用于高密度光发射器阵列的多层导体互连件制造技术

描述一种可以电连接大型高密度可寻址阵列中的复杂分布的VCSEL或其他光发射器元件的多层互连件。阵列可以包括彼此穿插的许多组VCSEL元件以形成结构化阵列。每个组可以连接到接触焊盘，使得每组光发射器元件可以被单独激活。

Multilayer conductor interconnects for high density optical emitter arrays

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高密度光发射器阵列的多层导体互连件
本公开涉及用于高密度光发射器阵列的多层导体互连件。
技术介绍
垂直腔表面发射激光器(“VCSEL”)和其他光发射器阵列在三维(“3D”)成像和感测领域存在许多新应用。例如，VCSEL和VCSEL阵列可以用于飞行时间(“TOF”)距离测量、立体照明和结构化光照明。在后一类应用中，包括特殊设计的结构化光图案的结构化光照明被投影到场景中以利用点阵列照明场景中的物体。传感器用于分析具有结构化光图案的物体的图像并确定与物体及它们的位置相关的3D信息。这种技术的应用包括但不限于，自动聚焦摄像仪和计算机游戏系统。其他主要应用用于自动驾驶车辆和自动化运输控制。VCSEL可以构造成大型阵列，其中阵列结构包括许多形式和布局。在简单照明器中，所有VCSEL元件被一起激活并且输出经投影以形成结构化照明图案的光束。然而，存在许多要求VCSEL元件的子集被单独激活的应用。这些子集可以位于不同组中或者VCSEL元件可以经分布使得一个组的VCSEL穿插在其他组的VCSEL中。不同组的电连接相对简单并可以实现，例如，使用顶部导电层并将不同区段布线到阵列基板的边缘处的不同连接焊盘。在每个组的VCSEL彼此穿插的布置中，互联变得更为复杂。必须在各个VCSEL之间布线单独的连接，这使得构造大密度VCSEL阵列变得困难。
技术实现思路
本公开描述用于光投影和三维(“3D”)成像的光学模块，并且，具体地，描述使用包括光发射器的可寻址阵列(包括表面发射光源如VCSEL)的阵列产生无源动态结构化光图案以用于3D成像、手势识别以及需要小的形状因子照射源的其他应用的微型光学光源和模块。例如，一个方面描述用于产生高密度照明图案的装置。该装置包括位于公共基板上的发光元件的阵列、位于发光元件的底部基板侧上的公共电接触件以及设置在阵列上方的多个导体图案的堆叠件。导体图案彼此电隔离，并且导体图案的每个接触阵列内的相应子集的发光元件的相应电接触区域。电接触焊盘设置在阵列的外围。导体图案中的每个分别电连接到电接触焊盘中的至少一个，并且导体图案中的至少一个跨过导体图案中的另一个。根据另一方面，本公开描述一种用于产生高密度照明图案的装置。该装置包括位于公共基板上的发光元件的阵列，每个发光元件包括位于发光元件的基板侧上的相应底部反射器和位于发光元件的另一侧上的顶部反射器。该装置进一步包括位于发光元件的底部基板侧上的公共电接触件。第一电介质层在发光元件的阵列上，其中第一电介质层覆盖基板以及除了每个发光元件的顶部电接触区域之外的发光元件。第一顶部导体图案位于第一电介质层上并接触发光元件的第一子集的相应顶部电接触区域。一系列的至少一个附加电介质层和至少一个附加顶部导体图案被设置为使得发光元件的相应子集的顶部电接触区域连接到至少一个附加顶部导体图案的相应一个。电接触焊盘设置在阵列的外围，其中第一顶部导体图案和附加顶部导体图案中的每个分别电连接到电接触焊盘中的一个或多个。在一些实施方式中，发光元件的阵列包括表面发射元件的阵列，例如VCSEL阵列。本公开提供具有穿插元件的大型可寻址光发射器(例如VCSEL)阵列的复杂互连问题的解决方案。多层导体被提供来连接例如VCSEL并将连接点布线到VCSEL阵列外围处的接触焊盘。每个导体层可以用于连接阵列中的一个或多VCSEL元件的子集并将连接点布线到外围接触焊盘。这意味着导体不局限于并排布线，而是可以放置在彼此的顶部上，使得例如对于五层，五个导体能够放置在与如果采用标准VCSEL技术则一个导体所在的空间相同的横向空间中。多层导体结构还允许一层中的导体跨过其他层中的导体，从而极大地提高互连灵活性和复杂性。这一特征对于连接其中不同组具有彼此穿插的VCSEL元件的大型VCSEL阵列是关键的。每个导体层跟其他导体层例如通过绝缘电介质层是分离的。合适的电介质材料包括氮化硅、二氧化硅、聚合物(如，聚酰亚胺)和其他绝缘材料。一些实施方式使用透明的导电层。这一特征可以使得导体能够被放置在VCSEL的发射区域上方而不会阻挡输出光束。本公开描述的原理不仅可适用于VCSEL阵列，而且可适用于其他类型的发光元件阵列(例如，LED或谐振LED阵列)，并且例如如果发光元件需要可寻址并具有复杂阵列布局，则可以是特别有利的。阵列中的发光元件可以被激活，从而例如利用结构化点分布照明场景。多个不同点结构可以通过单独激活阵列中的每组元件来形成。根据下列具体实施方式、附图和权利要求书的内容，其他方面、特征和优势将是明显的。附图说明图1示出VCSEL阵列的示例，其中VCSEL阵列具有位于基板的底部侧上的公共底部接触件以及接触阵列中的所有VCSEL元件的单层顶部接触件。图2示出VCSEL阵列的示例，该VCSEL阵列具有到每个VCSEL元件的单独的顶部接触件以提供可寻址VCSEL阵列。图3是其中两层顶部导体用于连接到VCSEL元件顶部接触件并且电介质层用在导体层之间以将它们电隔离的示例。图4(a)和图4(b)示出单层导体(图4(a))和两层导体(图4(b))的连接布置的并排比较。图5示出VCSEL元件使用透明导体材料的多层导体连接使得导体可以越过另一个VCSEL的发射区而不妨碍输出光束透射的示例。图6示出多个导体层如何可用于提供VCSEL阵列，其中VCSEL元件的多个不同集能够被独立激活从而形成多个不同的结构化照射图案。具体实施方式如图1中所示的，顶部发射VCSEL阵列包括VCSEL元件101，每个VCSEL元件101包括谐振光学腔，谐振光学腔由接触基板102的底部分布布拉格反射器(“DBR”)(例如，镜)和顶部DBR反射器形成。在谐振腔中的反射器之间，增益区包括多个量子阱结构，它们在被电流激活时提供光学增益。靠近增益区，电流限制孔108被提供，以将电流集中在VCSEL结构的中心中，从而在量子阱中建立高增益。如图1中进一步示出的，两个导体103、105传送激活电流。顶部导体103连接到顶部DBR反射器上的顶部接触件。电流流过顶部DBR反射器、流过孔和增益区、流过底部DBR到达基板102中。基板是导电的，使得电流可以流过基板到达底部接触件和导体105。电介质电绝缘层104被制造在基板上和VCSEL元件的下部分上，以隔离顶部导体103中的电流，避免通过基板或通过VCSEL元件的一侧短路到底部接触件105。图1中的VCSEL阵列是顶部发射VCSEL阵列，并且顶部DBR反射器(例如，镜)被制造成部分反射，使得输出光束107从顶表面106透射出去。在底部发射VCSEL中，底部DBR被制造成部分反射并且输出光束透过基板并从VCSEL阵列的底部透射出去。孔形成在底部导体105中，以允许光束透射。VCSEL的其他变型包括三种镜类型，其中DBR镜的其中一个被分成两部分，并且在这两部分之间设置有间隔器。这些特征改变光学谐振器的特性从而改变输出光束的特点。所有这些变型具有顶部接触件和底部接触件的公共电气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于产生高密度照明图案的装置，所述装置包括：/n位于公共基板上的发光元件的阵列，每个发光元件包括位于所述发光元件的基板侧上的相应底部反射器和位于所述发光元件的另一侧上的顶部反射器；/n位于所述发光元件的底部基板侧上的公共电接触件；/n位于所述发光元件的阵列上的第一电介质层，所述第一电介质层覆盖所述基板以及除了每个发光元件的顶部电接触区域之外的发光元件；/n第一顶部导体图案，位于所述第一电介质层上并接触所述发光元件的第一子集的相应顶部电接触区域；/n一系列的至少一个附加电介质层和至少一个附加顶部导体图案，被设置为使得发光元件的相应子集的所述顶部电接触区域连接到所述至少一个附加顶部导体图案中的相应一个；以及/n位于所述阵列的外围处的电接触焊盘，其中所述第一顶部导体图案和所述附加顶部导体图案中的每个分别电连接到所述电接触焊盘中的一个或多个。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170822 US 62/548,7891.一种用于产生高密度照明图案的装置，所述装置包括：
位于公共基板上的发光元件的阵列，每个发光元件包括位于所述发光元件的基板侧上的相应底部反射器和位于所述发光元件的另一侧上的顶部反射器；
位于所述发光元件的底部基板侧上的公共电接触件；
位于所述发光元件的阵列上的第一电介质层，所述第一电介质层覆盖所述基板以及除了每个发光元件的顶部电接触区域之外的发光元件；
第一顶部导体图案，位于所述第一电介质层上并接触所述发光元件的第一子集的相应顶部电接触区域；
一系列的至少一个附加电介质层和至少一个附加顶部导体图案，被设置为使得发光元件的相应子集的所述顶部电接触区域连接到所述至少一个附加顶部导体图案中的相应一个；以及
位于所述阵列的外围处的电接触焊盘，其中所述第一顶部导体图案和所述附加顶部导体图案中的每个分别电连接到所述电接触焊盘中的一个或多个。


2.根据权利要求1所述的装置，其中所述发光元件的阵列包括表面发射元件的阵列。


3.根据权利要求1所述的装置，其中所述发光元件的阵列包括VCSEL的阵列。


4.根据权利要求3所述的装置，其中所述VCSEL包括三镜配置VCSEL。


5.根据权利要求1所述的装置，其中所述发光元件是顶部发射VCSEL，并且其中所述至少一个附加电介质层中的每个是光学透明的并覆盖所述VCSEL的发射区域。


6.根据权利要求1所述的装置，其中所述发光元件是顶部发射VCSEL，并且其中至少一个附加顶部导体层是光学透明的并被布线在所述VCSEL的发射区域上方。


7.根据权利要求1所述的装置，其中所述一系列的至少一个附加电介质层和至少一个附加顶部导体图案包括：
位于所述第一顶部导体图案上的第一附加电介质层；
第一附加顶部导体图案，位于所述第一附加电介质层上并接触所述发光元件的第二子集的相应顶部电接触区域；
位于所述第一附加顶部导体图案上的第二附加电介质层；以及
第二附加顶部导体图案，位于所述第二附加电介质层上并接触所述发光元件的第三子集的相应顶部电接触区域。


8.根据权利要求7所述的装置，其中所述一系列的至少一个附加电介质层和至少一个附加顶部导体图案进一步包括：
位于所述第二附加顶部导体图案上的第三附加电介质层；和

【专利技术属性】
技术研发人员：许国阳，C·高希，让弗朗西斯·苏仁，劳伦斯·沃特金斯，
申请(专利权)人：普林斯顿光电子公司，
类型：发明
国别省市：美国;US