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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-23
(45)【発行日】2024-05-31
(54)【発明の名称】半導体レーザ装置を製造する方法および半導体レーザ装置
(51)【国際特許分類】
H01S 5/0236 20210101AFI20240524BHJP
H01S 5/02335 20210101ALI20240524BHJP
H01S 5/0234 20210101ALI20240524BHJP
H01S 5/024 20060101ALI20240524BHJP
H01S 5/40 20060101ALI20240524BHJP
H01S 5/042 20060101ALI20240524BHJP
【ＦＩ】
H01S5/0236
H01S5/02335
H01S5/0234
H01S5/024
H01S5/40
H01S5/042 610
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2022565646
(86)(22)【出願日】2021-04-20
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-06-08
(86)【国際出願番号】 EP2021060234
(87)【国際公開番号】W WO2021219441
(87)【国際公開日】2021-11-04
【審査請求日】2022-10-26
(31)【優先権主張番号】102020111394.3
(32)【優先日】2020-04-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】599133716
【氏名又は名称】エイエムエス－オスラム インターナショナル ゲーエムベーハー
【氏名又は名称原語表記】ａｍｓ－ＯＳＲＡＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｌｅｉｂｎｉｚｓｔｒａｓｓｅ ４， Ｄ－９３０５５ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100134315
【弁理士】
【氏名又は名称】永島 秀郎
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】マークス ホアン
(72)【発明者】
【氏名】イェアク エーリヒ ゾアク
(72)【発明者】
【氏名】ハラルト ケーニヒ
【審査官】右田 昌士
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１７／０９８６８９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１１－１６５７０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－２５６６４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２５６６９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】独国特許出願公開第１０２００９０４７７９１（ＤＥ，Ａ１）
【文献】特開２００９－０７６７３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１５４０７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０９６０６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２８１４８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０９６５１７５１（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体レーザ装置（１）を製造する方法であって、前記方法は、次のステップ、すなわち、ａ）第１中間支持体（３１）に第１レーザダイオードチップ（２１）を配置するステップと、
ｂ）第２中間支持体（３２）に第２レーザダイオードチップ（２２）を配置するステップと、
ｃ）前記第２中間支持体（３２）と共に前記第２レーザダイオードチップ（２２）を前記第１中間支持体（３１）に配置するステップであって、前記第２レーザダイオードチップ（２２）だけが、前記第２中間支持体（３２）と前記第１中間支持体（３１）との間に配置されるように、前記第２レーザダイオードチップ（２２）の、前記第２中間支持体（３２）が配置されていない面を前記第１中間支持体（３１）に配置するステップとを有し、
前記第１中間支持体（３１）に前記第１レーザダイオードチップ（２１）を、前記第２中間支持体（３２）に前記第２レーザダイオードチップ（２２）をそれぞれ接合層（５）によって固定し、
ステップｂ）の後かつステップｃ）の前にテストで、前記第２中間支持体（３２）に配置された状態で前記第２レーザダイオードチップ（２２）を作動させ、かつ／または
ステップａ）の後かつステップｃ）の前にテストで、前記第１中間支持体（３１）に配置された状態で前記第１レーザダイオードチップ（２１）を作動させることにより、ステップｃ）において、機能しない、前記第１レーザダイオードチップ（２１）または前記第２レーザダイオードチップ（２２）を配置した前記第１中間支持体（３１）または前記第２中間支持体（３２）を用いないようにした、半導体レーザ装置（１）を製造する方法。
【請求項2】
前記第１レーザダイオードチップ（２１）および前記第２レーザダイオードチップ（２２）はそれぞれ、ビーム生成のために設けられている活性領域（４０）を備えた半導体基体（４５）と基板（４９）とを有し、ステップａ）において、前記第１レーザダイオードチップの前記半導体基体の、前記第１中間支持体（３１）とは反対側を向いた面に前記第１レーザダイオードチップの前記基板を配置し、ステップｂ）において、前記第２レーザダイオードチップの前記半導体基体の、前記第２中間支持体（３２）側を向いた面に前記第２レーザダイオードチップの前記基板を配置する、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、半導体レーザ装置を製造する方法および半導体レーザ装置に関する。
【0002】
さまざまな応用に対し、特にさまざまなスペクトル領域において発光する複数のエミッタが、小さな間隔で並んで配置されているレーザ光源が求められている。一般に個々のエミッタの故障は、装置全体が利用できなくなってしまうことにつながり、これにより、最終的にはそれ自体は機能し得るエミッタも利用できないことによってしまう。
【0003】
１つの課題は、簡単であり、コスト的に有利であり、かつ信頼性の高い、複数のエミッタを有するレーザ構成部材の製造を示すことである。
【0004】
この課題は、とりわけ、独立請求項に記載された方法および半導体レーザ装置によって解決される。別の実施形態および利点は、従属する特許請求項の対象である。
【0005】
ここでは、半導体レーザ装置を製造する方法が示される。
【0006】
この方法の少なくとも１つの実施形態によると、この方法は、第１中間支持体に第１レーザダイオードチップを配置するステップを有する。例えば、接合層、例えばはんだ層により、中間支持体に直接に第１レーザダイオードチップを固定する。好適には、第１レーザダイオードチップと第１中間支持体との間には接合層だけが配置されている。
【0007】
第１レーザダイオードチップは、例えば、ビーム生成のために設けられている活性領域を備えた半導体基体と基板とを有する。半導体基体は、例えば、特に、活性領域を備えかつエピタキシャル成膜された半導体積層体を有する。基板は、半導体基体の半導体層を成膜するための成長基板であってよいか、または成長基板とは異なる基板であってよい。基板は、半導体基体の機械的な安定化に使用され、好適には、半導体基体よりも大きな厚さ、すなわち半導体基体の半導体層の主延在面に対して垂直方向により大きな寸法を有し、例えば、少なくとも２倍または少なくとも５倍大きな厚さを有する。特に、基板は、最大の厚さを有する第１レーザダイオードチップの要素である。
【0008】
第１中間支持体（サブマウントとも称される）は、特に、レーザダイオードチップの動作時に発生する損失熱の排熱または熱拡散に使用される。好適には、第１中間支持体は、高い熱伝導率を有する、例えば、少なくとも１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する材料によって形成されている。例えば、第１中間支持体は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＣｕＷを含有する。別の材料、例えば、モリブデンまたはダイヤモンドライクカーボン（diamond like carbon、ＤＬＣ）も使用可能である。第１中間支持体は、導電性または電気絶縁性であってよい。例えば、第１中間支持体の取付面には、互いに電気絶縁された電気端子面が形成されている。第１中間支持体は、多層型であってもよい。例えば、第１中間支持体は、１つまたは複数の電気端子面と、残りの、例えば、第１中間支持体の導電性部分とを電気的に切り離すための絶縁層を有する。
【0009】
例えば、第１レーザダイオードチップは、活性領域を有する半導体基体が、基板の、第１中間支持体側を向いた面に配置されるように第１中間支持体に固定される。したがって、基板は、活性領域と第１中間支持体との間に配置されておらず、これにより、比較的熱伝導率の低い基板では、半導体基体から効率的な排熱を行うことができる。
【0010】
この方法の少なくとも１つの実施形態によると、この方法は、第２中間支持体に第２レーザダイオードチップを配置するステップを有する。例えば、接合層、例えばはんだ層により、第２中間支持体に直接に第２レーザダイオードチップを固定する。好適には、第２レーザダイオードチップと第２中間支持体との間には接合層だけが配置されている。
【0011】
第１レーザダイオードチップに関連して説明したように、第２レーザダイオードチップは、ビーム生成のために設けられている活性領域を備えた半導体基体と基板とを有していてよい。しかしながら、好適には第１レーザダイオードチップの活性領域および第２レーザダイオードチップの活性領域は、特に互いに異なるスペクトル領域において、互いに異なるピーク波長を有するビームを生成するために構成されている。さらに活性領域は、互いに異なる材料組成を有し、使用される材料系が互いに異なっていてもよい。
【0012】
第２中間支持体は、その構造が、第１中間支持体に関連して説明した１つまたは複数の特徴的構成を有していてよい。
【0013】
第２レーザダイオードチップは、活性領域を有する半導体基体が、基板の、第２中間支持体とは反対側を向いた面に配置されるように第２中間支持体に配置可能である。
【0014】
この方法の少なくとも１つの実施形態によると、この方法は、第２中間支持体と共に第２レーザダイオードチップを第１中間支持体に配置し、特に、例えば接合層を用いてこれに固定するステップを有する。好適には、第２レーザダイオードチップと第１中間支持体との間には接合層だけが配置されている。
【0015】
第１中間支持体に第２レーザダイオードチップを配置する際には、好適には、第２レーザダイオードチップの、第１中間支持体とは反対側を向いた面に第２中間支持体を配置する。したがって、半導体レーザ装置の側面図で見て、垂直方向に、すなわち、第１中間支持体と第２中間支持体との間で第１中間支持体の取付面に対して垂直方向に第２レーザダイオードチップを配置する。
【0016】
製造対象の半導体レーザ装置は、２つよりも多くのレーザダイオードチップを有していてもよい。好適には、中間支持体の個数は、製造対象の半導体レーザ装置に設けられるレーザダイオードチップの個数に対応する。
【0017】
この方法の少なくとも１つの実施形態では、第１中間支持体に第１レーザダイオードチップを配置する。第２中間支持体に第２レーザダイオードチップを配置する。第２中間支持体と共に第２レーザダイオードチップを第１中間支持体に配置し、この際に第２レーザダイオードチップの、第１中間支持体とは反対側を向いた面に第２中間支持体を配置する。特に、第１中間支持体に第１レーザダイオードチップを、第２中間支持体に第２レーザダイオードチップをそれぞれ接合層によって固定する。
【0018】
したがって、第１中間支持体に第２レーザダイオードチップを取り付ける際には、第２レーザダイオードチップはすでに第２中間支持体に配置されている。第１中間支持体は、第１レーザダイオードチップおよび第２レーザダイオードチップ用の共通の中間支持体として使用される。半導体レーザ装置の動作時には、第１レーザダイオードチップおよび第２レーザダイオードチップの生成する損失熱は、第１中間支持体を介して排出可能である。
【0019】
この方法の少なくとも１つの実施形態によると、中間支持体に第２レーザダイオードチップを配置した後、かつ特に第１中間支持体に第２レーザダイオードチップを配置する前に、テストで第２レーザダイオードチップを作動させる。
【0020】
したがって、この時点では第２レーザダイオードチップはすでに、第２中間支持体に配置されているため、特に、このような中間支持体のないレーザダイオードチップをテストする場合に比べて、高い光学的負荷でテストを実行することできる。これにより、第２レーザダイオードチップのテストの説得力が向上する。第２レーザダイオードチップのテストが成功した場合、第２中間支持体と共に第２レーザダイオードチップを第１中間支持体に固定することができる。これに対し、テストが成功せずに経過した場合、比較的に早期の方法段階に第２レーザダイオードチップを置き換えることができる。したがって第１中間支持体には、あらかじめ定められた光学特性および／またはオプトエレクトロニクス特性を有する第２レーザダイオードチップだけが装着される。
【0021】
この方法の少なくとも１つの実施形態によると、第１中間支持体に第１レーザダイオードチップを配置した後、かつ第１中間支持体に第２レーザダイオードチップを配置する前にテストで第１レーザダイオードチップを作動させる。
【0022】
したがって、第１中間支持体に第２レーザダイオードチップを固定する前に、テスト目的で第１レーザダイオードチップを作動させることができる。これにより、第１レーザダイオードチップが、あらかじめ定められた光学特性および／またはオプトエレクトロニクス特性を有する場合にのみ、第１中間支持体に第２レーザダイオードチップが載置されることを高い信頼性で保証することができる。
【0023】
説明した方法によれば、対応付けられている中間支持体にそれぞれ１つのレーザダイオードチップだけが設けられている時点ですでに、個々のレーザダイオードチップに比較的強力な予備テストを受けさせることができる。これにより、あらかじめ定められた光学特性および／またはオプトエレクトロニクス特性を満たさないレーザダイオードチップを早期の方法段階に選び出すことでき、その際に製造対象の半導体レーザ装置の、それ自体機能する残りのレーザダイオードチップにはこれは無関係である。これにより、レーザダイオードチップの欠陥および製造コストを全体として減少させることができる。
【0024】
当然のことながら、この方法は、２つよりも多くのレーザダイオードチップ、例えば正確に３つのレーザダイオードチップまたは３つよりも多くのレーザダイオードチップを有する半導体レーザ装置の製造にも適している。
【0025】
ここでは好適には、それぞれレーザダイオードチップに専用の中間支持体が対応付けられており、完成した半導体レーザ装置において、複数の中間支持体のうちの１つは、半導体レーザ装置の複数のレーザダイオードチップ、特にすべてのレーザダイオードチップ用の共通の中間支持体である。
【0026】
この方法の少なくとも１つの実施形態によると、第１レーザダイオードチップおよび第２レーザダイオードチップはそれぞれ、ビーム生成のために設けられている活性領域を備えた半導体基体と基板とを有し、第１中間支持体に第１レーザダイオードチップを配置する際に、半導体基体の、第１レーザダイオードチップの第１中間支持体とは反対側を向いた面に第１レーザダイオードチップの基板を配置する。第２中間支持体に第２レーザダイオードチップを固定する際に、第２レーザダイオードチップの半導体基体の、第２中間支持体側を向いた面に第２レーザダイオードチップの基板を配置する。これにより、完成した半導体レーザ装置では、それぞれの基板の、第１中間支持体側を向いた面にレーザダイオードチップの活性領域をそれぞれ配置することができる。これにより、個々のレーザダイオードチップの活性領域は、第１中間支持体の取付面からの垂直方向の間隔を示す同じまたは実質的に同じ高さに配置可能である。この関連において「実質的に」とは、最大で１０μｍの偏差を意味する。好ましくは偏差は、最大で５μｍである。
【0027】
ここではさらに半導体レーザ装置が示される。上で説明した方法は、半導体レーザ装置の製造に特に適している。したがって方法に関連して説明した特徴的構成は、半導体レーザ装置にも使用することができ、逆も同様である。
【0028】
半導体レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によると、半導体レーザ装置は、第１レーザダイオードチップおよび第２レーザダイオードチップを有し、第１レーザダイオードチップおよび第２レーザダイオードチップは、第１中間支持体に配置されている。特に、第１レーザダイオードチップおよび第２レーザダイオードチップは並んで第１中間支持体に固定されている。したがって、第１レーザダイオードチップおよび第２レーザダイオードチップは、中間支持体の同じ面に配置されている。特に、第２レーザダイオードチップは、第２中間支持体に配置されており、ここでは第２中間支持体は、第２レーザダイオードチップの、第１中間支持体とは反対側を向いた面に配置されている。第２レーザダイオードチップは、半導体レーザ装置の側面図で見て垂直方向に、すなわち、第１中間支持体と第２中間支持体との間に配置されている。特に、第１中間支持体には第１レーザダイオードチップが、第２中間支持体には第２レーザダイオードチップがそれぞれ接合層によって固定されている。
【0029】
半導体レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によると、第１レーザダイオードチップおよび第２レーザダイオードチップはそれぞれ、ビーム生成のために設けられている活性領域を備えた半導体基体と基板とを有する。基板は特に、中間支持体から見て、活性領域の同じ面にそれぞれ配置されている。特に、基板は好適には、レーザダイオードチップのそれぞれの活性領域の、第１中間支持体とは反対側を向いた面に配置されている。これにより、活性領域において動作時に発生する損失熱は、第１中間支持体を介して直接に排出可能である。したがって、レーザダイオードチップの基板を介する排熱は、不要であるが、いくつかの実施例では付加的に行われてよい。
【0030】
基板は、個々のレーザダイオードチップにおいて特に、レーザダイオードチップが個別化によってウェハ結合体から生じる時点ですでに設けられている。これに対し、所属の中間支持体は、レーザダイオードチップに個別化した後はじめて、レーザダイオードチップに装着される。
【0031】
第２レーザダイオードチップの主放射方向に対して横向きの、第２中間支持体の横方向寸法は好適には、第２レーザダイオードチップの横方向寸法よりも大きい。例えば、第２中間支持体の横方向寸法は、この方向に沿った第２レーザダイオードチップの寸法の少なくとも２倍、少なくとも３倍または少なくとも４倍である。
【0032】
比較的大きな中間支持体を介し、第２レーザダイオードチップのテストの際の第２レーザダイオードチップの熱負荷を効率的にバッファリングすることができる。
【0033】
半導体レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によると、第２レーザダイオードチップは、第２レーザダイオードチップの主放射方向に対して横向きに、第２中間支持体の中心軸線に対してずらされて配置されている。換言すると、第２レーザダイオードチップは、第２中間支持体の中央に配置されていない。例えば、第２レーザダイオードチップの中心軸線は、第２中間支持体の中心軸線に対し、第２中間支持体の横方向寸法の少なくとも２０％だけずらされて配置されている。
【0034】
これにより、第１レーザダイオードチップおよび第２レーザダイオードチップは、半導体レーザ装置の平面図において、第２中間支持体が、第１レーザダイオードチップと重なることなく、互いに比較的小さな間隔で配置可能である。
【0035】
半導体レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によると、第２レーザダイオードチップだけが、特に第１中間支持体の取付面に対して垂直方向に見て、第２中間支持体と第１中間支持体との間に配置されている。特に、第１中間支持体と第２中間支持体との間では、第２レーザダイオードチップの他に、半導体レーザ装置の別のレーザダイオードチップは設けられていない。したがって、第１中間支持体と第２中間支持体との間には、第２レーザダイオードチップと、第２レーザダイオードチップを第１中間支持体および第２中間支持体に固定するための接合層とだけが配置されている。
【0036】
半導体レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によると、第１レーザダイオードチップおよび第２レーザダイオードチップは、第１中間支持体と第２中間支持体との間に配置されている。特に、第１レーザダイオードチップと第２中間支持体とは、例えば、接合層を介して熱結合されている。この実施形態では、第１レーザダイオードチップおよび第２レーザダイオードチップの、動作時に生成される廃熱は、第１中間支持体もしくは第２中間支持体を介して、反対側の面に拡散可能である。
【0037】
半導体レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によると、第１レーザダイオードチップおよび第２レーザダイオードチップの側方に熱結合路が、第１中間支持体と第２中間支持体との間に構成されている。熱結合路を介して、第１レーザダイオードチップおよび第２レーザダイオードチップの、第２中間支持体に達する廃熱を第１中間支持体に排出することができる。例えば、取付面とは反対側の、第１中間支持体の面において、ヒートシンクまたは半導体レーザ装置用のケーシングを介して第１中間支持体からの排熱を行うことができる。
【0038】
半導体レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によると、第１レーザダイオードチップおよび第２レーザダイオードチップは、半導体レーザ装置の平面図において、それらの放射面が、第１中間支持体を越えて、例えば、少なくとも１μｍまたは少なくとも５μｍおよび／または最大で５０μｍだけ突き出ている。
【0039】
これによって容易に保証されるのは、第１レーザダイオードチップおよび第２レーザダイオードチップによって動作時に放射されるビームが、第１中間支持体に遮られて影を生じてしまうことがないことである。
【0040】
半導体レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によると、半導体レーザ装置は、第３中間支持体に配置されておりかつ第１中間支持体に固定されている第３レーザダイオードチップを有する。第３中間支持体は、第１中間支持体および／または第２中間支持体に関連して挙げた１つまたは複数の特徴的構成を有していてよい。
【0041】
例えば、第１レーザダイオードチップ、第２レーザダイオードチップおよび第３レーザダイオードチップは、互いに異なるピーク波長を有する、特に、対毎に互いに異なるピーク波長を有する、例えば、対毎に互いに異なるスペクトル領域を有するビームを生成するために構成されている。例えば、複数のレーザダイオードチップの１つは、赤色のスペクトル領域におけるビームを生成するために、レーザダイオードチップの別の１つは、緑色のスペクトル領域におけるビームを生成するために、さらに別の１つのレーザダイオードチップは、青色のスペクトル領域におけるビームを生成するために構成されている。
【0042】
半導体レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によると、第１レーザダイオードチップは、特に、取付面に沿いかつ主放射方向に対して垂直方向に見ると、第２レーザダイオードチップと第３レーザダイオードチップとの間に配置されている。したがって第１レーザダイオードチップの両側にはそれぞれ１つの別のレーザダイオードチップが、第１中間支持体に配置されている。
【0043】
半導体レーザ装置の説明した実施形態によると、特に、隣接するレーザダイオードチップ間の小さな中心間距離、例えば、最大で１０００μｍ、最大で５００μｍまたは最大で３００μｍの中心間距離も達成可能である。ここで中心間距離は実質的に、それぞれのレーザダイオードチップの横方向寸法によって制限される。
【0044】
この半導体レーザ装置は、例えば、プロジェクタ、特に、殊に寸法の小さいプロジェクタのための、かつ／または拡張現実（Augmented Reality）の分野における応用のための光源として適している。
【0045】
別の実施形態および利点は、図面に関連する実施例の以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1A】概略側面図において半導体レーザ装置についての実施例を示す図である。
【図1B】概略平面図において半導体レーザ装置についての実施例を示す図である。
【図1C】レーザダイオードチップの斜視図によって半導体レーザ装置についての実施例を示す図である。
【図2A】半導体レーザ装置の概略側面図によって半導体レーザ装置の実施例を示す図である。
【図2B】半導体レーザ装置に適したレーザダイオードチップの概略断面図によって、半導体レーザ装置についての実施例を示す図である。
【図3】半導体レーザ装置についての実施例を概略断面図で示す図である。
【図4A】概略的に側面図で示した中間ステップによって、半導体レーザ装置を製造する方法についての実施例を示す図である。
【図4B】概略的に側面図で示した別の中間ステップによって、半導体レーザ装置を製造する方法についての実施例を示す図である。
【図4C】概略的に側面図で示したさらに別の中間ステップよって、半導体レーザ装置を製造する方法についての実施例を示す図である。
【図4D】概略的に側面図で示したさらに別の中間ステップによって、半導体レーザ装置を製造する方法についての実施例を示す図である。
【0047】
同じ要素、同種の要素、または同じ作用の要素には、複数の図面において同じ参照符号が付されている。
【0048】
図面は、それぞれ略図であり、したがって必ずしも縮尺通りではない。むしろ、よりよく図示するため、かつ／またはよりよく理解できるようにするために、比較的小さな要素は、また特に層厚も、誇張して大きく表されていることがある。
【0049】
図１Ａ～図１Ｃに示した実施例では、半導体レーザ装置１は、第１レーザダイオードチップ２１、第２レーザダイオードチップ２２および第３レーザダイオードチップ２３を有する。第１レーザダイオードチップ２１は、第１中間支持体３１に配置されている。第２レーザダイオードチップ２２は、第２中間支持体３２に配置されている。第３レーザダイオードチップ２３は、第３中間支持体３３に配置されている。
【0050】
さらに、第２レーザダイオードチップ２２は、第２中間支持体３２と共に、第３レーザダイオードチップ２３は、第３中間支持体３３と共に、第１中間支持体３１に並んで配置されており、これにより、第１中間支持体３１は、３つのレーザダイオードチップ用の共通の中間支持体を形成している。特に、第１レーザダイオードチップ２１、第２レーザダイオードチップ２２および第３レーザダイオードチップ２３は、第１中間支持体３１の同じ面、特に第１中間支持体の取付面３１０に並んで配置されており、かつ直接に、したがってこれらの間に別の要素が設けられることなく、接合層５によって第１中間支持体３１に固定されている。取付面３１０とは反対側の、第１中間支持体３１の面において、半導体レーザ装置１は、例えば、ヒートシンクまたは半導体レーザ装置用のケーシング部分に取り付けられていてよい。
【0051】
第２中間支持体３２は、第２レーザダイオードチップ２２の、第１中間支持体３１とは反対側を向いた面に配置されている。同様に第３中間支持体３３は、第３レーザダイオードチップ２３の、第１中間支持体３１とは反対側を向いた面に配置されている。
【0052】
レーザダイオードチップ２１，２２，２３と中間支持体３１，３２，３３との機械的に安定な接合はそれぞれ、接合層５、例えばはんだ層を介して行われる。
【0053】
レーザダイオードチップ２１，２２，２３はそれぞれ、半導体積層体を備えた半導体基体４５を有し、半導体積層体は、第１導電型の第１半導体層と、第１導電型とは別の第２導電型の第２半導体層４２とを有する。例えば、第１半導体層４１はｎ導電型でありかつ第２半導体層４２はｐ導電型であるかまたはこの逆である。活性領域４０は、第１半導体層４１と第２半導体層４２との間に配置されている。第１半導体層４１、第２半導体層４２および活性領域４０は一般に多層で構成されている。このことは、図示を簡略化するために示されていない。
【0054】
レーザダイオードチップ２１，２２，２３はさらに、半導体基体４５が配置されているそれぞれ１つの基板４９を有する。基板４９は、半導体基体４５の半導体層をエピタキシャル成膜するための成長基板であるか、または成長基板とは異なる基板である。
【0055】
例えば、レーザダイオードチップ２１，２２，２３の活性領域４０は、それぞれ１つの化合物半導体材料、特にＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体材料を有する。
【0056】
ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体材料は、紫外スペクトル領域（ＡｌｘＩｎｙＧａ１－ｘ－ｙＮ）から、可視スペクトル領域（特に青色から緑色のビームに対してＡｌｘＩｎｙＧａ１－ｘ－ｙＮ、または特に黄色から赤色のビームに対してＡｌｘＩｎｙＧａ１－ｘ－ｙＰ）経て、赤外スペクトル領域（ＡｌｘＩｎｙＧａ１－ｘ－ｙＡｓ）までのビーム生成に特に適している。ここではそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１かつｘ＋ｙ≦１が成り立ち、ただし特にｘ≠１，ｙ≠１，ｘ≠０かつ／またはｙ≠０である。特に上記の材料系からのＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体材料によればさらに、ビーム生成の際に高い内部量子効率を達成することができる。
【0057】
例えば、第１レーザダイオードチップ２１は、緑色のスペクトル領域おいて、第２レーザダイオードチップ２２は、赤色のスペクトル領域において、また第３レーザダイオードチップ２３は、青色のスペクトル領域において発光する。
【0058】
図１Ｃには、例示的に、第２中間支持体３２における第２レーザダイオードチップ２２が、斜視図で示されている。第２レーザダイオードチップ２２は残りのレーザダイオードチップと同様に端面発光型レーザダイオードチップとして構成されている。レーザダイオードチップ２２の放射領域２２０から、主放射方向１１に沿って放射２２５が行われる。横方向の導波のための第２レーザダイオードチップ２２の横方向の構造化は、図示を簡略化するために明示的には示されていない。例えば、レーザダイオードチップ２１，２２，２３はそれぞれ１つのリッジ導波路を有する。
【0059】
第１中間支持体３１は好適には、熱伝導率の高い材料、例えばＳｉＣ、ＡｌＮまたはＣｕＷを有する。好適には熱伝導率は少なくとも１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。これにより、第１中間支持体３１を介し、発生する廃熱を効率的に排出することができる。
【0060】
第２中間支持体３２および第３中間支持体３３には基本的に、第１中間支持体３１に対する材料と同じ材料が適している。しかしながら第２中間支持体３２および第３中間支持体３３は、完成した半導体レーザ装置１において、必ずしも放熱に使用される必要はないため、場合によっては、第２中間支持体３２および第３中間支持体３３にはコスト的により有利な材料、例えばケイ素またはゲルマニウムも使用可能である。
【0061】
しかしながら第２中間支持体３２および第３中間支持体３３は、図３に関連して説明するように、第１中間支持体３１と熱結合することも可能であり、これにより、これらの中間支持体３２，３３を介して、半導体レーザ装置の動作時に、レーザダイオードチップ２１，２２，２３から排熱を行うことも可能である。
【0062】
第１中間支持体３１とは反対側を向いた面におけるレーザダイオードチップ２１，２２，２３の電気的な接触接続は、例えば、第１中間支持体の端子面３５に案内されている接続線路６、例えばボンディングワイヤを介して行われる。第１中間支持体３１を向いた面では、電気的な接触接続は、接合層５を介し、第１中間支持体３１の対応付けられている端子面３５に向かって行うことができる。
【0063】
半導体レーザ装置１の放射面１０では、第１レーザダイオードチップ２１、第２レーザダイオードチップ２２および第３レーザダイオードチップ２３は、半導体レーザ装置の平面図において見ると、第１中間支持体３１を越えて突き出ている。これにより、図１Ｃに示した放射２５が垂直方向に、すなわち第１中間支持体３１の取付面３１０に対して垂直方向に拡散するのにかかわらず、放射されるビームが第１中間支持体３１に当たってしまうことを回避することができる。例えば、レーザダイオードチップ２１，２２および２３は、第１中間支持体３１を越えて数マイクロメートルだけ突き出ている。
【0064】
図１Ｂの平面図に示されているように、第２レーザダイオードチップ２２の中心軸線２２１は、第２中間支持体３２の中心軸線３２１に対し、主放射方向１１に対して垂直な方向にずらされて配置されている。これにより、第１レーザダイオードチップ２１と第２レーザダイオードチップ２２との間では、比較的小さな中心間距離で配置を行うことができ、同時に、第２レーザダイオードチップ２２の横方向寸法に対し、第２中間支持体３２の横方向寸法を比較的大きくすることができる。
【0065】
当然のことながら半導体レーザ装置は、２つのレーザダイオードチップだけ、または３つよりも多くのレーザダイオードチップを有していてもよく、好適には中間支持体の個数は、レーザダイオードチップの個数に等しい。
【0066】
図２Ａおよび図２Ｂに示した実施例は、図１Ａ～図１Ｃに関連して説明した実施例に実質的に対応する。しかしながら図１Ａ～図１Ｃとは異なり、レーザダイオードチップ２１，２２，２３の電気的な接触接続は、接続線路６を介して行われない。
【0067】
図２には、適切なレーザダイオードチップ２０の実施形態が示されている。この実施形態は、レーザダイオードチップ２１，２２，２３の１つまたは複数に使用可能であり、または半導体レーザ装置１のすべてのレーザダイオードチップにも使用可能である。レーザダイオードチップ２０では、レーザダイオードチップ２０の電気的な接触接続のために設けられている２つのコンタクト４８は、半導体基体４５の、基板４９とは反対側を向いた面に配置されており、電気的な接触接続に利用可能である。半導体基体４５は、凹部４６を有し、この凹部では一方のコンタクト４８が第１半導体層４１に導電接続されている。他方のコンタクト４８は、第２半導体層４２に導電接続されているため、コンタクト４８間に電圧を加えることにより、互いに反対側に位置する２つの面から活性領域４０に荷電担体を注入することができ、荷電単体はそこでビームを放射しながら再結合される。電気的な短絡を回避するために、凹部４６には絶縁層４７を張ることができる。
【0068】
図３に示した実施例は、図１に関連して説明した実施例に実質的に対応する。図１とは異なり、第１レーザダイオードチップ２１および第２レーザダイオードチップ２２が、第１中間支持体３１と第２中間支持体３２との間に配置されている。したがって第２中間支持体３２は、第２レーザダイオードチップ２２に加えて、第１中間支持体３１とは反対側を向いた面において、第１レーザダイオードチップ２１も熱結合することができる。
【0069】
第１レーザダイオードチップ２１および第２レーザダイオードチップ２２の電気的な接触接続は、例えば、それぞれヴィア３７を介し、第２中間支持体３２を通して行うことができる。しかしながら、電気的な接触接続の別の方式も可能であり、特に、第１中間支持体３１を向いた面において互いに切り離された端子面３５が、第１レーザダイオードチップ２１および第２レーザダイオードチップ２２に対応付けられている場合には、例えば、第１中間支持体３１とは反対側を向いた面において、第１レーザダイオードチップ２１および第２レーザダイオードチップ２２を一緒に電気的に接触接続させることができる。
【0070】
第２中間支持体３２と第１中間支持体３１との間では選択的に、第１レーザダイオードチップ２１と第２レーザダイオードチップ２２の側方に熱結合路７が構成されている。例えば、熱結合路７は、体積体７０によって形成されており、体積体７０は、レーザダイオードチップ２１，２２，２３と同様に接合層５を介して、第１中間支持体３１および第２中間支持体３２に機械的に安定してかつ熱伝導的に接合されている。したがって体積体７０は、例えば、最大で１０μｍまたは最大で５μｍの偏差で、レーザダイオードチップ２１，２２，２３と実質的に同じ厚さ、すなわち同じ垂直方向寸法を有する。
【0071】
体積体７０には、例えば、第１中間支持体３１または第２中間支持体３２に関連して挙げた材料が適している。
【0072】
したがってレーザダイオードチップ２１および２２は、第１中間支持体３１とは反対側を向いた面において、第２中間支持体３２を介して付加的に冷却され、熱は、熱結合路７を介して第１中間支持体３１に排出可能である。同様に第３中間支持体３３にも選択的に、このような熱結合路７を設けることができる。
【0073】
【0074】
【0075】
しかしながらこの方法は、特に、残りの実施例による別の半導体レーザ装置の製造にも適している。
【0076】
図４Ａに示したように、第１中間支持体３１に第１レーザダイオードチップ２１を、第２中間支持体３２に第２レーザダイオードチップ２２を、また第３中間支持体３３に第３レーザダイオードチップ２３を配置し、特に、接合層５を用いて、対応する中間支持体にそれぞれ固定する。したがって中間支持体３１，３２，３３の個数は、製造対象の半導体レーザ装置に設けられるレーザダイオードチップ２１，２２，２３の個数に対応する。
【0077】
ここでは第１レーザダイオードチップ２１の活性領域４０は、基板４９と第１中間支持体との間に設けられている。これとは異なり、第２レーザダイオードチップ２２および第３レーザダイオードチップ２３の活性領域４０はそれぞれ、所属の基板４９の、所属の第２中間支持体３２もしくは第３中間支持体３３とは反対側を向いた面に配置されている。
【0078】
第１レーザダイオードチップ２１、第２レーザダイオードチップ２２および第３レーザダイオードチップ２３は続いて、図４Ｂに示したように、テストで電気的に接触接続され、これにより、レーザダイオードチップ２１，２２，２３の光学特性およびオプトエレクトロニクス特性をテストすることができる。
【0079】
例えば、ピーク波長または放射されるビームのスペクトル幅、量子化効率または発振閾値のようなパラメータを特定することができる。この時点でレーザダイオードチップはすでに、中間支持体３１，３２，３３の１つにそれぞれ配置されており、これにより、このテストは比較的高い負荷で実行可能である。さらに、接合層５、例えばはんだを介して、それぞれの中間支持体との効率的な熱結合を行うことできる。第２レーザダイオードチップ２２および第３レーザダイオードチップ２３の活性領域４０においてテスト中に生成される損失熱は、それぞれの基板４９を介して排出可能である。これにより、熱結合は、第１レーザダイオードチップ２１に対する熱結合ほど効率的でないが、第２レーザダイオードチップ２２および第３レーザダイオードチップ２３に説得力のあるテストを受けさせることができるためには十分である。
【0080】
個々のレーザダイオードチップのテストが成功裏に経過した後、対応付けられている第２中間支持体もしくは第３中間支持体と共に第２レーザダイオードチップ２２および第３レーザダイオードチップ２３を第１中間支持体３１に固定することができる（図４Ｃ）。第２中間支持体３２および第３中間支持体３３はそれぞれ、第２レーザダイオードチップおよび第３レーザダイオードチップの、第１中間支持体３１とは反対側を向いた面に配置されている。第１中間支持体３１を参照すると、活性領域４０はそれぞれ、それぞれの基板４９の、第１中間支持体３１側を向いた面に配置されており、これによって活性領域４０はそれぞれ、少なくとも近似的に第１中間支持体３１の取付面３１０から同じ間隔で配置されている。したがって、第１中間支持体３１に付加的に設けられている中間支持体は、第１中間支持体の取付面に対する、活性領域の垂直方向の間隔には影響を及ぼすことはない。
【0081】
引き続いて、必要に応じ、接続線路６を用いてレーザダイオードチップ２１，２２，２３の電気的な接触接続を行うことができる（図４Ｄ）。
【0082】
説明した方法によれば、比較的早期の方法段階に、機能しないレーザダイオードチップに、説得力のある動作テストを受けさせることができ、必要に応じて選び出すことができる。特にこれは、同じ中間支持体に別のレーザダイオードチップがまだ固定される前に行うことができる。これによって回避できるのは、製造対象の半導体レーザ装置の複数のレーザダイオードチップの１つが、あらかじめ定められた特性を満たさない場合に、レーザダイオードチップを、またはそれ自体は機能するレーザダイオードチップも廃棄しなければならないことである。
【0083】
特に、この方法は、ピーク波長が互いに異なりしたがって種々異なる材料組成を有するかまたは互いに異なる材料系から形成されてもいる複数の半導体レーザが、例えば、フルカラープロジェクションに必要である、半導体レーザ装置の製造に適している。
【0084】
この特許出願は、ドイツ国特許出願第１０２０２０１１１３９４．３号明細書の優先権を主張するものであり、その開示内容は、引用によって本明細書に取り込まれるものである。
【0085】
本発明は、実施例に基づく説明には限定されない。むしろ本発明には、あらゆる新たな特徴的構成および特徴的構成のあらゆる組み合わせが含まれるのであり、これには、特に、特許請求の範囲における特徴的構成のあらゆる組み合わせが含まれており、このことは、この特徴的構成または組み合わせそれ自体が、特許請求の範囲または実施例において明示的に示されていない場合であっても当てはまるものである。
【符号の説明】
【0086】
１ 半導体レーザ装置
１０ 放射面
１１ 主放射方向
２０ レーザダイオードチップ
２１ 第１レーザダイオードチップ
２２ 第２レーザダイオードチップ
２２０ 放射領域
２２１ 第２レーザダイオードチップの中心軸線
２２５ 放射
２３ 第３レーザダイオードチップ
３１ 第１中間支持体
３１０ 取付面
３２ 第２中間支持体
３２１ 第２中間支持体の中心軸線
３３ 第３中間支持体
３５ 端子面
３７ ヴィア
４０ 活性領域
４１ 第１半導体層
４２ 第２半導体層
４５ 半導体基体
４６ 凹部
４７ 絶縁層
４８ コンタクト
４９ 基板
５ 接合層
６ 接続線路
７ 熱結合路
７０ 体積体
１０ 放射面
１１ 主放射方向
２０ レーザダイオードチップ
２１ 第１レーザダイオードチップ
２２ 第２レーザダイオードチップ
２２０ 放射領域
２２１ 第２レーザダイオードチップの中心軸線
２２５ 放射
２３ 第３レーザダイオードチップ
３１ 第１中間支持体
３１０ 取付面
３２ 第２中間支持体
３２１ 第２中間支持体の中心軸線
３３ 第３中間支持体
３５ 端子面
３７ ヴィア
４０ 活性領域
４１ 第１半導体層
４２ 第２半導体層
４５ 半導体基体
４６ 凹部
４７ 絶縁層
４８ コンタクト
４９ 基板
５ 接合層
６ 接続線路
７ 熱結合路
７０ 体積体
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】