緊湊激光器件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種激光器件，其中該激光器件尤其適合于感測應用。本發明還涉及以唯一的方式標記半導體芯片的方法。
【背景技術】
[0002]用于光學傳感器的激光器件通常包括垂直腔表面發射激光器(VCSEL)。下一代要求至少6mW的光學輸出功率。具有這樣高的輸出功率的現有技術VCSEL通過增加VCSEL的有效直徑或孔的直徑(?14um)來實現。同時總體管芯尺寸需要盡可能小并且激光器件的產率必須為高以便滿足成本目標。
【發明內容】
[0003]因此本發明的目的是提供一種使得能夠實現小管芯或芯片尺寸和高產率的組合的改進的激光器件。
[0004]根據第一方面，提出一種包括提供在一個半導體芯片上的兩個到六個之間的臺面的激光器件。臺面并聯電氣連接使得臺面適配成如果向臺面提供經限定的閾值電壓則發射激光。激光器件還包括用于電氣驅動臺面的驅動器，其中驅動器適配成向臺面提供經限定的閾值電壓。
[0005]包括具有增加的孔直徑的僅一個臺面的激光器件可以具有以下優點:器件的尺寸是小的。尺寸是關鍵因素，因為芯片面積確定可以在一輪中制造的每晶片的半導體芯片數目并且因此確定激光器件的價格。測試已經顯示出，意味著每晶片的激光器芯片數目滿足具有一個臺面的這樣的激光器件的質量目標的生產產率不是令人滿意的。生產擴展由于緊密的工藝窗口而是高的。另外的調研已經顯示出，在一個半導體芯片上提供具有每臺面的較小孔以及因而較小光學功率輸出的兩個到六個之間的臺面增加產率并且使得能夠實現激光器件的較低溫度敏感性。臺面并聯電氣連接使得在操作中同時為所有臺面提供電力。一個半導體芯片上的所有臺面因而同時發射激光。相比于在每激光器件僅一個臺面的情況下的集中熱耗散，當并行操作兩個至六個臺面時，較低溫度敏感性可以由熱分布導致或者至少受其積極影響。后一種效應甚至可以通過以使得能夠跨激光器件實現均勻熱分布的方式分布兩個至六個之間的臺面來改進。臺面之間的距離可以關于半導體芯片上的可用區域而最大化。比如切塊等之類的工藝步驟可能要求臺面與半導體芯片的邊緣之間的最小距離，因而限制可用區域。芯片的形式可以因而影響臺面的定位。在大多數情況中，二次半導體芯片可能是優選的。盡管具有一個臺面的半導體芯片較小并且使得能夠實現較多半導體芯片這一事實，但是改進的產率過補償由增加的臺面數目導致的激光器件的較大尺寸。
[0006]令人驚喜的是，提供多于六個臺面并沒有幫助，因為產率再次降低。調研已經進一步顯示出，每激光器件三個臺面引起最高產率。三個臺面可以優選地布置在半導體芯片的可用區域上使得臺面的中心構建等邊三角形以便最大化臺面之間的距離。臺面的這種布置可以使得能夠實現在每一個臺面中生成的熱量跨半導體芯片的均勻分布。
[0007]激光器件的半導體芯片優選地具有小于250μπι的邊長。半導體芯片的尺寸確定每晶片的芯片數目并且因而強烈地影響激光器件的價格。意圖提供盡可能小的半導體芯片。同時必須由激光器件發射的所請求的光學功率增加，如果芯片尺寸將較大則這將會更容易。半導體芯片的邊長可以甚至小于250μ??，比如200μπι，或者甚至小于150μ??，從而進一步減小處理窗口。
[0008]激光器件適配成發射4mW與1mW之間的光學功率的激光，如果它們連接到對應驅動器和電源的話。電源可以是常規AC線、電池或能夠為激光器件和對應驅動器供電的任何其它電源。電源的種類可以取決于應用。優選地可再充電的電池可以使用在移動應用中，比如例如如移動電話、智能電話、膝上型電腦等之類的移動設備中的接近檢測。
[0009 ] 激光器件優選地適配成當發射4mW與I OmW之間的光學功率的激光時，在12mA的電流下以1.6V與2.2V之間的電壓驅動。激光器件可以適配成在半導體芯片的溫度為60 °C下發射4mW與1mW之間的光學功率的激光。器件的溫度在操作中通常可以達到60°C。因而關鍵的是光學功率不跌至4mW以下以便滿足質量要求。半導體芯片的溫度是半導體芯片的襯底的溫度，而不是可能高相當多的激光器的有源層中的局部溫度。
[0010]激光器件優選地適配成當以12mA的電流驅動時，在半導體芯片的溫度為25°C下發射從半導體芯片為60°C下所發射的激光功率偏離小于20%的光學功率的激光。偏離最優選地甚至小于10%。一些應用要求光學輸出功率在預確定的電氣驅動電流下的高溫度穩定性。激光器件的高溫度穩定性可以降低關于驅動電路的要求。可以不要求附加傳感器和/或反饋回路以便跨寬溫度范圍提供所請求的光學功率。
[0011 ]激光器件優選地適配成發射具有光學功率的激光，其中當以3mA與12mA之間的電流驅動時，光學功率線性地取決于所提供的電流。光學功率對電氣驅動電流的線性相關可以簡化請求這樣的功率控制的應用中的光學輸出功率的控制。
[0012]臺面可以包括5μπι與9μπι之間的有效直徑以便提供4mW與IOmW之間的光學功率。在2-4個臺面的情況下，7μπι與9μπι之間的有效直徑可以是優選的，其中最高效的器件可以包括具有8μπι的有效直徑的臺面。在5-6個臺面的情況下，5μπι與7μπι之間的有效直徑可以是優選的。臺面的有效直徑在包括半導體芯片的晶片的處理期間借助于臺面內的限域層的氧化來確定。有效直徑將電流約束到關于半導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)之間的每一個臺面內的有源層的經限定區域。
[0013]半導體芯片可以優選地包括具有用于標識激光器件的代碼的功能層。鑒于優選地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所提供的芯片數目也許不大可能。因而可以提供功能層，其包括使得能夠標識每一個芯片的代碼。代碼可以是提供在功能層中的條形碼，使得可以在光學上標識芯片。功能層因而必須在處理半導體芯片或激光器件之后是可見的。功能層可以優選地為用于操作激光器件所需要的層之一。可以例如蝕刻金屬化層之一使得除了制造和最終驅動激光器件所需要的結構(例如電氣接觸件)之外，條形碼式結構可以在金屬化層的一個或多個邊緣處可見。這樣的二進制代碼可以用于使得能夠追蹤每一個激光器件。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]例如用于接近檢測的光學傳感器可以包括所描述的激光器件中的一個或多個。使用包括可以單獨尋址的多個臺面的陣列對于比如印刷和加熱之類的功率應用而言是已知的。這些應用要求提供數瓦特或甚至數百瓦特的光學或激光功率的高功率激光器件。單獨可尋址臺面的陣列使得能夠實現所發射的激光功率的簡單切換。光學傳感器發射具有僅幾mW的光學功率的激光使得每半導體芯片的多于一個臺面似乎是不合期望的。無論如何，包括2到六個之間的臺面的激光器件的改進的產率和溫度穩定性使得能夠以降低的成本實現比如接近傳感器之類的改進的光學傳感器。
[0015]另外，描述了一種標記半導體芯片、尤其是用于激光器件的小半導體芯片的改進的方法。
[0016]方法包括以下步驟:
-提供半導體芯片的功能層;以及
-以單個半導體芯片可以借助于光學檢測而唯一地標識的方式結構化功能層。
[0017]方法可以使得能夠實現半導體芯片或激光器件的明確標記，使得能夠追蹤例如單個激光器件。追蹤對于質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構化避免附加制造步驟，比如在半