【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】表面贴装的兼容的VCSEL阵列相关申请的交叉引用本申请要求2017年8月14日提交的美国临时专利申请62/545,363的权益。
本公开涉及半导体器件，并且更具体涉及半导体激光器的多光束阵列。
技术介绍
垂直腔面发射激光器(VCSEL)是具有独特性能优势的通用型半导体激光器。它们目前用于高速数据通信，光学感测应用(诸如接近感测)和激光雷达。通过在半导体材料(通常为砷化镓)的晶圆的表面上使激光腔以层状形式外延生长来制造器件。结果，它们在垂直于晶圆表面的方向上发光。由于没有必要，如边缘发射半导体激光器所需要的，切割半导体晶圆以形成激光腔，所以可以很容易地在单个半导体裸片中以VCSEL的一维和二维阵列制造器件。VCSEL阵列提供了一种将输出功率按比例缩放到更高功率水平的方法，并能够使阵列中的各个激光器或激光器组被配置为独立的功率和控制。已经提出并且制造了VCSEL的许多设计或配置。这些设计中的大多数都需要某种程度的封装，以提供保护激光器表面不受环境影响，并提供与常规印刷电路板的连接。一个典型的示例是VCSE...
【技术保护点】
1.一种单个半导体裸片上的垂直腔面发射激光器或其他半导体发光器件的阵列，包括：/n腔内接触层和分布式布拉格反射器(DBR)，腔内接触层被配置为允许跨半导体晶圆的横向导电；/n多个台面，通过在腔内接触层之上蚀刻层而制造多个台面，使得台面的p-n结区域被分离且腔内接触层被暴露用于与腔内接触层的表面进行电接触，其中台面中的一些是短路台面，并且通过在短路台面结构的顶部和侧面上的沉积金属被电短路，使得电流被分流经过每个短路台面的每个p-n结区域直接到达腔内接触层上的接触金属，以及其中台面中的一些是激光台面，并且在每个激光台面结构的顶部处具有电触点以及通过阻止每个激光台面的每个p-n结...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170814 US 62/545,3631.一种单个半导体裸片上的垂直腔面发射激光器或其他半导体发光器件的阵列，包括：
腔内接触层和分布式布拉格反射器(DBR)，腔内接触层被配置为允许跨半导体晶圆的横向导电；
多个台面，通过在腔内接触层之上蚀刻层而制造多个台面，使得台面的p-n结区域被分离且腔内接触层被暴露用于与腔内接触层的表面进行电接触，其中台面中的一些是短路台面，并且通过在短路台面结构的顶部和侧面上的沉积金属被电短路，使得电流被分流经过每个短路台面的每个p-n结区域直接到达腔内接触层上的接触金属，以及其中台面中的一些是激光台面，并且在每个激光台面结构的顶部处具有电触点以及通过阻止每个激光台面的每个p-n结区域的短路的介电层在激光台面结构的侧面上被绝缘，使得电流流过每个激光台面的每个p-n结区域以发光；
沉积在腔内接触层上的金属触点，被配置为从每个激光台面附近横向地传导电流以连接到短路台面，以减少腔内接触层中的电流传播损耗；
第一厚金属涂层，被施加在激光台面上以提供防腐蚀保护、附加散热和第一鲁棒电接触面；以及
第二厚金属涂层，被施加在短路台面上与金属触点重叠，以提供短路台面和腔内接触层之间的电连接和第二鲁棒电接触面；
其中金属覆盖的台面允许在半导体晶圆的一侧上制造阳极触点和阴极触点，而且从半导体晶圆的相对侧发出光，
其中所述一侧经受使用沉积绝缘材料进行的平坦化处理，并且设有两个或更多个图案化金属衬垫，第一图案化金属衬垫在两个或更多个短路台面的阴极触点之间提供第一平面电互连，以及第二图案化金属衬垫为一个或多个激光台面的阳极触点提供第二平面电互连，第一平面电互连与第二平面互连分离；以及
其中，在将半导体裸片从半导体晶圆切分之后，所述一侧被配置为直接焊接到印刷电路板上作为表面贴装部件，而无需附加封装。
2.如权利要求1所述的阵列，还包括沟槽或注入区域或其组合，以通过使腔内接触层的区域不导电而将激光台面中的一个或多个和短路台面中的一个或多个与多个台面中的其他台面电隔离，并且其中两个或更多个图案化金属衬垫在平坦化之后被图案化，因此隔离的台面能够通过来自印刷电路板的金属柱或金属凸块进行单独地电接触。
3.如权利要求1所述的阵列，其中，半导体晶圆包括机械地或化学地薄化的基板和抗反射涂层。
4.如权利要求1所述的阵列，其中，半导体晶圆包括基板，基板包括与激光台面对准的蚀刻到基板中的透镜，使得能够通过选择每个透镜的透镜轮廓和偏移而改变每个激光台面的光束特性，其中偏移改变每个透镜与相应激光台面的激光轴线的对准。
5.如权利要求1所述的阵列，其中，半导体晶圆包括基板，基板包括与激光台面对准的蚀刻到基板中的衍射光学元件，使得能够通过衍射光学元件改变每个激光台面的光束特性，其中光束特性包括散度、形状和方向。
6.如权利要求1所述的阵列，其中，半导体晶圆包括基板，基板包括与激光台面的孔径对准的蚀刻在基板中的通孔，使得基板吸收被降低用于以在激光传输期间将被基板吸收的波长的低损耗操作。
7.如权利要求1所述的阵列，其中，半导体晶圆包括基板，基板通过机械和化学方法被去除并被替换为透明支撑基板，透明支撑基板能够被接合用于机械支撑。
8.如权利要求1所述的阵列，其中，半导体晶圆包括基板，基板通过机械和化学方法被去除并被替换为透明支撑基板，透明支撑基板包括与激光台面对准的透镜或其他衍射表面，使得能够改变光束特性，光束特性包括散度、形状和方向中的一个或多个。
9.如权利要求1所述的阵列，其中，半导体晶圆包括基板，基板通过机械和化学方法被去除并被替换为透明支撑基板，透明支撑基板包括能够被接合到腔内接触层的表面的反射涂层，以为每个激光台面提供外部激光腔。
10.如权利要求1所述的阵列，其中，半导体晶圆包括基板，基板通过机械和化学方法被去除并被替换为透明支撑基板，透明支撑基板包括凸透镜表面或凹透镜表面以及能够被接合到腔内接触层的表面的反射涂层，以为每个激光台面提供外部激光腔。
11.如权利要求1所述的阵列，其中，半导体晶圆包括基板，基板通过机械和化学方法被去除并被替换为替换支撑基板，替换支撑基板包括具有反射涂层的玻璃或晶体固态激光增益介质，玻璃或晶体固态激光增益介质能够被接合到腔内接触层的表面，以提供VCSEL泵浦固态激光器阵列。
12.如权利要求1所述的阵列，还包括在两个或更多个图案化金属衬垫上设为电触点的导电金属衬垫、导电金属柱或导电金属凸块，其中两个或更多个图案化金属衬垫具有使得常规印刷电路制造技术能够使用导电金属衬垫、导电金属柱或导电金属凸块作为焊垫的大小、间距和高度。
13.如权利要求12所述的阵列，还包括在阳极触点和阴极触点上以阻止金属间扩散的凸块下金属化层，以及预镀锡到阳极触点和阴极触点的表面的焊料。
14.如权利要求12所述的阵列，还包括在阳极触点和阴极触点上以阻止金属间扩散的凸块下金属化层，以及预附着到阳极触点和阴极触点的焊球。
15.如权利要求1所述的阵列，还包括第二介电平坦化层，第二介电平坦化层被施加到阳极触点和阴极触点，以保护阳极触点和阴极触点的暴露侧或其电连接，以提供附加机械支撑，以及以阻止阳极触点和阴极触点之间的空间中的污染物及其电连接。
16.如权利要求1所述的阵列，还包括在所述一侧上被图案化的焊料润湿阻隔层，以将焊料润湿限于两个或更多个图案化金属衬垫，其中，两个或更多个图案化金属衬垫具有使得常规印刷电路制造技术能够使用两个或更多个图案化金属衬垫作为焊垫的大小、间距和高度。
17.如权利要求16所述的阵列，还包括预镀锡到阳极触点和阴极触点的表面的焊料。
18.如权利要求16所述的阵列，还包括预附着到阳极触点和阴极触点的焊球。
19.如权利要求16所述的阵列，还包括沟槽或注入区域或其组合，以通过使腔内接触层的区域不导电而将激光台面中的一个或多个和短路台面中的一个或多个与多个台面中的其他台面电隔离，并且其中两个或更多个图案化金属衬垫在平坦化之后被图案化，因此隔离的台面能够通过印刷电路板的衬垫进行单独地电接触。
20.如权利要求1所述的阵列，还包括在至少两个或更多个图案化金属衬垫上的保护性金属涂层，以阻止腐蚀以及阻止标准软焊料扩散。
21.一种在单个半导体裸片上的垂直腔面发射激光器或其他半导体发光器件的阵列，包括：
位于半导体晶圆上的第一腔内接触层和第一生长分布式布拉格反射器(DBR)，第一腔内接触层被配置为允许跨半导体晶圆的横向导电；
后生长的第二DBR，被配置为降低反射率；
位于第二DBR之上的第二腔内接触层；
在第二腔内接触层上制造的环形欧姆触点，环形欧姆触点具有开口，开口大小被定为适于不会对激光孔径造成过多衍射损耗；
沉积在环形欧姆触点中的开口上的介电层或金属层序列，被配置为当用作激光腔或谐振LED腔的部分时，增大第二DBR的反射率，其中介电层或金属层序列被图案化以暴露环形欧姆触点的表面；
多个台面，通过在第二腔内接触层之上蚀刻层而制造多个台面，使得台面的p-n结区域被分离且第二腔内接触层被暴露用于与第二腔内接触层的表面进行电接触，其中台面中的一些是短路台面，并且通过在短路台面结构的顶部和侧面上的沉积金属被电短路，使得电流被分流经过每个短路台面的每个p-n结区域直接到达腔内接触层上的接触金属，以及其中台面中的一些是激光台面，并且在每个激光台面结构的顶部处具有电触点以及通过阻止每个激光台面的每个p-n结区域的短路的介电层在激光台面结构的侧面上被绝缘，使得电流流过每个激光台面的每个p-n结区域以发光；
沉积在第二腔内接触层上的金属触点，被配置为从每个激光台面附近横向地传导电流以连接到短路台面，以减小第二腔内接触层中的电流传播损耗；
第一厚金属涂层，被施加在激光台面上以提供防腐蚀保护、附加散热和第一鲁棒电接触面；以及
第二厚金属涂层，被施加在短路台面上与金属触点重叠，以提供短路台面和第二腔内接触层之间的电连接和第二鲁棒电接触面；
其中金属覆盖的台面允许在半导体晶圆的一侧上制造阳极触点和阴极触点，而且从半导体晶圆的相对侧发出光，
其中所述一侧经受使用沉积绝缘材料进行的平坦化处理，并且设有两个或更多个图案化金属衬垫，第一图案化金属衬垫在两个或更多个短路台面的阴极触点之间提供第一平面电互连，以及第二图案化金属衬垫为一个或多个激光台面的阳极触点提供第二平面电互连，第一平面电互连与第二平面互连分离；以及
其中，在将半导体裸片从半导体晶圆切分之后，所述一侧被配置为直接焊接到印刷电路板上作为表面贴装部件，而无需附加封装。
22.如权利要求21所述的阵列，还包括沟槽或注入区域或其组合，以通过使第二腔内接触层的区域不导电而将激光台面中的一个或多个和短路台面中的一个或多个与多个台面中的其他台面电隔离，并且其中两个或更多个图案化金属衬垫在平坦化之后被图案化，因此隔离的台面能够通过来自印刷电路板的金属柱或金属凸块进行单独地电接触。
23.如权利要求21所述的阵列，其中，半导体晶圆包括机械地或化学地薄化的基板和抗反射涂层。
24.如权利要求21所述的阵列，其中，半导体晶圆包括基板，基板包括与激光台面对准的蚀刻到基板中的透镜，使得能够通过选择每个透镜的透镜轮廓和偏移而改变每个激光台面的光束特性，其中偏移改变每个透镜与相应激光台面的激光轴线的对准。
25.如权利要求21所述的阵列，其中，半导体晶圆包括基板，基板包括与激光台面对准的蚀刻到基板中的衍射光学元件，使得能够通过衍射光学元件改变每个激光台面的光束特性，其中光束特性包括散度、形状和方向。
26.如权利要求21所述的阵列，其中，半导体晶圆包括基板，基板包括与激光台面的孔径对准的蚀刻在基板中的通孔，使得基板吸收被降低用于以在激光传输期间将被基板吸收的波长的低损耗操作。
27.如权利要求21所述的阵列，其中，半导体晶圆包括基板，基板通过机械和化学方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·F·卡森，奈因怡·李，米尔·E·沃伦，
申请(专利权)人：三流明公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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