DE3536738A1

DE3536738A1 - Halbleiterlaseranordnung und verfahren zu ihrer ueberpruefung

Info

Publication number: DE3536738A1
Application number: DE19853536738
Authority: DE
Inventors: Masaaki Ayabe; Osamu Kanagawa Matsuda; Sumio Santa
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1984-10-16
Filing date: 1985-10-15
Publication date: 1986-04-17
Also published as: GB2165694A; US4736231A; NL8502831A; GB2165694B; FR2571901B1; FR2571901A1; GB8525084D0; KR860003684A; JPS6195591A

Description

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER

Halbleiterlaseranordnung und Verfahren zu ihrer Überprüfung

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaseranordnung und ein Verfahren zu ihrer Überprüfung gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 14.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine HaIbleiterlaseranordnung, bei der ein Halbleiterlaserbaustein in einem vorgegebenen Bereich auf einem Halbleitersubstrat angeordnet ist. Auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats außerhalb des genannten Bereichs, in dem sich der Halbleiterlaserbaustein befindet, sind mehrere Photodetektoreüemente zur Detektion von Laserstrahlung angeordnet. Mittels einer derartigen Halbleiterlaseranordnung ist es möglich, die Richtung der vom Halbleiterlaserbaustein ausgesandten Laserstrahlung zu ermitteln und festzustellen, ob die Helligkeits- bzw. Intensitätsverteilung der Laserstrahlung in der ebenen Richtung, also in der Ebene der Oberfläche des Substrats, symmetrisch ist oder nicht.

Eine zum Stand der Technik gehörende Halbleiterlaseranordnung ist in Fig. 1 dargestellt. Diese Halbleiterlaseranordnung besitzt eine Überwachungsphotodiode b auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats a, das beispielsweise vom N⁺-Typ ist. Ein Halbleiterlaserbaustein c liegt auf derselben Oberfläche des Halbleitersubstrats a in der Nähe der Überwachungsphotodiode b. Die Herstellung dieser Halbleiterlaseranordnung wird entsprechend der Figur 2 durchgeführt. Wie in Figur 2A gezeigt ist, werden zunächst die Überwachungs- bzw. Photodioden b auf einem Halbleiterwafer a¹ gebildet. Dabei liegt jeweils

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eine Photodiode b in einem Teil eines Elementbereichs d, während eine Lot- bzw. Verbindungsschicht e sich in einem anderen Teil des Elementbereichs d befindet. Zur Trennung der Elementbereiche d wird der Halbleiterwafer a¹ entlang der Linien f in Figur 2A zerteilt bzw. zersägt. Die Linien f verlaufen dabei zwischen benachbarten Elementbereichen d. Dieser Vorgang ist in Figur 2B dargestellt. Die Oberfläche des Halbleiterwafer a¹ ist entlang der Linien f zur Hälfte eingesägt oder eingeschnitten, so daß Furchen g vorhanden sind. Wie in Figur 2C dargestellt ist, wird anschließend in jedem Elementbereich d ein Halbleiterlaserbaustein c {Halbleiterlaserchip) auf die Lötschicht e gesetzt. Der Halbleiterwafer a' wird dann in einem Ofen auf etwa 250 ⁰C erhitzt, wodurch alle Halbleiterlaserbausteine c gleichzeitig mit dem Halbleiterwafer a¹ verbunden (gebondet) werden. Nachdem die elektrischen und optischen Eigenschaften gemessen bzw. überprüft worden sind, wird der Halbleiterwafer a¹ entlang der Furchen g zerteilt, wie in Figur 2D dargestellt ist. Die einzelnen Elementbereiche d werden somit voneinander getrennt, so daß diskrete Elemente erhalten werden. Wie in Figur 2E gezeigt, wird anschließend ein Element mit einem Kühlblech i verbunden, welches sich auf der Oberfläche eines nicht dargestellten Schaftes befindet. Danach werden an dem Schaft Leitungszuführungen j und j' befestigt. Diese Leitungszuführungen j und j' werden über Drähte k mit der Photodiode b und dem Halbleiterlaserbaustein c verbunden, wie die Figure 2E ebenfalls zeigt. Die entsprechenden Leitungsverbindungen können durch Bonden bzw. Drahtbonden hergestellt werden. Somit liegt eine fertige Halbleiterlaseranordnung vor.

Bei der Herstellung der beschriebenen Halbleiterlaseranordnung wird der Halbleiterlaserbaustein mit dem Halbleitersubstrat verbunden, wenn dieses noch als Wafer ausgebildet und noch nicht in Elemente unterteilt worden ist.

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Dies hat den Vorteil, daß sehr viele Halbleiterlaserbausteine mit einer entsprechenden Anzahl von Elementbereichen d auf einem Halbleiterwafer gleichzeitig verbunden werden können. Liegt das Halbleitersubstrat noch als Waver vor, so lassen sich darüber hinaus die elektrischen Eigenschaften, beispielsweise Schwellströme (Ith), usw., leicht überprüfen, etwa durch Auswahl einzelner Proben. Die Kosten sowohl für die Verbindung der Halbleiterlaserbausteine als auch diejenigen für die Überprüfung können somit relativ gering gehalten werden.

Insofern besitzt das oben beschriebene Herstellungsverfahren einen erheblichen Vorteil.

Liegt das Halbleitersubstrat a noch als Wafer vor, so ist es allerdings nicht möglich, die Richtung zu messen bzw. zu überprüfen, unter der die Laserstrahlung vom Halbleiterlaserbaustein c emittiert wird. Darüber hinaus kann unter diesen Bedingungen nicht festgestellt werden, ob die genannte Laserstrahlung im sogenannten Fernfeldbereich symmetrische Eigenschaften besitzt. Eine Verschiebung der Emissionsrichtung der Laserstrahlung sowie eine Änderung der symmetrischen Eigenschaften in der Fernfeldverteilung treten realtiv leicht durch Änderung der Position des Halbleiterlaserbausteins c relativ zum Halbleitersubstrat a in Richtung Θ auf (zum Beispiel Winkelverschiebung des Halbleiterlaserbausteins c relativ zum Halbleitersubstrat) . Überschreitet eine solche Verschiebung eine vorbestimmten Toleranzgrenze, so kann die entsprechende Halbleiterlaseranordnung nicht mehr verwendet werden. Sie ist daher auszusortieren. Im Gegenstaz zum Schwellstrom (Ith) und dergleichen können die Emissionsrichtung der Laserstrahlung und die symmetrischen Eigenschaften im Fernfeldbereich nur dadurch gemessen werden, daß die Halbleiterlasereinrichtung praktisch in einem Container angeordnet wird, und daß die vom Halbleiterlaserbaustein emittierte Laserstrahlung außerhalb des Containers mit Hilfe eines Photosensors gemessen wird. Die Halbleiter-

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laseranordnung kann daher auf die genannten optischen Eigenschaften hin nicht überprüft werden, bevor sie nicht tatsächlich in der Praxis montiert worden ist. Unter Umständen werden daher die Verbindung des HaIbleiterlaserbausteins mit dem Halbleitersubstrat, die Befestigung des Substrats auf dem Kühlblech und die Drahtverbindung zwischen den Zuleitungen und dem Halbleiterlaserbaustein bzw. der Photodiode unnötigerweise ausgeführt- Dies zieht eine Erhöhung der Produktionskosten der Halbleiterlaseranordnung nach sich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebene Halbleiterlaseranordnung so weiterzubilden, daß die symmetrischen Eigenschaften der von dem Halbleiterlaserbaustein ausgesandten Laserstrahlung im Fernfeldbereich und/oder die Richtung der Laserstrahlung auch dann überprüft werden können, wenn das Halbleitersubstrat noch nicht auf einem Kühlblech, Trägerkopf oder dergleichen montiert worden ist.

Darüber hinaus ist es Ziel der Erfindung, ein geeignetes Verfahren zur Überprüfung der Halbleiterlaseranordnung anzugeben.

Hinsichtlich der Anordnung wird die gestellte Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Die verfahrensseitige Lösung der genannten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 14 angegeben.

Eine Halbleiterlaseranordnung nach der Erfindung besitzt ein Halbleitersubstrat, einen auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats in einem Bereich angeordneten Halbleiterlaserbaustein, und mehrere auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats und außerhalb des Bereichs des Halbleiterlaserbausteins liegende Photodetektorbereiche,

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die die von dem Halbleiterlaserbaustein emittierte Laserstrahlung empfangen.

Bei dieser Halbleiterlaseranordnung kann leicht festgestellt werden, ob die von dem Halbleiterlaserbaustein emittierte Laserstrahlung die gewünschte Richtung und Strahlungsverteilung im Fernfeldbereich besitzt, und zwar schon dann, wenn das Halbleitersubstrat noch nicht auf einem Träger, Kühlblech oder dergleichen befestigt und mit Drähten verbunden worden ist.

Bei der Halbleiterlaseranordnung nach der Erfindung wird mit Hilfe einer Tastspitze oder dergleichen ein Steuerstrom zu dem Halbleiterlaserbaustein geführt, so daß der Halbleiterlaserbaustein (Halbleiterlaserchip) Laserstrahlung emittiert. Jeder Photodetektorbereich auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats wird mit Hilfe einer weiteren Tastspitze oder dergleichen in Sperrichtung vorgespannt, um einen durch die Photodetektorbereiche fließenden Strom zu messen. Die gemessenen Ströme der jeweiligen Photodetektorbereiche werden zueinander Ins Verhältnis gesetzt, so daß anhand dieses Stromverhältnisses leicht festgestellt werden kann, ob die Strahlungsverteilung im Fernfeld symmetrisch ist oder nicht. Darüber hinaus läßt sich auf diese Weise auch die Ausrichtung des Halbleiterlaserbausteins in vertikaler Richtung oder dergleichen überprüfen. Es kann also auch festgestellt werden, ob die Laserstrahlung parallel zur Substratoberfläche verläuft oder nicht. Defekte oder nicht genau genug arbeitende bzw. justierte Halbleiterlaseranordnungen lassen sich auf diese Weise leicht herausfinden, ohne daß es hierzu einer aufwendigen Montage bzw. Verdrahtung der Halbleiterlaseranordnung bedarf.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, Es zeigen:

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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Halbleiterlaseranordnung,

Fig. 2A bis 2E verschiedene Verfahrensstufen bei der Herstellung der herkömmlichen Halbleiter

laseranordnung nach Figur 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Halbleiterlaseranordnung nach der Erfindung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer Halbleiterlaseranordnung nach der Erfindung mit einer gegenüber Figur 3 veränderten Oberflächenform

der Photodioden,

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel der Halbleiterlaseranordnung nach der Erfindung,

Fig. 6 eine Draufsicht auf mehrere Halbleiterlaseranordnungen nach Fig. 3, anhand der eines der Verfahren zur Überprüfung der Intensitätsverteilung der Laserstrahlung

beschrieben werden soll, und

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der HaIbleiterlaseranordnung nach der Erfindung.

In den Figuren 3 bis 7 sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figur 3 zeigt ein Halbleitersubstrat 1, das auf seiner Substratoberfläche in einem Endbereich einen Halbleiterlaserbaustein 2 (Chip) trägt.

Der Halbleiterlaserbaustein 2 besitzt eine aktive Schicht sowie einen Streifen 4 (Anschlußstreifen) auf seiner

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oberen Fläche. Die Zentrallinie 5 des Streifens 4 und die Zentrallinie 6 des Halbleitersubstrats 1 fluchten miteinander,so daß sie bei Draufsicht auf das Halbleitersubstrat 1 auf einer gemeinsamen Linie liegen. Auf einem Oberflächenbereich einer Überwachungsregion 7 des Halbleitersubstrats 1 befinden sich drei rechteckförmig ausgebildete Photodioden PDE, PDc und PDr vom PIN-Typ. Sie erstrecken sich jeweils mit ihrer Längsausdehnung parallel zur Zentrallinie 6 des Halbleitersubstrats 1.

Entsprechend verläuft die Längsausdehnung des Streifens parallel zur Längsausdehnung der Photodioden. Vom Halbleiterlaserbaustein 2 aus gesehen liegen die Photodiode PD£ links, die Photodiode PDr rechts und die Photodiode PDc in der Mitte. Die longitudinale Zentrumslinie der Photodiode PDc deckt sich dabei mit der Zentrumslinie 6 des Halbleitersubstrats 1. Die Photodioden POE und PDr besitzen dieselbe Größe und Form und sind symmetrisch zur Zentrumslinie 6 des Halbleitersubstrats 1 angeordnet. Auf der Photodiode PDc (mittlere Photodiode) befindet sich ein Drahtanschlußbereich 8 (Bondbereich). Im vorliegenden Fall wurde mit der Photodiode PDc allerdings noch keine Drahtverbindung hergestellt.

Im nachfolgenden wird beschrieben, wie die Halbleiterlaseranordnung daraufhin überprüft wird, ob der Halbleiterlaserbaustein 2 relativ zu seiner Sollage verschoben oder in Richtung © (vgl. Figur 3) verdreht ist. Zunächst wird eine Tastspitze 9a mit dem Halbleiterlaserbaustein 2 im Bereich seines Streifens 4 in Kontakt gebracht, um eine geeignete Spannung an den Streifen 4 anzulegen bzw. einen geeigneten Spannungsabfall zwischen ihm und der Rückseite des Halbleitersubstrats 1 zu erzeugen. Aufgrund der genannten Spannung fließt ein Steuerstrom in Vorwärtsrichtung durch die Laserdiode, die sich in dem Halbleiterlaserbaustein 2 befindet. Durch den

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Steuerstrom wird eine Laserstrahlung erzeugt, die im Bereich der streifenförmigen Region der aktiven Schicht 3 nach vorn emittiert wird, und zwar nach links in Fig. 3, wie durch den Pfeil angedeutet ist. Das zur Überwachung detektierte Laserlicht wird im Bereich der streifenförmigen Region der aktiven Schicht 3 in entgegengesetzter Richtung bzw. nach rückwärts emittiert, und zwar nach rechts unten in Fig. 3.

Unter diesen Bedingungen werden eine Tastspitze 9£· mit der Oberfläche der linksseitigen Photodiode PD& und eine weitere Tastspitze 9r mit der Oberfläche der rechtsseitigen Photodiode PDr in Kontakt gebracht. Anschließend werden gleich große Sperrspannungen (Vorspannungen in Sperrichtung) an die Photodioden PD# und PDr angelegt. Danach werden die durch die Photodioden PDE und PDr fließenden Photoströme gemessen und die gemessenen Photoströme miteinander verglichen. Liegt die Differenz der Photoströme innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs, so bedeutet das, daß die Halbleiterlaseranordnung zufriedenstellend arbeitet und eine Strahlung emittiert, die im Fernfeldbereich symmetrisch ist. Diese Symmetrie bezieht sich zum Beispiel auf die Zentrumslinie 6. Ist andererseits die Differenz der Photoströme zu groß, so daß der Toleranzbereich verlassen wird, so arbeitet die Halbleiterlaseranordnung nicht zufriedenstellend, weil keine symmetrischen Verhältnisse bezüglich der Strahlungsverteilung im Fernfeld vorliegen. Es sei daran erinnnert, daß die Position des Halbleiterlaserbausteins 2 relativ zum Halbleitersubstrat 1 dadurch bestimmt ist/ daß die Zentrumslinie 6, zu der die Photodioden PDS· und PDr symmetrisch liegen, und die Zentrallinie 5 der streifenförmigen Schicht 4 des Halbleiterlaserbausteins 2 colinear verlaufen bzw. auf einer gemeinsamen Linie bei Draufsicht auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 liegen. Ist der Halbleiterlaserbaustein 2 wie beschrieben positioniert, so besitzt die in ihm erzeugte und durch seine aktive Schicht 3 nach vorn emittierte Laserstrahlung eine ideale Strahlungsintensitätsverteilung in der ebenen

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Richtung, die in Fig. 3 durch den Pfeil angedeutet ist. Diese Strahlungsintensitätsverteilung ist symmetrisch zu der Linie, auf der auch die Liniern 5 und 6 bei Draufsicht auf das Halbleitersubstrat 1 liegen. Im vorliegenden Fall besitzt auch die Strahlungsintensitätsverteilung des von der aktiven Schicht 3 nach hinten emittierten Überwachungslaserlichtes einen symmetrischen Verlauf in bezug zur Zentrallinie 6. Ist die Strahlungsintensitätsverteilung des überwachten Laserstrahls bzw. ÜberwachungslaserStrahls symmetrisch in bezug zur Zentrallinie 6, so empfangen die beiden Photodioden POE und PDr gleiche Strahlungsintensitäten bzw. Lichtmengen. Da die von den Photodioden POE und PDr empfangenen Strahlungsmengen unter Zuhilfenahme der Proben bzw. Tastspitzen 92, und 9r gemessen und die empfangenen Strahlungsbeträge miteinander verglichen werden, ist es möglich, eine Entscheidung darüber zu treffen, ob der Halbleiterlaserbaustein 2 korrekt oder unkorrekt positioniert ist, und ferner zu prüfen, ob die Laserstrahlung im Fernfeldbereich einen symmetrischen Verlauf aufweist. Durch dieses Verfahren läßt sich also feststellen, ob der Halbleiterlaserbaustein 2 in Winkelrichtung Q aus seiner Sollage oder in Richtung X verschoben ist, die in Richtung der Breite des HalbleiterSubstrats 1 verläuft. Wird festgestellt, daß der Halbleiterlaserbaustein 2 auf dem Halbleitersubstrat 1 falsch positioniert ist, wird die aus Halbleiterlaserbaustein 2 und Halbleitersubstrat bestehende Halbleiterlaseranordnung aussortiert.

Durch die Photodioden Pd£ und PDr wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur detektiert, ob das Fernfeldmuster bzw. die Strahlungsverteilung im Fernfeld symmetrisch ist. Im Gegensatz dazu wird die mittlere bzw. zentrale Photodiode PDc als Überwachungsphotodiode verwendet, durch die die inhärente Laserstrahlung automatisch kontrolliert bzw. gesteuert wird, nachdem die Halbleiterlaseranordnung montiert ist und als fertiges Produkt

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vorliegt.

In der Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Halbleiterlaseranordnung nach der Erfindung dargestellt. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel sind bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel die Photodioden PDE, PDr und PDc dreieckförmig und nicht rechteckförmig ausgebildet, um zu erreichen, daß die Überwachungsphotodiode PDc, die zur automatischen Steuerung bzw. Kontrolle der inhärenten Laserstrahlung dient, eine größere Strahlungsmenge empfangen kann. Das bedeutet, daß ein größerer Anteil der von dem Halbleiterlaserbaustein 2 nach hinten emittierten Laserstrahlung als Überwachungslaserstrahlung verwendet werden kann.

Liegen die Phothodioden PD£ und PDr symmetrisch zueinander und in bezug zur Zentrallinie 6, so können sie eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise können sie dreieckförmig oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein und müssen nicht unbedingt eine rechteckige Form besitzen.

Die Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Halbleiterlaseranordnung nach der Erfindung. Diese HaIbleiterlaseranordnung besitzt im Gegensatz zu den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Halbleiterlaseranordnungen keine zentrale Photodiode PDc. Sie weist lediglich zwei Photodioden PDE- und PDr auf, die sich im Überwachungsbereich 7 auf dem Halbleitersubstrat 1 befinden. Diese Photodioden PD& und PDr werden einerseits dazu benutzt, die symmetrischen Eigenschaften der Laserstrahlung im Fernfeldbereich zu detektieren, und andererseits dazu, als Laserstrahlüberwachungseinrichtung die Laserstrahlung automatisch zu steuern bzw. zu kontrollieren, nachdem die Halbleiterlaseranordnung hergestellt bzw. montiert worden ist. Der Drahtbondbereich 8 überdeckt im vorliegen-

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den Fall teilweise beide Photodioden PD£ und PDr. Bei der unter Fig. 5 beschriebenen Halbleiterlaseranordnung wird im wesentlichen der gesamte Bereich 7 als Überwachungsbereich zur automatischen Steuerung bzw. Kontrolle der Laserstrahlung benutzt, während er andererseits dazu dient, festzustellen, ob die Laserstrahlung im Fernfeldbereich symmetrisch zur Zentrallinie 6 verläuft. Bei derartigen Überwachungsregionen ist es möglich, eine höhere Detektorempfindlichkeit als bei den Halbleiterlaseranordnungen nach den Fig. 3 und 4 vorzusehen.

Anhand der Fig. 6 wird im nachfolgenden ein Verfahren beschrieben, nach dem der symmetrische Verlauf der Laserstrahlung im Fernfeldbereich gemessen werden kann. Bei Anwendung dieses Meßverfahrens sind die einzelnen Halbleitersubstrate 1 noch miteinander verbunden, befinden sich also noch im Waferverband. Die vom Halbleiterlaserbaustein 2a des Halbleiterlasers 1a ausgesandte und durch den schraffierten Pfeil angedeutete Laserstrahlung wird durch die Überwachungsregion 7b des Halbleiterlasers 1b erfaßt, der benachbart zum Halbleiterlaser 1a liegt. Im vorliegenden Fall wird der symmetrische Verlauf im Fernfeldbereich der vom Halbleiterlaserbaustein 2a nach vorn ausgesandten Laserstrahlung gemessen, und nicht derjenige der überwachungslaserstrahlung, die vom Halbleiterlaserbaustein 2a nach hinten bzw. in rückwärtiger Richtung emittiert wird. Selbst wenn die Strahlungsintensitätsverteilungen im Fernfeldbereich der nach vorn und nach hinten emittierten Laserstrahlung voneinander verschieden sind, so ist es doch möglieh, den symmetrischen Verlauf der Laserstrahlung im Fernfeldbereich genau zu bestimmen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Strahlungsintensitätsverteilung im Fernfeldbereich der nach vorn emittierten Laserstrahlung im allgemeinen die gleiche ist wie bei der nach hinten emittierten Laserstrahlung. Unterschiedliche Strahlungsintensitätsverteilungen treten nur bei fehlerhaften Halbleiterlaseranordnungen auf.

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In einem solchen Fall kann beispielsweise die Fernfeldverteilung der nach hinten abgestrahlten Überwachungslaserstrahlung symmetrisch sein, während die Fernfeldverteilung der inhärenten Laserstrahlung (nach vorn abgestrahlt) keinen symmetrischen Verlauf besitzt. Ein derartiger Fehler kann normalerweise nicht durch das im Zusammenhang' mit der Fig. 3 diskutierte Meßverfahren festgestellt werden. Mit dem anhand der Fig. 6 beschriebenen Meßverfahren läßt sich ein derartiger Fehler jedoch aufdecken. In diesem Fall werden zur Meßung der Fernfeldverteilung der vom Halbleiterlaserbaustein 2a abgestrahlten Laserstrahlung sowohl die Dioden des Halbleiterlasers 1b als auch die Dioden des Halbleiterlasers 1a herangezogen.

Ein viertes Ausführungsbeispiel der Halbleiterlaseranordnung nach der Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt. Bei dieser Halbleiterlaseranordnung wird nicht der symmetrische Verlauf der Laserstrahlung im Fernfeldbereich in horizontaler Richtung gemessen, sondern es wird festgestellt, ob der Halbleiterlaserbaustein 2 in vertikaler Richtung genau positioniert ist, also in Richtung «/, die durch den Pfeil 10 in Fig. 7 angegeben ist. Die in Fig. 7 dargestellte Halbleiterlaseranordnung besitzt eine Photodiode PDa, die sich in seitlicher Richtung bzw. in X-Richtung erstreckt und in der ersten Hälfte des Überwachungsbereichs 7 liegt, die dem Halbleiterlaserbaustein 2 benachbart ist. In der zweiten Hälfte des Überwachungsbereichs 7 und weiter vom Halbleiterlaserbaustein 2 entfernt liegt eine weitere Photodiode PDb, die sich ebenfalls in seitlicher Richtung bzw. in X-Richtung erstreckt. Beide Photodioden PDa und PDb können beispielsweise gleich groß gewählt sein.

Anhand des Verhältnisses zwischen der von der Photodiode PDa empfangenen Strahlung und der von der Photodiode PDb empfangenen Strahlung kann festgestellt werden, ob der

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Halbleiterlaserbaustein 2 auf dem Halbleitersubstrat 1 korrekt positioniert ist. Hierzu wird überprüft, ob das genannte Verhältnis in einem vorbestimmten Bereich liegt. Es lassen sich somit also Abweichungen des Halbleiterlaserbausteins 2 in vertikaler Richtung überprüfen bzw. feststellen. Beispielsweise kann auf diese Weise ermittelt werden, ob der Halbleiterlaserbaustein 2 um eine Achse verkippt ist, die parallel zur X-Richtung verläuft. Auch im vorliegenden Fall werden beide Photodioden PDa und PDb teilweise durch den Drahtbondbereich 8 überdeckt.

Bei der genannten Halbleiterlaseranordnung nach Fig. 7 läßt sich ein fehlerfreier oder fehlerbehafteter Aufbau allerdings nicht einfach dadurch feststellen, daß überprüft wird, ob die Photodioden PDa und PDb gleiche oder verschiedene Strahlungsmengen empfangen. Der Grund dafür liegt darin, daß die Normalität der Strahlungsintensitätsverteilung des Überwachungslaserlichtes in vertikaler Richtung durch zwei Photodioden PDa und PDb detektiert wird, die in derselben Ebene bzw. auf derselben ebenen Fläche liegen, jedoch einen unterschiedlichen Abstand vom Halbleiterlaserbaustein 2 besitzen. Selbst wenn also die Photodioden PDa und PDb dieselbe Flächenausdehnung besitzen und die Strahlungsintensitätsverteilung in vertikaler Richtung normal ist, empfangen sie doch erheblich voneinander abweichende Strahlungsmengen. Es kann also bei der Überprüfung, ob die Strahlungsintensitätsverteilung normal ist oder nicht, nicht einfach gefragt werden, ob das Verhältnis der durch die Photodioden PDa und PDb empfan--genen Strahlungsmengen 1 : 1 ist. Vielmehr wird sich bei normaler Strahlungsintensitiätsverteilung ein anderes Verhältnis einstellen.

Wird im vorliegenden Fall das Verhältnis der Oberflächenbereiche der beiden Photodioden PDa und PDb auf einen geeigneten Wert festgesetzt, so kann ein normaler oder unnor-

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maler Verlauf der Strahlungsintensitätsverteilung einfach dadurch überprüft werden, daß festgestellt wird, ob die Differenz zwischen den beiden empfangenen Strahlungsmengen im wesentlichen Null ist (normaler Verlauf) oder größer als Null ist (unnormaler Verlauf).

Wie oben beschrieben, ist entsprechend der Erfindung der Halbleiterlaserbaustein auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats in einem ersten Bereich angeordnet, während in einem anderen und vom ersten Bereich getrennten .Bereich auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats mehrere Photodetektorbereiche (Photodioden) zum Empfang von Laserstrahlung angeordnet sind, die vom Halbleiterlaserbaustein abgestrahlt wird. Wird der Halbleiterlaserbaustein zur Aussendung von Laserstrahlung angeregt bzw. angesteuert, so wird diese von den mehreren Photodetektorbereichen auf elektrischem Wege detektiert. Durch Bildung des Verhältnisses zwischen den von den einzelnen Photodetektorbereichen gemessenen Strahlungsmengen kann festgestellt werden, ob die Strahlungsintensitätsverteilung im Fernfeldbereich symmetrisch ist bzw. symmetrisch zur Zentrallinie 6 liegt. Dadurch läßt sich überprüfen, ob der Halbleiterlaserbaustein 2 auf dem Halbleitersubstrat 1 richtig positioniert ist. In entsprechender Weise läßt sich feststellen, ob der Halbleiterlaserbaustein 2 um eine Achse verkippt ist, die parallel zur X-Richtung verläuft. Eine derartige Überprüfung kann bereits vorgenommen werden, wenn die einzelnen Halbleitersubstrate 1 noch zusammenhängen und gemeinsam den noch unzerteilten Wafer bilden. Auf diese Weise lassen sich die einzelnen Halbleiterlaserbauelemente noch vor einer aufwendigen Montage und Verdrahtung auf ihre Qualität hin untersuchen. Fehlerhafte Halbleiterlaserbauelemente können daher schon zu einem sehr frühen Zeitpunkt leicht erkannt und aussortiert werden.

Claims

TER MEER-MULLER-STEINMEI ST ER PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS Dipl.-Chern. Dr. N. ter Meer Dipl. Ing. H. Steinmeister SSiiSiS&^iS,·« Artur-LadebecK-Strasseai D-8000 MÜNCHEN 80 D-4800 BIELEFELD 1 198S SONY CORPORATION 7-35 Kitashinagawa 6-chome, Shinagawa-ku, Tokyo, Japan Halbleiterlaseranordnung und Verfahren zu ihrer Überprüfung Priorität: 16. Oktober 1984, Japan, Ser.No. 216790/84 (P) PATENTANSPRÜCHE

1. Halbleiterlaseranordnung, gekennzeichnet durch

- ein Halbleitersubstrat (1),

- einen auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) in einem Bereich angeordneten Halbleiterlaserbaustein (2), und durch

- mehrere auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) und außerhalb des Bereichs des Halbleiterlaserbausteins (2) liegende Photodetektorbereiche (PD^,PDc,PDr;PDE,PDr; PDa,PDb) zum Empfang der vom Halbleiterlaserbaustein emittierten Laserstrahlung.

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2. Halbleiterlaseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Halbleitersubstrat (1) im wesentlichen in einer Richtung erstreckt, der Bereich, in dem sich der Halbleiter laserbautein (2) befindet, an einem in Erstreckungsrichtung liegenden Ende des Halbleitersubstrats (1) liegt, und daß ein Bereich, in dem sich die Photodetektorbereiche befinden, am anderen in Erstreckungsrichtung liegenden Ende des Halbleitersubstrats (1) liegt.

3. Halbleiterlaseranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Photodetektorbereichen ein mittlerer (PDc), ein linker (PDÄ) und ein rechter Photodetektorbereich (PDr) gehören, und daß die Photodetektorbereiche symmetrisch zu einer ersten sich in Längsrichtung der Halbleiterlaseranordnung erstreckenden Zentrallinie (6) liegen, die durch den mittleren bzw. zentralen Photodetektorbereich (PDc) hindurchläuft.

4. Halbleiterlaseranordnung nach Anspruch 3, dadurc h gekennzeichnet, daß der Halbleiterlaserbaustein (2) einen Streifen (4) aufweist, der Halbleiterlaserbaustein (2) und der Streifen (4) symmetrisch bzw. parallel zu einer zweiten Zentrallinie (5) liegen, und daß die erste und zweite Zentrallinie colinear zueinander verlaufen.

5. Halbleiterlaseranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der linke und der rechte Photodetektorbereich (PD£,PDr) im wesentlichen eine gleiche Größe und Form besitzen, und daß der mittlere Photodetektorbereich (PDc) größer als der linke oder rechte Photodetektorbereich ist.

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6. Halbleiterlaseranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodetektorbereiche (PDB,PDr,PDc) rechteckförmig ausgebildet sind, und daß der mittlere Photodetektorbereich (PDc) breiter ist als der linke bzw. rechte Photodetektorbereich (PDfc,PDr).

7. Halbleiterlaseranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Photodetektorbereich (PDc) mit einem Drahtanschlußbereich (8) versehen ist, der auf der ersten Zentrallinie (6) und an dem dem Halbleiterlaserbaustein (2) abgewandten Ende des mittleren Photodetektorbereichs (PDc) liegt.

8. Halbleiterlaseranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichne t, daß die Photodetektorbereiche (PDg,PDr,PDc) dreieckförmig ausgebildet sind, linker und rechter Photodetektorbereich im wesentlichen gleich groß sind und spiegelbildlich zueinander liegen, und daß der mittlere Photodetektorbereich (PDc) größer als der linke bzw. rechte Photodetektorbereich ist und eine von diesen verschiedene Form besitzt.

9. Halbleiterlaseranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen linken und einen rechten Photodetektorbereich (PD£,PDr) besitzt, die die gleiche Größe haben und in seitlicher Richtung getrennt nebeneinander und symmetrisch zur ersten Zentrallinie (6) angeordnet sind, die zwischen dem linken und rechten Photodetektorbereich in dem zwischen ihnen liegenden Raum verläuft.

10. Halblleiterlaseranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Drahtanschlußbereich (8) aufweist, der auf der

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Zentrallinie (6) liegt und Teile des linken und rechten Photodetektorbereichs (PDE,PDr) einschließt bzw. bedeckt.

11. Halbleiterlaseranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die als Photodetektordioden arbeitenden Photodetektorbereiche (PDfc,PDr) rechteckförmig ausgebildet sind und die gleiche Form und Größe besitzen.

12. Halbleiterlaseranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Photodetektorbereichen zwei rechteckförmige Photodetektorbereiche (PDa,PDb) gehören, die sich auf dem Halbleitersubstrat quer zu dessen Längsrichtung erstrecken, wobei der eine Photodetektorbereich (PDb) am Ende des Halbleitersubstrats (1) und der andere Photodetektorbereich (PDa) zwischen dem einen Photodetektorbereich (PDb) und dem Halbleiterlaserbaustein (2) liegen, und wobei beide Photodetektorbereiche in Längsrichtung des Halbleitersubstrats (1) voneinander beabstandet sind.

13. Halbleiterlaseranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß sie einen Drahtanschlußbereich (8) aufweist, der Teile der beiden Photodetektorbereiche (PDa₇PDb) und des zwischen ihnen liegenden Raumes einschließt bzw. bedeckt.

14. Verfahren zur Überprüfung bzw. zur Bestimmung des symmetrischen Verlaufs und/oder der Richtung der von einer Mehrzahl von Halbleiterlaseranordnungen jeweils emittierten Laserstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Überprüfung bzw. Bestimmung an Halbleiterlaseranordnungen durchgeführt wird, die sich noch im Waferverband befinden und noch nicht voneinander getrennt sind und jede Halbleiterlaseranordnung ein Halbleitersubstrat (1), einen auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats in einem Bereich

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angeordneten Halbleiterlaserbaustein (2) sowie mehrere auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats und außerhalb des Bereichs des Halbleiterlaserbausteins liegende Photodetektorbereiche besitzt, die die vom Halbleiterlaserbaustein emittierte Laserstrahlung empfangen können, und daß folgende weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden:

- Anregung eines Halbleiterlaserbausteins (2) zur Emission von Laserstrahlung in Richtung der Photodetektorbereiche (PDE, PDc, PDr; PDi-, PDr,-PDa, PDb) ,

- Erfassung der Laserstrahlung durch die Photodetektorbereiche, und

-Messung des Photostromes in ausgewählten Photodetektorbereichen (PD£,PDr;PDa,PDb) zur Bestimmung des Verlaufs der Laserstrahlung.

15. Verfahren nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Halbleiterlaseranordnung mit linken und rechten Photodetektorbereichen, die symmetrisch zu einer in Längsrichtung verlaufenden Zentrallinie (6) liegen, zur Überprüfung der seitlichen und/oder Winkelverschiebung des Halbleiterlaserbausteins (2) relativ zur Zentrallinie (6) folgende weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden:

- Messung des Photostromes im linken und im rechten Photodetektorbereich (PDß.,PDr),

- Bildung der Differenz der Photoströme, und

- Überprüfung, ob die Differenz der Photoströme der entsprechenden Photodetektorbereiche innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.

16. Verfahren nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß die linken und rechten Photodetektorbereiche im wesentlichen die gleiche Form und Größe besitzen.

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17. Verfahren nach Anspruch 16,

dadurch gekennzeichnet, daß die linken und rechten Photodetektorbereiche rechteckförmig ausgebildet sind.

18. Verfahren nach Anspruch 16,

dadurch gekennzeichnet, daß die linken und rechten Photodetektorbereiche dreieckförmig ausgebildet sind.

19. Verfahren nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß die linken und rechten Photodetektorbereiche rechteckförmig ausgebildet, in seitlicher Richtung getrennt nebeneinander und symmetrisch zur longitudinalen Zentrallinie (6) liegend angeordnet sind, die im Raum zwischen beiden Photodetektorbereichen verläuft.

20. Verfahren nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß zu den Photodetektorbereichen weiterhin ein mittlerer bzw. zentraler Photodetektorbereich (PDc) gehört, der zwischen den linken und rechten Photodetektorbereichen (PD£,PDr) liegt, und durch den die Zentrallinie (6) hindurchläuft, zu der er symmetrisch liegt.

21. Verfahren nach Anspruch 14,

da' durch gekennzeichnet, daß zur Messung der vertikalen Symmetrie bzw. des vertikalen Verlaufs der Laserstrahlung der Halbleiterlaseranordnung, die zwei rechteckförmige Photodetektorbereiche (PDa,PDb) besitzt, die sich in seitlicher Richtung auf dem Halbleitersubstrat (1) erstrecken und in dessen Längsrichtung getrennt hintereinanderliegend angeordnet sind, folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

TER MEER · MÜLLER · STEINMEIS-f&R-

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- Messung des Photostromes in jedem der Photodetektorbereiche (PDa,PDb),

- Bildung des Verhältnisses der gemessenen Photoströme, und

- Überprüfung, ob die Photoströme im Verhältnis 1:1 zueinander stehen.

22. Verfahren nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterlaserbaustein (2) zur Aussendung von Laserstrahlung in Vorwärtsrichtung angeregt wird, die entgegengesetzt zur Richtung verläuft, in der die Photodetektorbereiche des Halbleitersubstrats liegen, auf dem der Halbleiterlaserbaustein angeordnet ist, so daß diese Laserstrahlung auf die Photodetektorbereiche der in Vorwärtsrichtung benachbart liegenden identischen Halbleiterlaseranordnung auftrifft, und daß die Photoströme der benachbart in Vorwärtsrichtung liegenden linken und rechten Photodetektorbereiche (PDg,PDr) gemessen bzw. bestimmt werden.