JP5034345B2

JP5034345B2 - 半導体レーザ装置の製造方法および製造装置

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Publication number: JP5034345B2
Application number: JP2006187725A
Authority: JP
Inventors: 康之佐藤
Original assignee: Sony Corp
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Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2026-07-07
Also published as: JP2008016704A

Description

本発明は半導体レーザ装置の製造方法および組立装置に関するものであり、更に詳しくは、発光波長が異なる複数個のレーザ・チップを発光させることなく半導体レーザ装置のステムのサブマウント面に極めて高い精度で取り付けることができる製造方法および製造装置に関するものである。

近年、半導体レーザ装置の分野においては、発光波長が異なる複数個のレーザ・チップ（ＬＤ；Laser Diode）をサブマウントに取り付けたものが多用されるようになっている。このような半導体レーザ装置は特に光ディスク装置の光源として多用されている。

従来の半導体レーザ装置１０は、例えば図９に示すように、ヒートシンク１に設けたステム２のサブマウント３の面に１個のレーザ・チップをボンディングして取り付けたものであった。レーザ・チップは発熱が大であるために、熱膨張係数が近似しており熱伝導率が大である窒化アルミニウムやシリコンからなるサブマウント３に取り付け、更に銅製のヒートシンク１に実装したものである。このように１個のレーザ・チップを取り付けたものは取り付け位置精度に高度な制約がないために製造が容易であった。

しかし、上述したように波長の異なる複数個のレーザ・チップを備えた半導体レーザ装置を製造する場合、製造コストの面からは、各レーザ・チップからの発光ビームをほぼ同一の光路を通るものとし、共通のレンズ系を適用することが可能であるものとすることが望ましい。従って図１０に示すように、同一のサブマウント３上に、例えば２個のレーザ・チップ（ＬＤ１）とレーザ・チップ（ＬＤ２）とを積層して取り付けた積層構造や、横に並べて取り付けた並列構造としてパッケージに収めたものが光ディスク装置に採用されるようになっている。

このような光ディスク装置では、波長７００ｎｍ帯のレーザ・チップがＣＤ( Compact Disk)の再生に使用されると共に、ＣＤ−Ｒ( CD Recordable )、ＣＤ−ＲＷ( CD Rewritable ) などの記録可能な光ディスクの記録・再生に使用されている。また、波長６００ｎｍ帯のレーザ・チップがＤＶＤ（ Digital Versatile Disk ）の記録・再生に使用されている。更に最近では、波長４００ｎｍ帯のレーザ・チップが光ディスクの記録・再生に使用されるようになっているが、これら波長が異なる複数個のレーザ・チップを同一サブマウントへ取り付けることにより、光ディスク装置の用途は一層拡大すると考えられる。

図１０に示すように、波長の異なる２個のレーザ・チップを、積層構造または並列構造として同一のサブマウント３に取り付けることにより光学系の共用は可能となるが、そのためには、横幅がそれぞれ３００μｍ程度である２個のレーザ・チップの発光点の間隔を±１μｍ以内とすること、それぞれの発光方向の角度θのズレを０．５度以内とすることが要求され、取り付け時においてレーザ・チップの位置精度を極めて高くすることが必要になる。そして、このような要請に対する具体的な方法および装置が既に提案されている。

例えば、レーザ・チップをサブマウント３にダイボンディングするに際し、レーザ・チップに通電して発光させ、ＦＦＰ（ファーフィールドパターン）カメラによって発光方向の角度θのズレ（Δθ）を求めて補正し、ＮＦＰ（ニアフィールドパターン）カメラによって発光点のＸ軸方向とＺ軸方向との位置の誤差を求めて補正した後にダイボンドする半導体レーザのダイボンディング方法およびダイボンディング装置が開示されている（特許文献１を参照）。

また、２個のレーザ・チップについて、それぞれの中間ステージにおいて、外形認識カメラによってチップの位置ズレ量ｘ、ｙを検出し、発光点認識カメラによって発光軸の角度ズレ量θを検出して、中間ステージをＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させ、回転軸の回りに回転させてレーザ・チップの位置を補正した後に、ボンディング・ステージへ搬送して、サブマウントにボンディングする製造方法および製造装置が開示されている（特許文献２を参照）。

そのほか、レーザ・チップを発光させない方法として、サブマウントの表面に電気信号取出用金属を形成し、その金属電極の一部に１個または複数個の半導体発光素子をボンディングするための半田領域を形成すると共に、サブマウントの一部に半導体発光素子を位置合わせするためのマーカを形成したサブマウント構造、および上記マーカを検出する工程と、半導体発光素子の出射端面位置と裏面の電流狭窄層とを検出する工程と、サブマウントのマーカから所定の位置に半導体発光素子を配置する工程と、半導体発光素子を加圧加熱してダイボンディングする工程を行なう製造方法が開示されている（特許文献３を参照）。

また、４００ｎｍ帯の波長のビームを放射する素子を備えた第１の発光素子と、６００ｎｍ帯の波長のレーザを放射する素子および７００帯の波長のレーザを放射する素子との２個の素子を備えた第２の発光素子を上下に積層して、３波長のレーザを放射するようにした半導体発光装置が開示されている（特許文献４を参照）。

特開平０７−２０２３４号公報（特許第３１１０２３６号）特開２００２−８３８２７号公報（特許第３５３８６０２号）特開２００５−９３８０４号公報特開２００５−３２７９０５号公報

特許文献１および特許文献２は何れも、半導体レーザ装置の製造装置において、２個のレーザ・チップにそれぞれ電圧を印加して発光させ、レーザの発光方向と発光点とを求めている。従って、製造ラインが複数の場合には、その数に応じて複数のＦＦＰカメラ、ＮＦＰカメラを含む計測機器を要するが、これらの計測装置の光学機器は精密であるため極めて高価であり、レーザ・チップを使用した半導体レーザ装置の製造コストの増大を招く。また、上記の計測装置は構造が複雑であるためメンテナンスに要する費用も大である。更には特許文献２は、２個のレーザ・チップの一方を微動機構によって移動させているが、特許文献４におけるような積層された２個のレーザ・チップを同時に微動させることは可能であるが、下側のレーザ・チップのみを独立して微動させることはできない。また下側のレーザ・チップを半田溶着してから、その上面で上側のレーザ・チップを微動させることは可能であるが、レーザ・チップ面が摺れることによって摩損を生ずる。

特許文献３のサブマウント構造および製造方法は、特許文献３の図１（ａ）を参照して、サブマウント１に金属電極２の一部としてマーカ５を形成し、レーザ・チップのチップ４の実装に際しては、先ずサブマウント１のマーカ５位置を検出し、その後、サブマウント１の上方でチップ４の出射端面位置を検出し、その端面をマーカ５の位置から所定の距離（Ｄ）だけ離れた位置に来るように移動して、チップ４をサブマウント１に取り付けており、その操作は複雑なものとなっている。そして特許文献３の請求項７には、半導体発光素子の出射端面位置および電流狭窄層を検出する工程を含む半導体レーザ装置の製造方法が記載されているが、実施の形態におけるチップ４の取り付けに際し、上記のように出射端面位置の使用することは説明されているが、電流狭窄層の使用に関しては何等言及されていない。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、２個のレーザ・チップを積層構造または並列構造としてステムのサブマウントに取り付けるに際し、製造ライン内にレーザ・チップを発光させて、発光方向の角度、発光点の位置を計測するための計測装置を設けることなく、２個のレーザ・チップの発光方向と発光点の位置を高精度に設定することができる半導体レーザ装置の製造方法および製造装置を提供することを課題とする。

上記の課題は請求項１、請求項５または請求項９の構成によって解決されるが、その解決手段を説明すれば次に示す如くである。

請求項１の半導体レーザ装置の製造方法は、ステムのサブマウントにレーザ・チップＬＤ₁を下側に配置し、その上へレーザ・チップＬＤ₂を重ねて配置する積層構造の半導体レーザ装置の製造方法であって、ストライプ状電流路ＳＷ₁が近くに存在する方の電極面を上向きとして第１供給ステージに載置されているレーザ・チップＬＤ₁を上方から撮影し、その撮影画像を画像処理して、認識されるストライプ状電流路ＳＷ₁と前面側の劈開面ＣＰ₁とから発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置を求める工程と、発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置に基づいて、レーザ・チップＬＤ₁をステム・ステージへ搬送し、保持されているステムのサブマウントに載置する時の位置が設定基準内に入るように、レーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程と、座標を補正したレーザ・チップＬＤ₁を第１コレットに真空吸着して第１供給ステージからステム・ステージへ搬送して、サブマウントに載置する工程と、ストライプ状電流路ＳＷ₂が近くに存在する方の電極面を下向きとして第２供給ステージに載置されているレーザ・チップＬＤ₂を第２コレットに真空吸着して第２供給ステージからステム・ステージへ搬送する途中において下方から撮影し、その撮影画像を画像処理して、認識されるストライプ状電流路ＳＷ₂と前面側の劈開面ＣＰ₂とから発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置を求める工程と、発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置に基づいて、レーザ・チップＬＤ₁の上へレーザ・チップＬＤ₂が設定基準に適合して載置されるように、サブマウントに載置されている前記レーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程と、第２コレットに吸着されているレーザ・チップＬＤ₂をステム・ステージへ搬送し、レーザ・チップＬＤ₁の上に載置する工程とを含む製造方法である。

このような積層構造の半導体レーザ装置の製造方法は、レーザ・チップＬＤ₁およびレーザ・チップＬＤ₂発光させて、ＦＦＰカメラおよびＮＦＰカメラによってレーザ・チップＬＤ₁についての発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置、およびレーザ・チップＬＤ₂についての発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置を知るための高価な計測装置を製造ライン毎に設けることなく、半導体レーザ装置のレーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂に求められる発光方向の角度の精度、および発光点の位置の精度を充分に満足させる。

請求項２の半導体レーザ装置の製造方法は、第１チップ供給ステージに上向きに載置されているレーザ・チップＬＤ₁を上方から撮影する場合、および第２コレットに真空吸着されている下向きのレーザ・チップＬＤ₂を下方から撮影する場合において、撮影カメラのレンズの光軸と同軸に照明する製造方法である。

このような半導体レーザ装置の製造方法は、カメラによる撮影画像において、レーザ・チップＬＤ₁のストライプ状電流路ＳＷ₁およびレーザ・チップＬＤ₂のストライプ状電流路ＳＷ₂を明瞭に浮かび上がらせて、ストライプ状電流路ＳＷ₁、ストライプ状電流路ＳＷ₂の認識、レーザ・チップＬＤ₁の発光方向とレーザ・チップＬＤ₂の発光方向の決定を容易化させる。

請求項３の半導体レーザ装置の製造方法は、レーザ・チップＬＤ₁、レーザ・チップＬＤ₂、およびサブマウントを必要な部分に半田が塗布されたものとし、抵抗加熱が可能とされたサブマウントによって加熱して、サブマウントに載置されたレーザ・チップＬＤ₁とその上に載置されたレーザ・チップＬＤ₂をサブマウントへ同時に半田溶着させる製造方法である。

このような半導体レーザ装置の製造方法は、サブマウントに載置したレーザ・チップＬＤ₂の上へレーザ・チップＬＤ₂を載置した後、サブマウントによって加熱することにより両チップを同時に半田溶着することができる。

請求項４の半導体レーザ装置の製造方法は、製造された半導体レーザ装置について、オフラインの検査装置によって、レーザ・チップＬＤ₁およびレーザ・チップＬＤ₂を発光させ、ＦＦＰカメラおよびＮＦＰカメラによって、レーザ・チップＬＤ₁についての発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置、およびレーザ・チップＬＤ₂についての発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置を検査し、検査結果が設定基準からズレている場合には、以後に行う第１チップ供給ステージ上のレーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程、および／またはサブマウント上のレーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程において、ズレ分に相当する修正を加える製造方法である。

このような半導体レーザ装置の製造方法は、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂についての発光方向の角度と発光点の位置の計測装置を製造ライン内に持たなくても、レーザ・チップをカメラで撮影して認識されるストライプ状電流路と前面側の劈開面とから取得するレーザ・チップの発光方向の角度と発光点の位置を高い精度に維持することを可能にする。

請求項５の半導体レーザ装置の製造方法は、ステムのサブマウントに、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂とを横に並べて配置する並列構造の半導体レーザ装置の製造方法であって、ストライプ状電流路ＳＷ₁が近くに存在する方の電極面を下向きとして第１チップ供給ステージに載置されているレーザ・チップＬＤ₁を第１コレットに吸着して第１供給ステージからステムを保持するステム・ステージへ搬送する途中において下方から撮影し、その撮影画像を画像処理して、認識されるストライプ状電流路ＳＷ₁と前面側の劈開面ＣＰ₁とから発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置を求める工程と、発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置に基づいて、レーザ・チップＬＤ₁が載置されるステムのサブマウントの座標を補正する工程と、第１コレットに吸着されているレーザ・チップＬＤ₁をステム・ステージへ搬送し、サブマウントに載置する工程と、ストライプ状電流路ＳＷ₂が近くに存在する方の電極面を下向きとして第２チップ供給ステージに載置されているレーザ・チップＬＤ₂を第２コレットに吸着して第２供給ステージからステム・ステージへ搬送する途中において下方から撮影し、その撮影画像を画像処理して、認識されるストライプ状電流路ＳＷ₂と前面側の劈開面ＣＰ₂とから発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置を求める工程と、発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置に基づいて、レーザ・チップＬＤ₁の横へ前記レーザ・チップＬＤ₂が設定基準に適合して載置されるように、サブマウントに載置されているレーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程と、第２コレットに吸着されているレーザ・チップＬＤ₂をステム・ステージへ搬送し、レーザ・チップＬＤ₁の横へ並列に載置する工程とを含む製造方法である。

このような並列構造の半導体レーザ装置の製造方法は、レーザ・チップＬＤ₁およびレーザ・チップＬＤ₂を発光させて、ＦＦＰカメラおよびＮＦＰカメラによってレーザ・チップＬＤ₁についての発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置、およびレーザ・チップＬＤ₂についての発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置を知るための高価な計測装置を各製造ライン内に設けることなく、レーザ・チップの撮影画像によって求める発光方向の角度と発光点の位置を充分に高い精度に維持することを支援する。

請求項６の半導体レーザ装置の製造方法は、第１コレットに真空吸着されている下向きのレーザ・チップＬＤ₁を下方から撮影する場合、および第２コレットに真空吸着されている下向きの前記レーザ・チップＬＤ₂を下方から撮影する場合に、撮影カメラのレンズの光軸と同軸に照明する製造方法である。

請求項７の半導体レーザ装置の製造方法は、レーザ・チップＬＤ₁、レーザ・チップＬＤ₂、およびサブマウントを必要な部分に半田が塗布されたものとし、抵抗加熱が可能とされたサブマウントによって加熱して、サブマウントに並列に載置されたレーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂をサブマウントへ同時に溶着させる製造方法である。

このような半導体レーザ装置の製造方法は、サブマウントに載置したレーザ・チップＬＤ₁の横に並べてレーザ・チップＬＤ₂を載置した後、サブマウントによって加熱することにより両チップを同時に半田溶着することができる。

請求項８の半導体レーザ装置の製造方法は、製造された前記半導体レーザ装置について、オフラインに設けた検査装置によって、レーザ・チップＬＤ₁およびレーザ・チップＬＤ₂を発光させ、ＦＦＰカメラおよびＮＦＰカメラによって、レーザ・チップＬＤ₁についての発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置、およびレーザ・チップＬＤ₂についての発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置を検査し、検査結果が設定基準からズレている場合には、以後に行うステム・ステージ上のサブマウントの座標を補正する工程、および／またはサブマウント上のレーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程において、ズレ分に相当する修正を加える製造方法である。

このような半導体レーザ装置の製造方法は、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂についての発光方向の角度と発光点の位置の計測装置を各製造ライン内に持たなくても、レーザ・チップをカメラで撮影画像から求める発光方向の角度と発光点の位置を高精度に維持することを支援する。

請求項９の半導体レーザ装置の製造装置は、ステムのサブマウントにレーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂を積層構造または並列構造に配置する半導体レーザ装置の製造装置であって、レーザ・チップＬＤ₁の横方向に平行なＸ軸方向への移動と、Ｘ軸方向に直角なＹ軸方向への移動と、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに直角なＺ軸方向の回転軸による回転が可能であり、載置されるレーザ・チップＬＤ₁が上向きの場合には、その撮影画像の画像処理の結果に基づいてレーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する第１チップ供給ステージ、および同様にＸ軸方向への移動と、Ｙ軸方向への移動と、Ｚ軸方向の回転軸による回転が可能であり、載置されるレーザ・チップＬＤ₂が上向きの場合には、その撮影画像の画像処理の結果に基づいてレーザ・チップＬＤ₂の座標を補正する第２チップ供給ステージと、
同様にＸ軸方向への移動と、Ｙ軸方向への移動と、Ｚ軸方向の回転軸による回転が可能であり、保持しているサブマウントにレーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂が載置されるステム・ステージであり、第１チップ供給ステージ上においてレーザ・チップＬＤ₁が下向きの場合、および第２チップ供給ステージ上においてレーザ・チップＬＤ₂が下向きの場合には、それぞれ撮影画像の画像処理の結果に基づいて、ステム・ステージ上のサブマウントの座標、またはサブマウントに載置されたレーザ・チップＬＤ₁の座標を補正するステム・ステージと、
第１チップ供給ステージに載置されているレーザ・チップＬＤ₁を真空吸着してステム・ステージへ搬送しサブマウントに載置する第１コレット、および第２チップ供給ステージに載置されているレーザ・チップＬＤ₂を真空吸着してステム・ステージへ搬送し、載置されているレーザ・チップＬＤ₁と積層または並列させて載置する第２コレットと、
第１チップ供給ステージの直上に配設され、第１チップ供給ステージ上においてレーザ・チップＬＤ₁が上向きである場合に、レーザ・チップＬＤ₁を撮影する第１カメラ、および第２チップ供給ステージの直上に配設され、第２チップ供給ステージ上においてレーザ・チップＬＤ₂が上向きである場合に、レーザ・チップＬＤ₂を撮影する第２カメラと、
第１コレットによる搬送の途中の直下方に配設され、第１チップ供給ステージ上においてレーザ・チップＬＤ₁が下向きである場合に、レーザ・チップＬＤ₁を撮影する第３カメラ、および第２コレットによる搬送の途中の直下方に配設され、第２チップ供給ステージ上においてレーザ・チップＬＤ₂が下向きである場合に、レーザ・チップＬＤ₂を撮影する第４カメラとを含む製造装置である。

このような半導体レーザ装置の製造装置は、積層構造および積層構造の半導体レーザ装置の製造に兼用することが可能であり、レーザ・チップＬＤ₁およびレーザ・チップＬＤ₂発光させて、ＦＦＰカメラおよびＮＦＰカメラによってレーザ・チップＬＤ₁についての発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置、およびレーザ・チップＬＤ₂についての発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置を知るための高価な計測装置を各製造ライン内に設けることなく、半導体レーザ装置のレーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂に求められる発光方向の角度の精度、および発光点の位置の精度を充分に満足させる。

請求項１０の半導体レーザ装置の製造装置は、第１カメラ、第２カメラ、第３カメラ、および第４カメラが、それぞれレンズの光軸と同軸の照明機構を備えた製造装置である。

このような半導体レーザ装置の製造装置は、第１カメラ、第２カメラ、第３カメラ、および第４カメラによってレーザ・チップＬＤ₁、レーザ・チップＬＤ₂を撮影した画像に、レーザ・チップＬＤ₁のストライプ状電流路ＳＷ₁、およびレーザ・チップＬＤ₂のストライプ状電流路ＳＷ₂を明瞭に浮かび上がらせ、ストライプ状電流路ＳＷ₁、ストライプ状電流路ＳＷ₂の認識、レーザ・チップＬＤ₁の発光方向とレーザ・チップＬＤ₂の発光方向の決定を容易化させる。

請求項１１の半導体レーザ装置の製造装置は、ステム・ステージに保持されるステムのサブマウントが抵抗加熱体を内蔵しており、かつ必要な部分に半田が塗布された製造装置である。

このような半導体レーザ装置の製造装置は、必要な部分に半田が塗布されたレーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂を積層構造または並列構造となるようにサブマウントに載置した後、サブマウントによって加熱することにより、両チップを同時に半田溶着することができる。

請求項１２の半導体レーザ装置の製造装置は、製造された前記半導体レーザ装置について、レーザ・チップＬＤ₁およびレーザ・チップＬＤ₂を発光させ、ＦＦＰカメラおよびＮＦＰカメラによってレーザ・チップＬＤ₁の発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置、およびレーザ・チップＬＤ₂についての発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置を検査するための検査装置がオフラインに設けられている製造装置である。

このような半導体レーザ装置の製造装置は、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂についての発光方向の角度と発光点の位置の計測装置を各製造ライン内に持たなくても、レーザ・チップをカメラで撮影画像から求める発光方向の角度と発光点の位置の精度を高いレベルに維持することを可能にする。

請求項１の半導体レーザ装置の製造方法によれば、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂をカメラで撮影し、その撮影画像を画像処理して、認識されるストライプ状電流路および前面側の劈開面に基づいて、それぞれの発光方向の角度と発光点の位置を求め、積層された状態でレーザ・チップＬＤ₁の発光方向の角度と発光点の位置、およびレーザ・チップＬＤ₂の発光方向の角度と発光点の位置とが設定基準内に入るように、第１チップ供給ステージの座標を補正し、ステム・ステージの座標を補正するので、レーザ・チップＬＤ₁およびレーザ・チップＬＤ₂を発光させ、ＦＦＰカメラおよびＮＦＰカメラによって発光方向の角度と発光点の位置を計測する高価な計測装置をインラインに持たずとも、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂とが発光方向の角度と発光点の位置を高い精度でマウントされた積層構造の半導体レーザ装置を製造することが可能である。

請求項２の半導体レーザ装置の製造方法によれば、レーザ・チップＬＤ₁、レーザ・チップＬＤ₂のそれぞれについて、カメラの撮影画像からストライプ状電流路を認識するに際して、カメラのレンズの光軸と同軸の照明光を照射するので、ストライプ状電流路とその両側との屈折率の違いによって、ストライプ状電流路を明瞭に認めることができ、電流路に沿う線分の方向を発光方向とする画像処理を容易化させ、レーザ・チップＬＤ₁、レーザ・チップＬＤ₂それぞれの発光方向、および発光方向と前面側劈開面の方向とから発光点を正確に決定することができる。

請求項３の半導体レーザ装置の製造方法によれば、レーザ・チップＬＤ₁、レーザ・チップＬＤ₂、およびサブマウントを必要な部分に半田が塗布されたものとし、サブマウントに載置されているレーザ・チップＬＤ₁の上へレーザ・チップＬＤ₂を載置した後に、抵抗加熱が可能とされたサブマウントによって加熱して、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂をサブマウントへ同時に半田溶着するので、レーザ・チップＬＤ₁をサブマウントに半田溶着し、その上へレーザ・チップＬＤ₂を載置して半田溶着する場合に生ずるような、レーザ・チップＬＤ₂を半田溶着する時の加熱によってレーザ・チップＬＤ₁の半田溶着が緩み位置ズレするようなトラブルを発生しない。

請求項４の半導体レーザ装置の製造方法によれば、製造される半導体レーザ装置について、オフラインに設けた計測装置によって、レーザ・チップＬＤ₁、レーザ・チップＬＤ₂を発光させ、ＦＦＰカメラおよびＮＦＰカメラによって、レーザ・チップＬＤ₁のレーザ発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置、およびレーザ・チップＬＤ₂の発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置を計測し、設定基準から外れる場合には、以降に行われる第１チップ供給ステージに載置されているレーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程および／またはステム・ステージ上のサブマウントに載置されたレーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程において、必要な修正を加えて、発光方向の角度と発光点の位置の精度を保持するので、各製造ライン内に発光方向の角度と発光点の位置を計測する計測装置を必要とせず、製造コストを抑制することができる。

請求項５の半導体レーザ装置の製造方法によれば、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂をカメラで撮影し、認識されるストライプ状電流路および前面側の劈開面に基づいて発光方向の角度と発光点の位置を求め、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂との発光方向の角度および発光点に位置が設定基準に入るように、ステム・ステージに保持されたステムのサブマウントの座標を補正し、サブマウントに載置されたレーザ・チップＬＤ₁の座標を補正するので、レーザ・チップＬＤ₁およびレーザ・チップＬＤ₂を発光させ、ＦＦＰカメラおよびＮＦＰカメラによって発光方向の角度と発光点の位置を計測する高価な計測装置を各製造ライン内に持たずとも、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂が発光方向の角度と発光点の位置を高い精度でマウントされた積層構造の半導体レーザ装置を製造することが可能である。

請求項６の半導体レーザ装置の製造方法によれば、レーザ・チップＬＤ₁、レーザ・チップＬＤ₂それぞれについてのカメラの撮影画像からストライプ状電流路を認識するに際して、カメラのレンズの光軸と同軸の照明光を照射するので、ストライプ状電流路とその両側との屈折率の違いによって、ストライプ状電流路を明瞭に認めることができ、電流路に沿う線分の方向を発光方向とする画像処理を容易化させ、レーザ・チップＬＤ₁、レーザ・チップＬＤ₂それぞれの発光方向の角度および発光点の位置を正確に決定することができる。

請求項７の半導体レーザ装置の製造方法によれば、レーザ・チップＬＤ₁、レーザ・チップＬＤ₂、およびサブマウントを必要な部分に半田が塗布されたものとし、サブマウントに載置されているレーザ・チップＬＤ₁の横に並べてレーザ・チップＬＤ₂を載置した後に、抵抗加熱が可能とされたサブマウントによって加熱して、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂をサブマウントへ同時に半田溶着するので、レーザ・チップＬＤ₁をサブマウントに半田溶着し、その横にレーザ・チップＬＤ₂を載置して半田溶着する場合に生ずるような、レーザ・チップＬＤ₂を半田溶着する時の加熱によってレーザ・チップＬＤ₁の半田溶着が緩み位置ズレするようなトラブルを発生しない。

請求項８の半導体レーザ装置の製造方法によれば、製造される半導体レーザ装置について、オフラインに設けた検査装置によって、レーザ・チップＬＤ₁、レーザ・チップＬＤ₂を発光させ、ＦＦＰカメラおよびＮＦＰカメラによって、レーザ・チップＬＤ₁のレーザ発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置、およびレーザ・チップＬＤ₂の発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置を検査し、設定基準からズレる場合には、以降に行われるステム・ステージに保持されたステムのサブマウントの座標を補正する工程および／またはサブマウントに載置されたレーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程において、ズレ分に相当する修正を加えて、発光方向の角度と発光点の位置の精度を保持するので、各製造ライン内に高価な計測装置を必要とせず、製造コストを抑制することができる。

請求項９の半導体レーザ装置の製造装置によれば、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップレーザ・チップＬＤ₂をカメラで撮影し、その撮影画像を画像処理して、認識されるストライプ状電流路および前面側の劈開面に基づいて、それぞれの発光方向の角度と発光点の位置を求め、積層構造または並列構造の半導体レーザ装置におけるレーザ・チップＬＤ₁の発光方向の角度と発光点の位置、およびレーザ・チップＬＤ₂の発光方向の角度と発光点の位置とが設定基準内に入るように、必要に応じて第１チップ供給ステージや第２チップ供給ステージ上のレーザ・チップの座標を補正し、ステム・ステージに保持されたステムのサブマウントの座標やサブマウントに載置されたレーザ・チップの座標を補正することができるので、レーザ・チップＬＤ₁およびレーザ・チップＬＤ₂を発光させ、ＦＦＰカメラおよびＮＦＰカメラによって発光方向の角度と発光点の位置を計測する計測装置を各製造ライン内に持たずとも、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂が発光方向の角度と発光点の位置を高い精度でマウントされた積層構造の半導体レーザ装置を製造することが可能である。

請求項１０の半導体レーザ装置の製造装置によれば、レーザ・チップＬＤ₁またはレーザ・チップＬＤ₂を撮影する第1カメラ、第２カメラ、第３カメラ、第４カメラがカメラのレンズの光軸と同軸の照明機構を有しているので、撮影画像では、ストライプ状電流路とその両側方と境界面形状、ないしは屈折率の違いによって、ストライプ状電流路を明瞭に認めることができ、電流路に沿う線分の方向を発光方向とする画像処理を容易化させ、レーザ・チップＬＤ₁、レーザ・チップＬＤ₂それぞれの発光方向、および発光方向と前面側劈開面の方向とから発光点を正確に決定することができる。

請求項１１の半導体レーザ装置の製造装置によれば、ステム・ステージに保持されるステムのサブマウントが抵抗加熱体を内蔵しており、必要な部分に半田が塗布されているので、必要な部分に半田が塗布されているレーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂をサブマウントに載置してから、サブマウントで加熱することにより、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂を同時にサブマウントへ半田溶着することができ、レーザ・チップＬＤ₁を半田溶着した後にレーザ・チップＬＤ₂を加熱して半田溶着する場合のように、レーザ・チップＬＤ₂の加熱によってレーザ・チップＬＤ₁の半田が緩み位置ズレするようなトラブルを発生しない。

請求項１２の半導体レーザ装置の製造装置によれば、製造される半導体レーザ装置について、オフラインに設けた検査装置によって、レーザ・チップＬＤ₁、レーザ・チップＬＤ₂を発光させ、ＦＦＰカメラおよびＮＦＰカメラによって、レーザ・チップＬＤ₁についての発光方向艟₁の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置、およびレーザ・チップＬＤ₂についての発光方向艟₂の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置を検査し、設定基準からズレている場合には、以降に行われる第1チップ供給ステージ、第２チップ供給ステージ上のレーザ・チップの座標を補正する工程、および／またはステム・ステージに保持されたステムのサブマウントの座標を補正する工程、サブマウントに載置されたレーザ・チップの座標を補正する工程に必要な修正を加えて、発光方向の角度と発光点の位置の精度を保持するので、各製造ライン内に発光方向の角度と発光点の位置を計測するための計測装置を必要とせず、製造コストを抑制することができる。

本願発明は、半導体レーザ装置に組み込むレーザ・チップの発光方向の角度と発光点の位置を求めるに際して、従来は製造装置に組み込まれている計測器、すなわち、レーザ・チップを発光させ、ＦＦＰカメラによって発光方向の角度を求めＮＦＰカメラによってと発光点の位置を求める計測器を使用するのではなく、レーザ・チップをカメラで撮影し、その画像を画像処理して、その画像に認められるレーザ・チップのストライプ状電流路と前面側の劈開面とからレーザの発光方向の角度と発光点の位置の情報を求め、その情報に基づいてレーザ・チップを高精度に位置決めするものである。

本発明において使用するレーザ・ダイオードの一例であるＧａＡｓ系のレーザ・ダイオードのチップ、すなわちレーザ・チップＬＤの断面を図１に示した。図１において、レーザ・チップＬＤは半導体基板１０１の上にｎ型クラッド層１０２、光導波層１０３’によって挟持された活性層１０３、ｐ型第１クラッド層１０４、ｎ型電流狭窄層１０５、ｐ型第２クラッド層１０６、ｐ型中間層１０７、ｐ型キャップ層１０８からなり、上面はｐ側金属電極１０９ｐ、下面はｎ側金属電極１０９ｎとなっている。すなわち、レーザ・チップＬＤは活性層１０３の上下を活性層１０３の材料よりもバンドギャップエネルギーが大であり、屈折率が小さい材料からなるｎ型クラッド層１０２とｐ型第１クラッド層１０４およびｐ型第２クラッド層１０６とによって挟持したダブルヘテロ接合構造となっている。そして、両側方をｎ型電流狭窄層１０５によって挟まれたｐ型上部第２クラッド層１０６、ｐ型中間層層１０７、ｐ型キャップ層１０８によるストライプ状電流路ＳＷに電流を集中させて、活性層１０３においてレーザ光を放出させ、レーザ・チップＬＤの両端面である劈開面ＣＰによって形成される共振器で発振させて、前面側の劈開面ＣＰにおける発光点Ｐからレーザ光を出射させるようになっている。

図２はレーザ・チップＬＤの斜視図であり、内部に存在する上記のストライプ状電流路ＳＷおよび発光点Ｐを示す。そして図３は、レーザ・チップＬＤのストライプ状電流路ＳＷが近くに存在するｐ型電極１０８の面を上向きとして、直上方からカメラで撮影した時に得られる画像を模式的に示す図である。本発明においては、図３の画像をパソコンで画像処理し、認識されるストライプ状電流路ＳＷに沿う線分Ｓの方向を発光方向δとし、認識される前面側の劈開面ＣＰに沿う線分Ｃを求め、線分Ｃと線分Ｓとの交点を発光点Ｐとする。

図４は上記の画像処理を行う系におけるレーザ・チップＬＤと、レンズ２０１を備えたカメラ２０２、パソコン２０３、およびモニタ２０４の配置を概念的に示す図である。上述したように、ストライプ状電流路ＳＷが近くに存在するｐ型電極１０８の面を上向きにしているレーザ・チップＬＤは直上方から撮影することにより、断面構造が図１とは異なるレーザ・チップであっても、大抵の場合において、レーザ・チップＬＤ内に存在するストライプ状電流路ＳＷは容易に認識される。上記におけるレンズ２０１とカメラ２０２には、例えば倍率１０倍程度のレンズを備えたＶＧＡ（＝６４０・３２０画素）サイズのＣＣＤカメラを使用することができる。

図５は上記の図４に示したカメラ２０２によるレーザ・チップＬＤに撮影時に、カメラ２０２のレンズ２０１の光軸と同軸に上方から照明する機構の一例を示す図である。図５においては、レンズ２０１の鏡筒２００の側方に複数個の発光ダイオードによるリング状の照明源２０５を取り付けで照明光を鏡筒２００内へ導入し、図示せずとも鏡筒２００内に設けたハーフミラーによって照明光を落射させるようにしたものである。同軸照明を採用すれば、ストライプ状電流路ＳＷと両側方の電流狭窄層１０５等との境界面の形状、屈折率の違い等により、ストライプ状電流路ＳＷを一層明確に認識することが可能になる。これに対し、ストライプ状電流路ＳＷが近くに存在するｐ型電極１０８の面を下向きにしているレーザ・チップＬＤの場合には、直下方から撮影することによって、同様に、ストライプ状電流路ＳＷを容易に認識することができる。劈開面ＣＰは露出しているので認識は極めて容易である。

上記のようにして、２個のレーザ・チップＬＤについて、それぞれの発光方向と発光点の位置を求め、それぞれの発光方向が所定の角度範囲内に入るように、また発光点の位置がＸ軸方向、およびＹ軸方向において所定の範囲内に入るように、２個のレーザ・チップＬＤを半導体レーザ装置のステムのサブマウントに載置した後、例えば半田溶着することにより２個のレーザ・チップＬＤを高い位置精度で取り付けた半導体レーザ装置が得られる。

２個のレーザ・チップＬＤの発光方向を所定の角度範囲内とし、発光点の位置を所定の位置範囲内とする操作を、レーザ・チップＬＤ₁を上向きとしてサブマウントに載置し、そのレーザ・チップＬＤ₁の上へ下向きとしたレーザ・チップＬＤ₂を載置する場合を説明すれば、図３に示した線分Ｃの方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向と直角な線分Ｓの方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに直角なＺ軸方向を回転軸の方向として、Ｘ軸方向に移動させることができるＸテーブルと、Ｙ軸方向に移動させることができるＹテーブルと、Ｚ軸方向のθ回転軸による回転が可能であるθテーブルとが重ねられたものとし、Ｘテーブル、Ｙテーブルを移動させ、θテーブルを回転させることによって、載置されているレーザ・チップＬＤ₁の発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置に基づいて、第１チップ供給ステージのＸテーブル、Ｙテーブルをそれぞれ軸方向へ移動させ、θテーブルを回転軸の回りに回転させて、レーザ・チップＬＤ₁の座標を補正することにより、その後に搬送するステム・ステージのサブマウント上でレーザ・チップＬＤ₁の発光方向を所定の角度とし、発光点Ｐ₁の位置を所定の位置となるように位置決めすることができる。なお、レーザ・チップＬＤ₁を載置した時の向きによって定まる発光方向の角度θ₁ 、レーザ・チップＬＤ₂を載置した時の向きによって定まる発光方向の角度θ₂は後述の図６Ａに示している。

位置決めしたレーザ・チップＬＤ₁は、そのままの状態を保持して、ステムが保持されているステム・ステージの上方へ搬送し、ステムと一体的なサブマウントに載置することにより、レーザ・チップＬＤ₁の発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置を所定の基準通り載置することができる。なお、ステム・ステージも、第１供給ステージと同様に、Ｘテーブルと、Ｙテーブルと、θテーブルとを重ねて構成されたものであり、ＸテーブルをＸ軸方向に移動させ、ＹテーブルをＹ軸方向に移動させ、θテーブルをＺ軸方向のθ回転軸によって回転させて、ステム・ステージに保持されたステムのサブマウントの座標の補正、サブマウントに載置されたレーザ・チップＬＤ₁の座標の補正をすることができるようになっているものである。

下向きのレーザ・チップＬＤ₂はそのｐ型電極１０８の面を下向きにして第２供給ステージに載置するが、その状態ではストライプ状電流路ＳＷ₂の撮影が困難であるから、レーザ・チップＬＤ₂を宙吊りの状態で搬送し、その途中で直下方からカメラで撮影し、その撮影画像を画像処理して認識されるストライプ状電流路ＳＷ₂と劈開面ＣＰ₂とから発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置とを求める。そして、そのままの状態でステム・ステージへ搬送するが、ステム・ステージには既にレーザ・チップＬＤ₁が載置されているので、レーザ・チップの発光方向の角度θ₁とレーザ・チップＬＤ₂の発光方向の角度θ₂が所定の角度範囲内に入るように、またレーザ・チップＬＤ₁の発光点Ｐ₁の位置と、レーザ・チップＬＤ₂の発光点Ｐ₂の位置とが所定の範囲内に入るように、ステム・ステージのＸテーブルをＸ軸方向に移動させ、ＹテーブルをＹ軸方向に移動させ、θテーブルをＺ軸方向のθ回転軸によって回転させて、ステム・ステージ上のレーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する。その後にレーザ・チップＬＤ₁の上へレーザ・チップＬＤ₂を載置する。そして、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂を同時にサブマウントへ半田溶着させることによって積層構造の半導体レーザ装置とすることができる。

そして、上記のようにして製造される半導体レーザ装置において、２個のレーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂それぞれの発光方向の角度および発光点の位置を、オフラインに設けた検査装置で検査し、検査結果が設定基準からズレを生じている場合には、、第１供給ステージに載置されているレーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程、および／またはステム・ステージに載置されているレーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程において、発光方向の角度および発光点の位置が設定基準内に入るように修正を加える。この修正は、製造装置を初めて稼動させた時の直後、または製造装置に何等かの機械的な変更を加えた時の直後のみに行えばよく、それ以後は必要でない。

オフラインに設けられ、製造された半導体レーザ装置に取り付けられている２個のレーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂との発光方向の角度と発光点の位置を検査する検査装置は、それぞれのレーザ・チップＬＤを発光させ、その発光方向を検査するＦＦＰカメラ、発光点の位置を検査するＮＦＰカメラ、パワーメータ、モニタ、パソコン等から構成されるものであり、検査対象の半導体レーザ装置を所定の位置にセットし、Ｙ軸方向のみに移動し得る検査テーブルを備えている。発光方向の角度とＸ軸上の位置はレーザ・チップＬＤを移動させなくても検査し得るが、Ｙ軸上の位置は移動させないと検査できないからである。上記におけるＦＦＰカメラ、ＮＦＰカメラ、パワーメータ等は、特許文献１および特許文献２において、インラインでレーザの発光方向と発光点の位置を計測するために組み込まれているものと同様なものであり、例えば浜松ホトニクス社から市販されているものを使用することができる。

図６Ａは発光方向の角度がθ₁となっているレーザ・チップＬＤ₁と、発光方向の角度がθ₂となっているレーザ・チップＬＤ₂について、ＦＦＰカメラによって捉えられた光強度のパターンをパワーモニタに表示させたものであり、両パターンのズレが発光方向の角度のズレを示す。このズレが設定基準より大である場合には、後述の第１供給ステージ１１に載置されているレーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程および／またはステム・ステージ１３に保持されたステムのサブマウントに載置されているレーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程において修正が加えられる。図６Ｂはレーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂について、ＮＦＰカメラによって捉えられた発光点のＸ軸方向の位置ズレを示す光強度のパターンであり、両パターンの位置ズレがＸ軸方向の位置ズレを示すが、このズレが設定基準より大である場合にも、上記と同様、レーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程および／またはステムのサブマウントに載置されているレーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程において修正が加えられる。Ｙ軸方向の位置ズレについては、ＹテーブルをＹ軸方向へ移動させると、その間の例えばａ、ｂ、ｃの各点においてレーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂はそれぞれの光強度を示すが、図６Ｃにおける実線はａ点における光強度、一点鎖線はｂ点における光強度、二点鎖線はｃ点における光強度であり、図６Ｃではレーザ・チップＬＤ₁、レーザ・チップＬＤ₂共にａ点における光強度が最大であることから、レーザ・チップＬＤ₁、レーザ・チップＬＤ₂はＹ軸上のａ点に存在していることを示す図となっている。勿論、設定基準以上の位置ズレがある場合は、上記と同じ工程において必要な修正が加えられる。

図７は積層構造の半導体レーザ装置を製造する製造装置１０の構成の一例を示す図である。図７において、製造装置１０は左側にレーザ・チップＬＤ₁を載置する第１チップ供給ステージ１１、右側にレーザ・チップＬＤ₂を載置する第２チップ供給ステージ１２が配置されており、中央はレーザ・チップＬＤが載置される前のステム２とサブマウント３を図９に示した状態で保持するステム・ステージ１３となっている。なお、図７では、第１チップ供給ステージ１１、第２チップ供給ステージ１２の何れにもレーザ・チップＬＤ₁、またはレーザ・チップＬＤ₂が１個ずつ載置された状態で示しているが、実際には多数個のレーザ・チップＬＤが２次元に整列して載置されている。そして第１チップ供給ステージ１１の上方には第１カメラ２１、第２チップ供給ステージ１２の上方には第２カメラ２２が配置されている。更に、第２チップ供給ステージ１２とステム・ステージ１３との中間位置の下方には第４カメラ２４が配置され、ステム・ステージ１３の上方には第５カメラ２５が配置されている。またレーザ・チップＬＤ₁を真空吸着して第１チップ供給ステージ１１からステム・ステージ１３へ搬送する第１コレット３１と、その走行路である第１搬送路４１、同じくレーザ・チップＬＤ₂を真空吸着して第２チップ供給ステージ１２からステム・ステージ１３へ搬送する第２コレット３２と、その走行路であるだい２搬送路４２が設けられている。

この製造装置１０を用いて、ステム２のサブマウント３に一方のレーザ・チップＬＤ₁を下側に位置させ、その上に他方のレーザ・チップＬＤ₂を重ねる積層構造の半導体レーザ装置を製造する方法を説明する。このような積層構造は、レーザ・チップＬＤ₁およびレーザ・チップＬＤ₂それぞれのストライプ電流路ＳＷに沿って発光するレーザの発光点Ｐを近接させるためであり、このように近接させた半導体レーザ装置は、例えばＤＶＤドライバーに適用した時に、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂についてレンズ等を共用できるからである。下側にするレーザ・チップＬＤ₁は、図１においてストライプ状電流路ＳＷ₁が近くに存在するｐ側電極１０９ｐの面を上向きとして第１チップ供給ステージ１１に載置され、レーザ・チップＬＤ₂は下向きとして第２チップ供給ステージ１２に載置される。

そして、上記の製造装置１０によって、ステムのサブマウントにレーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂とを重ねて取り付ける積層構造の半導体レーザ装置の製造は、以下に示すようなステップ［Ｌ−１］から［Ｌ−８］までの工程によって行う。

［Ｌ−１］
第１チップ供給ステージ１１において、ストライプ状電流路ＳＷ₁が近くに存在するｐ側電極１０９ｐの面を上向きに載置されているＬＤ₁を直上方の第１カメラ２１で撮影し、ＬＤ₁の全体像が第１カメラ２１の視野内に入るように、第１チップ供給ステージ１１の図示を省略したＸテーブル、Ｙテーブル、および閘テーブルを駆動して、ＬＤ₁を粗く位置決めする。
［Ｌ−２］
上側カメラ２１によるＬＤ₁の撮影画像をパソコンによって画像処理して、認識されるストライプ状電流路ＳＷ₁に沿う線分Ｓ₁を求め、その線分Ｓ₁の方向をレーザ発光方向艟₁とする。また認識される前面側の劈開面ＣＰ₁に沿う線分Ｃ₁を求め、線分Ｃ₁と線分Ｓ₁との交点をＬＤ₁の発光点Ｐ₁とする。このことは上述の図３において説明した通りである。

実際にサイズ（３００μｍ・４００μｍ）のＬＤ₁を倍率１０倍のレンズで撮影し、その撮影画像を画像処理して得られる発光方向の角度は分解能０．０５度での検出が可能であり、発光点Ｐ₁の位置は分解能０．１μｍでの検出が可能であった。レーザ・チップＬＤに求められる発光方向の角度の精度は０．５度以内であり、発光点Ｐの位置の精度は・１μｍ以内であるから、ＬＤ₁についての本発明によって得られるレーザの発光方向の角度θ₁と、発光点Ｐ₁の位置は要求精度を充分に満たしていることになる。

［Ｌ−３］
ＬＤ₁の上記発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置とに基づいて、第１チップ供給ステージ１１のＸテーブルをＸ軸方向に移動させ、ＹテーブルをＹ軸方向に移動させ、閘テーブルをＺ軸方向のθ回転軸によって回転させ、ＬＤ₁をステム・ステージ１３に保持されているサブマウント３へ設定基準に適合して載置し得るように、高精度に位置決めする。
［Ｌ−４］
コレット３１によってＬＤ₁を真空吸着してステム・ステージ１３の上方へ搬送し、ステム・ステージ１３に保持されたステム２のサブマウント３に載置する。そして、直上の第５カメラ２５によってＬＤ₁が所定に位置にあることを確認する。この時点ではＬＤ₁は載置するのみであり、サブマウント３との半田溶着は行わない。この時、搬送距離の精度を高くするためにレーザスケールを併用してもよい。
［Ｌ−５］
第２チップ供給ステージ１２においては、下向きとされているＬＤ₂を第２カメラ２２によって撮影し、ＬＤ₂の全体像が第２カメラ２２の視野内に入るように、第２供給ステージ１２のＸテーブル、Ｙテーブル、および閘テーブルを駆動して、ＬＤ₂を粗く位置決めする。

［Ｌ−６］
コレット３２によってＬＤ₂をピックアップして第４カメラ２４の上方へ搬送し、第４カメラ２４によって撮影して、その撮影画像をパソコンで画像処理し、認識されるＬＤ₂のストライプ状電流路ＳＷ₂に沿う線分Ｓ₂を求め、その線分Ｓ₂の方向をレーザ発光方向とし、認識されるＬＤ₂の前面側の劈開面ＣＰ₂に沿う線分Ｃ₂を求め、その線分Ｃ₂と線分Ｓ₂との交点をＬＤ₂の発光点Ｐ₂として、レーザ発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置を求める。
［Ｌ−７］
ＬＤ₂の上記レーザ発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置に基づいて、ＬＤ₁の上へＬＤ₂を設定基準に適合して載置し得るように、ＬＤ₁がサブマウントに載置されているステム・ステージ１３のＸテーブルをＸ軸方向に移動させ、ＹテーブルをＹ軸方向に移動させ、閘テーブルをＺ軸方向のθ回転軸によって回転させて、ＬＤ₁の座標を補正する。

［Ｌ−８］
コレット３２に吸着されているＬＤ₂をステム・ステージ１３の上方へ搬送し下降させて、サブマウント３に載置されているＬＤ₁の上へＬＤ₂を重ねて載置し、直上方の第５カメラ２５によってＬＤ₂が所定に位置にあることを確認する。続いて、コレット３２によってＬＤ₂を押圧した状態で加熱して、ＬＤ₁とＬＤ₂とを同時にサブマウント３に半田溶着させて半導体レーザ装置とする。

製造された積層構造の半導体レーザ装置はオフラインに設けた検査装置によってＬＤ₁とＬＤ₂を発光させて、それらの位置を検査する。すなわち、ＦＦＰカメラによって、ＬＤ₁のレーザの発光方向の角度θ₁とＬＤ₂のレーザの発光方向の角度θ₂を求め、ＮＦＰカメラによって、ＬＤ₁のレーザの発光点Ｐ₁についてのＸ軸方向とＹ軸方向の位置、およびＬＤ₂のレーザの発光点Ｐ₂についてのＸ軸方向とＹ軸方向の位置を求める。そして、それぞれの発光方向および発光点の位置が設定基準からズレている場合には、以降に行う製造プロセスのステップ［Ｌ−３］および／またはステップ［Ｌ−７］において、ズレ分に相当する修正を加えて補正する。この補正は、前述したように、製造装置の稼動当初の直後、または製造装置にメカニカルな変更を加えた時の直後に行えばよく、それ以後は必要としないので、製造ラインが複数あっても、ＦＦＰカメラ、ＮＦＰカメラ、パワーメータ等からなる検査装置は１セットで用を達する。

レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂をサブマウント３上に横に並べて並列構造の半導体レーザ装置を製造する場合には、サブマウント３にＬＤ₁とＬＤ₂を下向きとし横に並べて取り付けるので、図７とほぼ同様に構成された図８に示す製造装置２０を使用し、ＬＤ₁、ＬＤ₂は共に真空吸着コレットに吸着された宙吊りの状態で第３カメラ２３、第４カメラ２４で撮影し、撮影画像をそれぞれ画像処理して、それらの発光方向の角度と発光点の位置を求める。

そして、上記の製造装置２０によって並列構造の半導体レーザ装置の製造は以下に示すようなステップ［Ｐ−１］から［Ｐ−８］までの工程によって行う。

［Ｐ−１］
第１チップ供給ステージ１１において下向きに載置されているＬＤ₁を第１カ直上方の第１カメラ２１によって撮影し、ＬＤ₁の全体像が第１カメラ２１の視野内に入るように、第１供給ステージ１１のＸテーブル、Ｙテーブル、および閘テーブルを駆動してＬＤ₁を粗く位置決めする。
［Ｐ−２］
コレット３１によってＬＤ₁をピックアップして第３カメラ２３の直上方へ搬送し、第３カメラ２３によって撮影して、その撮影画像をパソコンで画像処理し、認識されるＬＤ₁のストライプ状電流路ＳＷ₁に沿う線分Ｓ₁を求めて、その線分Ｓ₁の方向をレーザの発光方向艟₁とし、認識されるＬＤ₁の前面側の劈開面ＣＰ₁に沿う線分Ｃ₁を求め、その線分Ｃ₁と線分Ｓ₁との交点をＬＤ₁の発光点Ｐ₁として、レーザの発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置を求める。

［Ｐ−３］
ＬＤ₁の上記レーザ発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置に基づいて、ＬＤ₁をステム・ステージ１３に保持されているサブマウント３へ設定基準に適合して載置し得るように、ステム・ステージ１３のＸテーブルをＸ軸方向に移動させ、ＹテーブルをＹ軸方向に移動させ、閘テーブルをＺ軸方向のθ回転軸によって回転させて、ステム・ステージ１３に保持されているサブマウント３の座標を補正する。
［Ｐ−４］
コレット３１に吸着されているＬＤ₁をステム・ステージ１３の上方へ搬送し下降させて、サブマウント３に載置し、直上方の第５カメラ２５によってＬＤ₁が所定に位置にあることを確認する。
［Ｐ−５］
第２チップ供給ステージ１２において下向きに載置されているＬＤ₂を上側カメラ２２によって撮影し、ＬＤ₂の全体像が上側カメラ２２の視野内に入るように、第２供給ステージのＸテーブル、Ｙテーブル、および閘テーブルを駆動してＬＤ₂を粗く位置決めする。

［Ｐ−６］
コレット３２によってＬＤ₂をピックアップして第４カメラ２４の直上方へ搬送し、第４カメラ２４によって撮影して、その撮影画像をパソコンで画像処理する。認識されるＬＤ₂のストライプ状電流路ＳＷ₂に沿う線分Ｓ₂を求めて、その線分Ｓ₂の方向をレーザの発光方向とし、認識される前面側の劈開面ＣＰ₂に沿う線分Ｃ₂を求め、その線分Ｃ₂と線分Ｓ₂との交点をＬＤ₂の発光点Ｐ₂として、レーザの発光方向の角度θ₂と発光点の位置を求める。
［Ｐ−７］
ＬＤ₂の上記レーザの発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置に基づいて、ＬＤ₁の横へＬＤ₂を設定基準に適合して載置し得るように、ＬＤ₁が載置されているステム・ステージ１３のＸテーブルをＸ軸方向に移動させ、ＹテーブルをＹ軸方向に移動させ、閘テーブルをＺ軸方向のθ回転軸の回りに回転させて、ステム・ステージ１３上のサブマウント３に載置されているＬＤ₁の座標を補正する。

［Ｐ−８］
コレット３２に吸着されているＬＤ₂をステム・ステージ１３の上方へ搬送し下降させて、サブマウント３に載置されているＬＤ₁の上へＬＤ₂を重ねて載置し、第５カメラ２５によってＬＤ₂が所定に位置にあることを確認する。続いて、コレット３２によってＬＤ₂を押圧した状態で加熱して、ＬＤ₁とＬＤ₂とを同時にサブマウント３に半田溶着して半導体レーザ装置とする。

製造された半導体レーザ装置をオフラインに設けた検査装置によってＬＤ₁とＬＤ₂を発光させて、それらの発光方向と発光点の位置を検査し、設定基準からのズレがある場合には、ステップ［Ｐ−３］および／またはステップ［Ｐ−７］の工程において、ズレに相当する修正を加えることは、実施例１の場合と同様である。

以上、本発明の半導体レーザ装置の製造方法および製造装置を実施例によって説明したが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば本実施例においては、図１に示した断面構造のストライプ状電流路を有するレーザ・チップＬＤを使用する場合について説明したが、ストライプ状電流路が近くに存在する電極面の方から撮影し、その撮影画像にストライプ状電流路を認識し得る限りにおいて、レーザ・チップＬＤのストライプ状電流路ＳＷの断面構造はどのようなものであっても本発明を適用することができる。そして、図１に示すように、ストライプ状電流路の断面は溝形状に形成されたものが多いが、金属電極が狭幅の帯状に形成されたレーザ・チップＬＤであってもよく、また表面に突条に形成されたストライプ状電流路を有するレーザ・チップＬＤであってもよい。

また本実施例においては、それぞれ単体のレーザ・チップによって積層構造の半導体レーザ装置、または並列構造の半導体レーザ装置を製造する場合を説明したが、予め積層された２個のレーザ・チップＬＤと単体のレーザ・チップとを並列に載置した構造の半導体レーザ装置、予め積層された２個のレーザ・チップを並列に載置した構造の半導体レーザ装置を製造する場合にも、本発明を適用することができる。

本発明で使用するレーザ・チップの一例の断面図である。同レーザ・チップの斜視図である。同レーザ・チップをｐ型電極の面の直上方から撮影した時の撮影画像を模式的に示す図である。同レーザ・チップの撮影画像を画像処理する系を概念的に示す図である。同レーザ・チップの撮影時における同軸照明の一例を示す図である。製造された半導体レーザ装置の検査装置による２個のレーザ・チップについての発光方向の角度と発光点の位置との検査時にパワーモニタに示される光強度のパターンを示す図であり、図６Ａは発光方向、図６Ｂは発光点のＸ軸上の位置、図６Ｃは発光点のＹ軸上の位置についての検査時におけるパターンの例示である。積層構造の半導体レーザ装置を製造する製造装置の構成の一例を示す図である。並列構造の半導体レーザ装置を製造する製造装置の構成の一例を示す図である。１個のレーザ・チップがステムのサブマウントにボンディングされている従来の半導体レーザ装置の内部を示す斜視図である。２個のレーザ・チップがステムのサブマウントにボンディングされている近年の半導体レーザ装置の内部を示す斜視図であり、図１０Ａは積層構造の半導体レーザ装置、図１０Ｂは並列構造の半導体レーザ装置である。

符号の説明

２・・・ステム、３・・・サブマウント、１０・・・製造装置、
１１・・・第１チップ供給ステージ、１２・・・第２チップ供給ステージ、
１３・・・ステム・ステージ、２０・・・製造装置、２１・・・第１カメラ
２２・・・第２カメラ、２３・・・第３カメラ、２４・・・第４カメラ、
２５・・・第５カメラ、３１・・・第１コレット、３２・・・第２コレット、
４１・・・第１搬走路、４２・・・第２搬走路、５１・・・カメラ、
５２・・・鏡筒、５３・・・レンズ、５４・・・照明源、
５５・・・パソコン、５６・・・モニタ、１０１・・・半導体基板、
１０２・・・ｎ型クラッド層、１０３・・・活性層、
１０４・・・ｐ型第１クラッド層、１０５・・・ｎ型電流狭窄層、
１０６・・・ｐ型第２クラッド層、１０７・・・ｐ型中間層、
１０８・・・ｐ型キャップ層、１０９ｐ・・・ｐ側電極、１０９ｎ・・・ｎ側電極、
ＣＰ・・・前面側の劈開面、ＬＤ・・・レーザ・チップ、Ｐ・・・発光点、
ＳＷ・・・ストライプ状電流路．

Claims

ステムのサブマウントにレーザ・チップＬＤ₁を下側に配置し、その上へレーザ・チップＬＤ₂を重ねて配置する積層構造の半導体レーザ装置の製造方法であって、
ストライプ状電流路ＳＷ₁が近くに存在する方の電極面を上向きとして第１供給ステージに載置されている前記レーザ・チップＬＤ₁を上方から撮影し、その撮影画像を画像処理して、認識される前記ストライプ状電流路ＳＷ₁と前面側の劈開面ＣＰ₁とから発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置を求める工程と、
前記発光方向の角度θ₁と前記発光点Ｐ₁の位置に基づいて、前記レーザ・チップＬＤ₁をステム・ステージへ搬送し、保持されている前記ステムのサブマウントに載置する時の位置が設定基準内に入るように、前記レーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程と、
座標を補正した前記レーザ・チップＬＤ₁を第１コレットに真空吸着して前記第１供給ステージから前記ステム・ステージへ搬送して、前記サブマウントに載置する工程と、
ストライプ状電流路ＳＷ₂が近くに存在する方の電極面を下向きとして第２供給ステージに載置されている前記レーザ・チップＬＤ₂を第２コレットに真空吸着して前記第２供給ステージから前記ステム・ステージへ搬送する途中において下方から撮影し、その撮影画像を画像処理して、認識される前記ストライプ状電流路ＳＷ₂と前面側の劈開面ＣＰ₂とから発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置を求める工程と、
前記発光方向の角度θ₂と前記発光点Ｐ₂の位置に基づいて、前記レーザ・チップＬＤ₁の上へ前記レーザ・チップＬＤ₂が前記設定基準に適合して載置されるように、前記サブマウントに載置されている前記レーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程と、
前記第２コレットに吸着されている前記レーザ・チップＬＤ₂を前記ステム・ステージへ搬送し、前記レーザ・チップＬＤ₁の上に載置する工程
とを含むことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
前記第１チップ供給ステージに上向きに載置されている前記レーザ・チップＬＤ₁を上方から撮影する場合、および前記第２コレットに真空吸着されている下向きの前記レーザ・チップＬＤ₂を下方から撮影する場合において、撮影カメラのレンズの光軸と同軸に照明することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
前記レーザ・チップＬＤ₁、前記レーザ・チップＬＤ₂、および前記サブマウントを必要な部分に半田が塗布されたものとし、抵抗加熱が可能とされた前記サブマウントによって加熱して、前記サブマウントに載置された前記レーザ・チップＬＤ₁とその上に載置された前記レーザ・チップＬＤ₂を前記サブマウントへ同時に溶着させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
製造された前記半導体レーザ装置について、オフラインの検査装置によって、前記レーザ・チップＬＤ₁および前記レーザ・チップＬＤ₂を発光させ、遠視野像（ＦＦＰ）カメラおよび近視野像（ＮＦＰ）カメラによって、前記レーザ・チップＬＤ₁についての前記発光方向の角度θ₁と前記発光点Ｐ₁の位置、および前記レーザ・チップＬＤ₂についての前記発光方向の角度θ₂と前記発光点Ｐ₂の位置を検査し、検査結果が前記設定基準からズレている場合に、以降に行う前記第１チップ供給ステージ上の前記レーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程、および／または前記サブマウント上の前記レーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程において、前記ズレ分に相当する修正を加えることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
ステムのサブマウントに、レーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂とを横に並べて配置する並列構造の半導体レーザ装置の製造方法であって、
ストライプ状電流路ＳＷ₁が近くに存在する方の電極面を下向きとして第１チップ供給ステージに載置されている前記レーザ・チップＬＤ₁を第１コレットに吸着して前記第１供給ステージから前記ステムを保持する前記ステム・ステージへ搬送する途中において下方から撮影し、その撮影画像を画像処理して、認識される前記ストライプ状電流路ＳＷ₁と前面側の劈開面ＣＰ₁とから発光方向の角度θ₁と発光点Ｐ₁の位置を求める工程と、
前記発光方向の角度θ₁と前記発光点Ｐ₁の位置に基づいて、前記レーザ・チップＬＤ₁ が載置される前記ステムのサブマウントの座標を補正する工程と、
前記第１コレットに吸着されている前記レーザ・チップＬＤ₁を前記ステム・ステージへ搬送し、前記サブマウントに載置する工程と、
ストライプ状電流路ＳＷ₂が近くに存在する方の電極面を下向きとして第２チップ供給ステージに載置されている前記レーザ・チップＬＤ₂を、第２コレットに吸着して前記第２供給ステージから前記ステム・ステージへ搬送する途中において下方から撮影し、その撮影画像を画像処理して、認識される前記ストライプ状電流路ＳＷ₂と前面側の劈開面ＣＰ₂とから発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置を求める工程と、
前記発光方向の角度θ₂と前記発光点Ｐ₂の位置に基づいて、前記レーザ・チップＬＤ₁の横へ前記レーザ・チップＬＤ₂が設定基準に適合して載置されるように、前記サブマウントに載置されている前記レーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程と、
前記第２コレットに吸着されている前記レーザ・チップＬＤ₂を前記ステム・ステージへ搬送し、前記レーザ・チップＬＤ₁の横へ並列に載置する工程
とを含むことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
前記第１コレットに真空吸着されている下向きの前記レーザ・チップＬＤ₁を下方から撮影する場合、および前記第２コレットに真空吸着されている下向きの前記レーザ・チップＬＤ₂を下方から撮影する場合に、撮影カメラのレンズの光軸と同軸に照明することを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
前記レーザ・チップＬＤ₁、前記レーザ・チップＬＤ₂、および前記サブマウントを必要な部分に半田が塗布されたものとし、抵抗加熱が可能とされた前記サブマウントによって加熱して、前記サブマウントに並列に載置された前記レーザ・チップＬＤ₁と前記レーザ・チップＬＤ₂を前記サブマウントへ同時に溶着させることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
製造された前記半導体レーザ装置について、オフラインに設けた検査装置によって、前記レーザ・チップＬＤ₁および前記レーザ・チップＬＤ₂を発光させ、遠視野像（ＦＦＰ）カメラおよび近視野像（ＮＦＰ）カメラによって、前記レーザ・チップＬＤ₁についての前記発光方向の角度θ₁と前記発光点Ｐ₁の位置、および前記レーザ・チップＬＤ₂についての前記発光方向の角度θ₂と前記発光点Ｐ₂の位置を検査し、検査結果が前記設定基準からズレでいる場合に、以降に行う前記ステム・ステージ上の前記サブマウントの座標を補正する工程、および／または前記サブマウント上の前記レーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する工程において、前記ズレ分に相当する修正を加えることを特徴とする請求項５から請求項７までの何れかに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
ステムのサブマウントにレーザ・チップＬＤ₁とレーザ・チップＬＤ₂を積層構造または並列構造に配置する半導体レーザ装置の製造装置であって、
前記レーザ・チップＬＤ₁の横方向に平行なＸ軸方向への移動と、前記Ｘ軸方向に直角なＹ軸方向への移動と、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とに直角なＺ軸方向の回転軸による回転が可能であり、載置される前記レーザ・チップＬＤ₁が上向きの場合には、その撮影画像の画像処理の結果に基づいて前記レーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する第１チップ供給ステージ、および同様に前記Ｘ軸方向への移動と、前記Ｙ軸方向への移動と、前記Ｚ軸方向の回転軸による回転が可能であり、載置される前記レーザ・チップＬＤ₂が上向きの場合には、その撮影画像の画像処理の結果に基づいて前記レーザ・チップＬＤ₂の座標を補正する第２チップ供給ステージと、
同様に前記Ｘ軸方向への移動と、前記Ｙ軸方向への移動と、前記Ｚ軸方向の回転軸による回転が可能であり、保持している前記サブマウントに前記レーザ・チップＬＤ₁と前記レーザ・チップＬＤ₂が載置されるステム・ステージであり、前記第１チップ供給ステージ上において前記レーザ・チップＬＤ₁が下向きの場合、および前記第２チップ供給ステージ上において前記レーザ・チップＬＤ₂が下向きの場合には、それぞれ撮影画像の画像処理の結果に基づいて、前記ステム・ステージ上の前記サブマウントの座標、または前記サブマウントに載置された前記レーザ・チップＬＤ₁の座標を補正する前記ステム・ステージと、
前記第１チップ供給ステージに載置されている前記レーザ・チップＬＤ₁を真空吸着して前記ステム・ステージへ搬送し前記サブマウントに載置する第１コレット、および前記第２チップ供給ステージに載置されている前記レーザ・チップＬＤ₂を真空吸着して前記ステム・ステージへ搬送し、載置されている前記レーザ・チップＬＤ₁と積層または並列させて載置する第２コレットと、
前記第１チップ供給ステージの直上に配設され、前記第１チップ供給ステージ上において前記レーザ・チップＬＤ₁が上向きである場合に、前記レーザ・チップＬＤ₁を撮影する第１カメラ、および前記第２チップ供給ステージの直上に配設され、前記第２チップ供給ステージ上において前記レーザ・チップＬＤ₂が上向きである場合に、前記レーザ・チップＬＤ₂を撮影する第２カメラと、
前記第１コレットによる搬送の途中の直下方に配設され、前記第１チップ供給ステージ上において前記レーザ・チップＬＤ₁が下向きである場合に、前記レーザ・チップＬＤ₁を撮影する第３カメラ、および前記第２コレットによる搬送の途中の直下方に配設され、前記第２チップ供給ステージ上において前記レーザ・チップＬＤ₂が下向きである場合に、前記レーザ・チップＬＤ₂を撮影する第４カメラとを含むことを特徴とする半導体レーザ装置の製造装置。
前記第１カメラ、第２カメラ、第３カメラ、および第４カメラが、それぞれレンズの光軸と同軸の照明機構を備えたものであることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ装置の製造装置。
前記ステム・ステージに保持される前記ステムのサブマウントが、抵抗加熱体を内蔵しており、かつ必要な部分に半田が塗布されたものであることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の半導体レーザ装置の製造装置。
製造された前記半導体レーザ装置について、前記レーザ・チップＬＤ₁および前記レーザ・チップＬＤ₂を発光させ、遠視野像（ＦＦＰ）カメラおよび近視野像（ＮＦＰ）カメラによって前記レーザ・チップＬＤ₁の発光方向の角度θ₁と記発光点Ｐ₁の位置、および前記レーザ・チップＬＤ₂についての発光方向の角度θ₂と発光点Ｐ₂の位置を検査するための検査装置がオフラインに設けられていることを特徴とする請求項９から請求項１１までの何れかに記載の半導体レーザ装置の製造装置。