緊湊激光器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光器件，其中該激光器件尤其適合于感測(cè)應(yīng)用。本發(fā)明還涉及以唯一的方式標(biāo)記半導(dǎo)體芯片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于光學(xué)傳感器的激光器件通常包括垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。下一代要求至少6mW的光學(xué)輸出功率。具有這樣高的輸出功率的現(xiàn)有技術(shù)VCSEL通過(guò)增加VCSEL的有效直徑或孔的直徑(?14um)來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)總體管芯尺寸需要盡可能小并且激光器件的產(chǎn)率必須為高以便滿足成本目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因此本發(fā)明的目的是提供一種使得能夠?qū)崿F(xiàn)小管芯或芯片尺寸和高產(chǎn)率的組合的改進(jìn)的激光器件。
[0004]根據(jù)第一方面，提出一種包括提供在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上的兩個(gè)到六個(gè)之間的臺(tái)面的激光器件。臺(tái)面并聯(lián)電氣連接使得臺(tái)面適配成如果向臺(tái)面提供經(jīng)限定的閾值電壓則發(fā)射激光。激光器件還包括用于電氣驅(qū)動(dòng)臺(tái)面的驅(qū)動(dòng)器，其中驅(qū)動(dòng)器適配成向臺(tái)面提供經(jīng)限定的閾值電壓。
[0005]包括具有增加的孔直徑的僅一個(gè)臺(tái)面的激光器件可以具有以下優(yōu)點(diǎn):器件的尺寸是小的。尺寸是關(guān)鍵因素，因?yàn)樾酒娣e確定可以在一輪中制造的每晶片的半導(dǎo)體芯片數(shù)目并且因此確定激光器件的價(jià)格。測(cè)試已經(jīng)顯示出，意味著每晶片的激光器芯片數(shù)目滿足具有一個(gè)臺(tái)面的這樣的激光器件的質(zhì)量目標(biāo)的生產(chǎn)產(chǎn)率不是令人滿意的。生產(chǎn)擴(kuò)展由于緊密的工藝窗口而是高的。另外的調(diào)研已經(jīng)顯示出，在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上提供具有每臺(tái)面的較小孔以及因而較小光學(xué)功率輸出的兩個(gè)到六個(gè)之間的臺(tái)面增加產(chǎn)率并且使得能夠?qū)崿F(xiàn)激光器件的較低溫度敏感性。臺(tái)面并聯(lián)電氣連接使得在操作中同時(shí)為所有臺(tái)面提供電力。一個(gè)半導(dǎo)體芯片上的所有臺(tái)面因而同時(shí)發(fā)射激光。相比于在每激光器件僅一個(gè)臺(tái)面的情況下的集中熱耗散，當(dāng)并行操作兩個(gè)至六個(gè)臺(tái)面時(shí)，較低溫度敏感性可以由熱分布導(dǎo)致或者至少受其積極影響。后一種效應(yīng)甚至可以通過(guò)以使得能夠跨激光器件實(shí)現(xiàn)均勻熱分布的方式分布兩個(gè)至六個(gè)之間的臺(tái)面來(lái)改進(jìn)。臺(tái)面之間的距離可以關(guān)于半導(dǎo)體芯片上的可用區(qū)域而最大化。比如切塊等之類的工藝步驟可能要求臺(tái)面與半導(dǎo)體芯片的邊緣之間的最小距離，因而限制可用區(qū)域。芯片的形式可以因而影響臺(tái)面的定位。在大多數(shù)情況中，二次半導(dǎo)體芯片可能是優(yōu)選的。盡管具有一個(gè)臺(tái)面的半導(dǎo)體芯片較小并且使得能夠?qū)崿F(xiàn)較多半導(dǎo)體芯片這一事實(shí)，但是改進(jìn)的產(chǎn)率過(guò)補(bǔ)償由增加的臺(tái)面數(shù)目導(dǎo)致的激光器件的較大尺寸。
[0006]令人驚喜的是，提供多于六個(gè)臺(tái)面并沒(méi)有幫助，因?yàn)楫a(chǎn)率再次降低。調(diào)研已經(jīng)進(jìn)一步顯示出，每激光器件三個(gè)臺(tái)面引起最高產(chǎn)率。三個(gè)臺(tái)面可以優(yōu)選地布置在半導(dǎo)體芯片的可用區(qū)域上使得臺(tái)面的中心構(gòu)建等邊三角形以便最大化臺(tái)面之間的距離。臺(tái)面的這種布置可以使得能夠?qū)崿F(xiàn)在每一個(gè)臺(tái)面中生成的熱量跨半導(dǎo)體芯片的均勻分布。
[0007]激光器件的半導(dǎo)體芯片優(yōu)選地具有小于250μπι的邊長(zhǎng)。半導(dǎo)體芯片的尺寸確定每晶片的芯片數(shù)目并且因而強(qiáng)烈地影響激光器件的價(jià)格。意圖提供盡可能小的半導(dǎo)體芯片。同時(shí)必須由激光器件發(fā)射的所請(qǐng)求的光學(xué)功率增加，如果芯片尺寸將較大則這將會(huì)更容易。半導(dǎo)體芯片的邊長(zhǎng)可以甚至小于250μ??，比如200μπι，或者甚至小于150μ??，從而進(jìn)一步減小處理窗口。
[0008]激光器件適配成發(fā)射4mW與1mW之間的光學(xué)功率的激光，如果它們連接到對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)器和電源的話。電源可以是常規(guī)AC線、電池或能夠?yàn)榧す馄骷蛯?duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)器供電的任何其它電源。電源的種類可以取決于應(yīng)用。優(yōu)選地可再充電的電池可以使用在移動(dòng)應(yīng)用中，比如例如如移動(dòng)電話、智能電話、膝上型電腦等之類的移動(dòng)設(shè)備中的接近檢測(cè)。
[0009 ] 激光器件優(yōu)選地適配成當(dāng)發(fā)射4mW與I OmW之間的光學(xué)功率的激光時(shí)，在12mA的電流下以1.6V與2.2V之間的電壓驅(qū)動(dòng)。激光器件可以適配成在半導(dǎo)體芯片的溫度為60 °C下發(fā)射4mW與1mW之間的光學(xué)功率的激光。器件的溫度在操作中通?？梢赃_(dá)到60°C。因而關(guān)鍵的是光學(xué)功率不跌至4mW以下以便滿足質(zhì)量要求。半導(dǎo)體芯片的溫度是半導(dǎo)體芯片的襯底的溫度，而不是可能高相當(dāng)多的激光器的有源層中的局部溫度。
[0010]激光器件優(yōu)選地適配成當(dāng)以12mA的電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，在半導(dǎo)體芯片的溫度為25°C下發(fā)射從半導(dǎo)體芯片為60°C下所發(fā)射的激光功率偏離小于20%的光學(xué)功率的激光。偏離最優(yōu)選地甚至小于10%。一些應(yīng)用要求光學(xué)輸出功率在預(yù)確定的電氣驅(qū)動(dòng)電流下的高溫度穩(wěn)定性。激光器件的高溫度穩(wěn)定性可以降低關(guān)于驅(qū)動(dòng)電路的要求?？梢圆灰蟾郊觽鞲衅骱?或反饋回路以便跨寬溫度范圍提供所請(qǐng)求的光學(xué)功率。
[0011 ]激光器件優(yōu)選地適配成發(fā)射具有光學(xué)功率的激光，其中當(dāng)以3mA與12mA之間的電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，光學(xué)功率線性地取決于所提供的電流。光學(xué)功率對(duì)電氣驅(qū)動(dòng)電流的線性相關(guān)可以簡(jiǎn)化請(qǐng)求這樣的功率控制的應(yīng)用中的光學(xué)輸出功率的控制。
[0012]臺(tái)面可以包括5μπι與9μπι之間的有效直徑以便提供4mW與IOmW之間的光學(xué)功率。在2-4個(gè)臺(tái)面的情況下，7μπι與9μπι之間的有效直徑可以是優(yōu)選的，其中最高效的器件可以包括具有8μπι的有效直徑的臺(tái)面。在5-6個(gè)臺(tái)面的情況下，5μπι與7μπι之間的有效直徑可以是優(yōu)選的。臺(tái)面的有效直徑在包括半導(dǎo)體芯片的晶片的處理期間借助于臺(tái)面內(nèi)的限域?qū)拥难趸瘉?lái)確定。有效直徑將電流約束到關(guān)于半導(dǎo)體芯片的襯底而提供在底部與頂部分布式布拉格反射鏡(DBR)之間的每一個(gè)臺(tái)面內(nèi)的有源層的經(jīng)限定區(qū)域。
[0013]半導(dǎo)體芯片可以優(yōu)選地包括具有用于標(biāo)識(shí)激光器件的代碼的功能層。鑒于優(yōu)選地150μπιΧ150μπι或更小的小芯片尺寸，借助于比如噴墨印刷之類的公知印刷技術(shù)所提供的芯片數(shù)目也許不大可能。因而可以提供功能層，其包括使得能夠標(biāo)識(shí)每一個(gè)芯片的代碼。代碼可以是提供在功能層中的條形碼，使得可以在光學(xué)上標(biāo)識(shí)芯片。功能層因而必須在處理半導(dǎo)體芯片或激光器件之后是可見(jiàn)的。功能層可以優(yōu)選地為用于操作激光器件所需要的層之一?？梢岳缥g刻金屬化層之一使得除了制造和最終驅(qū)動(dòng)激光器件所需要的結(jié)構(gòu)(例如電氣接觸件)之外，條形碼式結(jié)構(gòu)可以在金屬化層的一個(gè)或多個(gè)邊緣處可見(jiàn)。這樣的二進(jìn)制代碼可以用于使得能夠追蹤每一個(gè)激光器件。用于追蹤激光器件的金屬化層可以例如附加地用于鍵合和接觸。
[0014]例如用于接近檢測(cè)的光學(xué)傳感器可以包括所描述的激光器件中的一個(gè)或多個(gè)。使用包括可以單獨(dú)尋址的多個(gè)臺(tái)面的陣列對(duì)于比如印刷和加熱之類的功率應(yīng)用而言是已知的。這些應(yīng)用要求提供數(shù)瓦特或甚至數(shù)百瓦特的光學(xué)或激光功率的高功率激光器件。單獨(dú)可尋址臺(tái)面的陣列使得能夠?qū)崿F(xiàn)所發(fā)射的激光功率的簡(jiǎn)單切換。光學(xué)傳感器發(fā)射具有僅幾mW的光學(xué)功率的激光使得每半導(dǎo)體芯片的多于一個(gè)臺(tái)面似乎是不合期望的。無(wú)論如何，包括2到六個(gè)之間的臺(tái)面的激光器件的改進(jìn)的產(chǎn)率和溫度穩(wěn)定性使得能夠以降低的成本實(shí)現(xiàn)比如接近傳感器之類的改進(jìn)的光學(xué)傳感器。
[0015]另外，描述了一種標(biāo)記半導(dǎo)體芯片、尤其是用于激光器件的小半導(dǎo)體芯片的改進(jìn)的方法。
[0016]方法包括以下步驟:
-提供半導(dǎo)體芯片的功能層;以及
-以單個(gè)半導(dǎo)體芯片可以借助于光學(xué)檢測(cè)而唯一地標(biāo)識(shí)的方式結(jié)構(gòu)化功能層。
[0017]方法可以使得能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體芯片或激光器件的明確標(biāo)記，使得能夠追蹤例如單個(gè)激光器件。追蹤對(duì)于質(zhì)量管理可能是所需要的。比如用于例如電氣接觸所需要的金屬化層之類的功能層的結(jié)構(gòu)化避免附加制造步驟，比如在半