストを
低減させるための重要な因子であり、狭いスペクトル領
域を要求されるレーザーダイオードを得るために製造さ
れたレーザーダイオードバーの波長選別を行う必要が、
これにより回避されるという利点がある。NSIは、グ
レーデッド型分離制限ヘテロ構造の単一量子井戸(GRIN
SH-SQW)をMBE技術を利用して成長させることで、2
インチのGaAs基板からの放射波長の変動が1nm以
下で、連続的使用に対しても変動幅が3インチ以下のレ
ーザーダイオードを得ている。
【0023】図6Aは2次元レーザーアレイモジュール
を示すもので、上述した方法で製造されたレーザーダイ
オードアレイの裏面に、金等からなる低融解接着層70
と、選択的に配設されるBeOからなる熱スプレッダー
及び絶縁点80との電気的接続75を有する。アレイか
らの熱は熱スプレッダーを介して放熱され、熱の放熱方
向(図で下方向)と逆の方向(図で上方向)に発光す
る。熱スプレッダーを用いなくとも、厚みの厚い基板1
0を用いても良く、この場合は基板の厚い底部が熱を拡
散することになる。
を示すもので、上述した方法で製造されたレーザーダイ
オードアレイの裏面に、金等からなる低融解接着層70
と、選択的に配設されるBeOからなる熱スプレッダー
及び絶縁点80との電気的接続75を有する。アレイか
らの熱は熱スプレッダーを介して放熱され、熱の放熱方
向(図で下方向)と逆の方向(図で上方向)に発光す
る。熱スプレッダーを用いなくとも、厚みの厚い基板1
0を用いても良く、この場合は基板の厚い底部が熱を拡
散することになる。
【0024】図6Bは、図6Aのモジュールに鑞付け9
0を介して水で冷却された銅吸熱部材100が接着され
た構造を示している。ポリイミド、ガラス繊維等の絶縁
部材110をさらに設けても良い。
0を介して水で冷却された銅吸熱部材100が接着され
た構造を示している。ポリイミド、ガラス繊維等の絶縁
部材110をさらに設けても良い。
【0025】図7は、図6Bで示されたレーザーダイオ
ードアレイモジュールを複数個組み合わせて製造したレ
ーザーダイオードユニットの概略図である。図で示され
ているように、この実施例の場合、縦及び横の長さが
2.00インチで、厚みが1.00インチのレーザーダ
イオードユニットであり、20個のレーザーダイオード
アレイモジュールから組み立てられている。また、1モ
ジュールあたり5000個のダイオードが含まれてお
り、従って全体には100000個のダイオードが含ま
れることになる。このレーザーダイオードユニットは、
デューティーサイクルが2.5%で100kWのピーク
電力の散逸があった。配線をした場合、要求される電力
は500Ax400Vの電力、すなわち200kWが要
求される。熱散逸に対しては、1時間あたり40ガロン
の流量の水が水冷却銅吸熱部材を介して供給される。
ードアレイモジュールを複数個組み合わせて製造したレ
ーザーダイオードユニットの概略図である。図で示され
ているように、この実施例の場合、縦及び横の長さが
2.00インチで、厚みが1.00インチのレーザーダ
イオードユニットであり、20個のレーザーダイオード
アレイモジュールから組み立てられている。また、1モ
ジュールあたり5000個のダイオードが含まれてお
り、従って全体には100000個のダイオードが含ま
れることになる。このレーザーダイオードユニットは、
デューティーサイクルが2.5%で100kWのピーク
電力の散逸があった。配線をした場合、要求される電力
は500Ax400Vの電力、すなわち200kWが要
求される。熱散逸に対しては、1時間あたり40ガロン
の流量の水が水冷却銅吸熱部材を介して供給される。
【0026】図8は図7で示されるレーザーダイオード
装置を駆動するための回路図である。上述の電力に対す
る要求をかなえるものであればどの様な駆動回路でも利
用することができる。
装置を駆動するための回路図である。上述の電力に対す
る要求をかなえるものであればどの様な駆動回路でも利
用することができる。
【0027】以上の如く構成されたレーザーダイオード
ユニットに対して、プロトタイプの2次元レーザーダイ
オードアレイを776nmで動作することで性能実験を
行ったところ、2.5kW/cm2のパワー密度で、4
0%の変換効率を得ることができた。
ユニットに対して、プロトタイプの2次元レーザーダイ
オードアレイを776nmで動作することで性能実験を
行ったところ、2.5kW/cm2のパワー密度で、4
0%の変換効率を得ることができた。
【0028】本発明は上述した実施例に限定されること
なく、発明の趣旨を逸脱しない限り任意の変形、変更が
可能である。例えば、基板内の金属化及び/若しくは絶
縁化は、パターニング及び/若しくは機械的な絶縁(基
板を分割する)により達成することができる。
なく、発明の趣旨を逸脱しない限り任意の変形、変更が
可能である。例えば、基板内の金属化及び/若しくは絶
縁化は、パターニング及び/若しくは機械的な絶縁(基
板を分割する)により達成することができる。
【0029】
【発明の効果】本発明のレーザーダイオードアレイ及び
その製造方法によれば、大容積のレーザーダイオードア
レイは複数の小レーザーダイオードアレイを組み合わせ
た後に永久固着することで得られており、全小レーザー
ダイオードアレイを永久固着する前に個々の小アレイを
予備検査することで、欠陥のあるアレイを予め除去する
ことが可能になる。その結果、大容積でかつ信頼性の高
い1次元及び2次元のレーザーダイオードアレイを、低
コストでしかも歩留まりを高くして製造することができ
るものである。
その製造方法によれば、大容積のレーザーダイオードア
レイは複数の小レーザーダイオードアレイを組み合わせ
た後に永久固着することで得られており、全小レーザー
ダイオードアレイを永久固着する前に個々の小アレイを
予備検査することで、欠陥のあるアレイを予め除去する
ことが可能になる。その結果、大容積でかつ信頼性の高
い1次元及び2次元のレーザーダイオードアレイを、低
コストでしかも歩留まりを高くして製造することができ
るものである。
【図1】本発明の1次元レーザーダイオードアレイ製造
用の、1つの溝を有するモノリシック基板である。
用の、1つの溝を有するモノリシック基板である。
【図2】本発明の2次元レーザーダイオードアレイ製造
用の、複数個の溝を有するモノリシック基板である。
用の、複数個の溝を有するモノリシック基板である。
【図3】本発明の金属化層を有したモノリシック基板の
部分側面図である。
部分側面図である。
【図4】本発明の金属化基板にレーザーダイオードを配
設することで得た、小レーザーダイオードアレイの部分
側面図である。
設することで得た、小レーザーダイオードアレイの部分
側面図である。
【図5】図1及び2で示される基板を湾曲させるための
基板曲げ装置の概略図である。
基板曲げ装置の概略図である。
【図6A】本発明の2次元レーザーダイオードアレイに
熱スプレッダーを取り付けたレーザーダイオードアレイ
を示す斜視図である。
熱スプレッダーを取り付けたレーザーダイオードアレイ
を示す斜視図である。
【図6B】図6Aの2次元レーザーダイオードアレイに
吸熱部材を取り付けたレーザーダイオードアレイを示す
斜視図である。
吸熱部材を取り付けたレーザーダイオードアレイを示す
斜視図である。
【図7】図6Aの2次元レーザーダイオードアレイを複
数個組み合わせることで得られた2次元レーザーダイオ
ードユニットを示す斜視図である。
数個組み合わせることで得られた2次元レーザーダイオ
ードユニットを示す斜視図である。
【図8】本発明のレーザーダイオードユニットを駆動す
るための駆動回路図である。
るための駆動回路図である。
10 モノリシック基板 20 溝 30 金属化層 40 レーザーダイオード 70 熱スプレッダー 100 吸熱部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18 H01S 3/04 H01S 3/23
Claims (17)
- 【請求項1】 上下面を有した基板であって、該上面上
に該基板の長さ方向に沿って形成されかつ該基板の垂直
(厚さ)方向に延びた側壁を有した少なくとも1つの溝
を有するモノリシック基板と、該モノシリック基板上に
少なくとも1つの金属化溝を形成するために該溝の該側
壁に沿って設けられたレーザーダイオード接続用の金属
化層と、該金属化溝に配設される複数個のレーザーダイ
オードが形成されたレーザーダイオードバーとからなる
モノリシックレーザーダイオードアレイ。 - 【請求項2】 上下面を有した基板であって、該上面上
に該基板の長さ方向に沿って形成された少なくとも1つ
の溝を有し、該基板の材質と厚み並びに該溝の深さは該
基板の底面からの外力に対して基板が湾曲可能な程度の
ものであるモノリシック基板と、該モノリシック基板上
に少なくとも1つの金属化溝を形成するために該溝の側
壁に沿って設けられたレーザーダイオード接続用の金属
化層と、該金属化溝に配設される複数個のレーザーダイ
オードが形成されたレーザーダイオードバーとからなる
モノリシックレーザーダイオードアレイ。 - 【請求項3】 前記上面上に複数個の溝を形成すること
で、該金属化層により複数個の金属化溝を形成し、更に
該モノリシックレーザーダイオードアレイは複数個のレ
ーザーダイオードバーを有し、それぞれのレーザーダイ
オードバーを各金属化溝中に配設したことを特徴とする
請求項1または2記載のモノリシックレーザーダイオー
ドアレイ。 - 【請求項4】 前記基板がBeOもしくはAINからな
ることを特徴とする請求項1または2記載のモノリシッ
クレーザーダイオードアレイ。 - 【請求項5】 前記金属化層はAu,NiもしくはCr
からなることを特徴とする請求項1または2記載のモノ
リシックレーザーダイオードアレイ。 - 【請求項6】 前記モノリシックレーザーダイオードア
レイは、該レーザーダイオードバーを該金属化溝に固定
するための溶接層を有することを特徴とする請求項1ま
たは2記載のモノリシックレーザーダイオードアレイ。 - 【請求項7】 前記モノリシックレーザーダイオード
は、さらに該基板の下面に設けられた熱スプレッダー
と、該熱スプレッダーの該基板とは反対側に位置する面
に取り付けられた吸熱部材と、該基板に接続し、該レー
ザーダイオードを駆動するための駆動回路を有すること
を特徴とする請求項1または2記載のモノリシックレー
ザーダイオードアレイ。 - 【請求項8】 前記熱スプレッダーは該基板の下面に低
融解接着層を介して取り付けられたことを特徴とする請
求項7記載のモノリシックレーザーダイオードアレイ。 - 【請求項9】 該モノリシック基板上に形成された該少
なくとも1つの溝は該基板の長さ方向全体にわたって形
成されていることを特徴とする請求項1若しくは2記載
のモノリシックレーザーダイオードアレイ。 - 【請求項10】 上下面を有する基板であって、該上面
上に該基板の長さ方向に沿って形成された少なくとも1
つの溝を有するモノリシック基板と、該モノリシック基
板上に少なくとも1つの金属化溝を形成するために該溝
の側壁に沿って設けた金属化層と、各々の放射面が該モ
ノリシック基板の該上面と平行となるように該金属化溝
に配設された複数個のレーザーダイオードが形成された
レーザーダイオードバーとからなるモノリシックレーザ
ーダイオードアレイ。 - 【請求項11】 該モノリシック基板上に形成された該
少なくとも1つの溝は該基板の長さ方向全体にわたって
形成されていることを特徴とする請求項10記載のモノ
リシックレーザーダイオードアレイ。 - 【請求項12】 前記上面上に複数個の溝を互いに平行
に形成することで、複数個のレーザーダイオードバーを
該複数個の溝に二次元的に配列するようにしたことを特
徴とする請求項10記載のモノリシックレーザーダイオ
ードアレイ。 - 【請求項13】 モノリシック基板を製造する工程と、
該基板の主面上に少なくとも1つの溝を形成する工程
と、該溝の側壁に沿って金属化層を形成することで、少
なくとも1つのレーザーダイオード接続用の金属化溝を
形成する工程と、複数のレーザーダイオードが形成され
たレーザーダイオードバーを該金属化溝中に配設する工
程からなる、モノリシックレーザーダイオードアレイ製
造方法。 - 【請求項14】 前記溝形成工程は複数の溝を基板上に
形成する工程からなり、該金属化層形成工程は該複数の
溝の側壁に沿って金属化層を形成することで、複数の金
属化層を形成する工程からなり、かつ該配設工程は該複
数の金属化溝に複数のレーザーダイオードバーをそれぞ
れ配設し、2次元のレーザーダイオードアレイを形成す
る工程からなることを特徴とする請求項13記載のモノ
リシックレーザーダイオードアレイ製造方法。 - 【請求項15】 前記配設工程は、該複数の溝が形成さ
れる該基板の第1の面と反対側に位置する該基板の第2
の面から該基板を押圧し、これにより該基板を湾曲させ
て各溝の側壁を互いに離反する方向に移動させ該溝の幅
を広げる工程と、複数のレーザーダイオードバーを該複
数の溝に各々配設する工程と、該基板への押圧操作を停
止することで該側壁を元の位置に戻す工程からなること
を特徴とする請求項14記載のモノリシックレーザーダ
イオードアレイ製造方法。 - 【請求項16】 該配設工程は、熱伝導性並びに電導性
のあるエポキシ系の接着剤を該溝の該側壁に沿って供給
することで該複数のレーザーダイオードアレイを該溝内
へ固着することを特徴とする請求項13記載のモノリシ
ックレーザーダイオードアレイ製造方法。 - 【請求項17】 該少なくとも1つの溝を該基板の長さ
方向全体にわたって形成することを特徴とする請求項1
3記載のモノリシックレーザーダイオードアレイ製造方
法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/460,459 | 1990-01-03 | ||
US07/460,459 US5040187A (en) | 1990-01-03 | 1990-01-03 | Monolithic laser diode array |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0629623A JPH0629623A (ja) | 1994-02-04 |
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Family
ID=23828796
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2415676A Expired - Fee Related JP2858964B2 (ja) | 1990-01-03 | 1990-12-28 | モノリシックレーザーダイオードアレイ及びその製造方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5040187A (ja) |
EP (1) | EP0436380B1 (ja) |
JP (1) | JP2858964B2 (ja) |
DE (1) | DE69018956T2 (ja) |
Families Citing this family (66)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3245838B2 (ja) * | 1992-02-03 | 2002-01-15 | 住友電気工業株式会社 | 半導体レーザ装置 |
US5542018A (en) * | 1990-08-31 | 1996-07-30 | Kuhara; Yoshiki | Semiconductor laser device making use of photodiode chip |
US5128951A (en) * | 1991-03-04 | 1992-07-07 | Karpinski Arthur A | Laser diode array and method of fabrication thereof |
US5305344A (en) * | 1993-04-29 | 1994-04-19 | Opto Power Corporation | Laser diode array |
US5394427A (en) * | 1994-04-29 | 1995-02-28 | Cutting Edge Optronics, Inc. | Housing for a slab laser pumped by a close-coupled light source |
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