紧凑激光器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光器件，其中该激光器件尤其适合于感测应用。本发明还涉及以唯一的方式标记半导体芯片的方法。
【背景技术】
[0002]用于光学传感器的激光器件通常包括垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。下一代要求至少6mW的光学输出功率。具有这样高的输出功率的现有技术VCSEL通过增加VCSEL的有效直径或孔的直径(?14um)来实现。同时总体管芯尺寸需要尽可能小并且激光器件的产率必须为高以便满足成本目标。
【发明内容】
[0003]因此本发明的目的是提供一种使得能够实现小管芯或芯片尺寸和高产率的组合的改进的激光器件。
[0004]根据第一方面，提出一种包括提供在一个半导体芯片上的两个到六个之间的台面的激光器件。台面并联电气连接使得台面适配成如果向台面提供经限定的阈值电压则发射激光。激光器件还包括用于电气驱动台面的驱动器，其中驱动器适配成向台面提供经限定的阈值电压。
[0005]包括具有增加的孔直径的仅一个台面的激光器件可以具有以下优点:器件的尺寸是小的。尺寸是关键因素，因为芯片面积确定可以在一轮中制造的每晶片的半导体芯片数目并且因此确定激光器件的价格。测试已经显示出，意味着每晶片的激光器芯片数目满足具有一个台面的这样的激光器件的质量目标的生产产率不是令人满意的。生产扩展由于紧密的工艺窗口而是高的。另外的调研已经显示出，在一个半导体芯片上提供具有每台面的较小孔以及因而较小光学功率输出的两个到六个之间的台面增加产率并且使得能够实现激光器件的较低温度敏感性。台面并联电气连接使得在操作中同时为所有台面提供电力。一个半导体芯片上的所有台面因而同时发射激光。相比于在每激光器件仅一个台面的情况下的集中热耗散，当并行操作两个至六个台面时，较低温度敏感性可以由热分布导致或者至少受其积极影响。后一种效应甚至可以通过以使得能够跨激光器件实现均匀热分布的方式分布两个至六个之间的台面来改进。台面之间的距离可以关于半导体芯片上的可用区域而最大化。比如切块等之类的工艺步骤可能要求台面与半导体芯片的边缘之间的最小距离，因而限制可用区域。芯片的形式可以因而影响台面的定位。在大多数情况中，二次半导体芯片可能是优选的。尽管具有一个台面的半导体芯片较小并且使得能够实现较多半导体芯片这一事实，但是改进的产率过补偿由增加的台面数目导致的激光器件的较大尺寸。
[0006]令人惊喜的是，提供多于六个台面并没有帮助，因为产率再次降低。调研已经进一步显示出，每激光器件三个台面引起最高产率。三个台面可以优选地布置在半导体芯片的可用区域上使得台面的中心构建等边三角形以便最大化台面之间的距离。台面的这种布置可以使得能够实现在每一个台面中生成的热量跨半导体芯片的均匀分布。
[0007]激光器件的半导体芯片优选地具有小于250μπι的边长。半导体芯片的尺寸确定每晶片的芯片数目并且因而强烈地影响激光器件的价格。意图提供尽可能小的半导体芯片。同时必须由激光器件发射的所请求的光学功率增加，如果芯片尺寸将较大则这将会更容易。半导体芯片的边长可以甚至小于250μ??，比如200μπι，或者甚至小于150μ??，从而进一步减小处理窗口。
[0008]激光器件适配成发射4mW与1mW之间的光学功率的激光，如果它们连接到对应驱动器和电源的话。电源可以是常规AC线、电池或能够为激光器件和对应驱动器供电的任何其它电源。电源的种类可以取决于应用。优选地可再充电的电池可以使用在移动应用中，比如例如如移动电话、智能电话、膝上型电脑等之类的移动设备中的接近检测。
[0009 ] 激光器件优选地适配成当发射4mW与I OmW之间的光学功率的激光时，在12mA的电流下以1.6V与2.2V之间的电压驱动。激光器件可以适配成在半导体芯片的温度为60 °C下发射4mW与1mW之间的光学功率的激光。器件的温度在操作中通常可以达到60°C。因而关键的是光学功率不跌至4mW以下以便满足质量要求。半导体芯片的温度是半导体芯片的衬底的温度，而不是可能高相当多的激光器的有源层中的局部温度。
[0010]激光器件优选地适配成当以12mA的电流驱动时，在半导体芯片的温度为25°C下发射从半导体芯片为60°C下所发射的激光功率偏离小于20%的光学功率的激光。偏离最优选地甚至小于10%。一些应用要求光学输出功率在预确定的电气驱动电流下的高温度稳定性。激光器件的高温度稳定性可以降低关于驱动电路的要求。可以不要求附加传感器和/或反馈回路以便跨宽温度范围提供所请求的光学功率。
[0011 ]激光器件优选地适配成发射具有光学功率的激光，其中当以3mA与12mA之间的电流驱动时，光学功率线性地取决于所提供的电流。光学功率对电气驱动电流的线性相关可以简化请求这样的功率控制的应用中的光学输出功率的控制。
[0012]台面可以包括5μπι与9μπι之间的有效直径以便提供4mW与IOmW之间的光学功率。在2-4个台面的情况下，7μπι与9μπι之间的有效直径可以是优选的，其中最高效的器件可以包括具有8μπι的有效直径的台面。在5-6个台面的情况下，5μπι与7μπι之间的有效直径可以是优选的。台面的有效直径在包括半导体芯片的晶片的处理期间借助于台面内的限域层的氧化来确定。有效直径将电流约束到关于半导体芯片的衬底而提供在底部与顶部分布式布拉格反射镜(DBR)之间的每一个台面内的有源层的经限定区域。
[0013]半导体芯片可以优选地包括具有用于标识激光器件的代码的功能层。鉴于优选地150μπιΧ150μπι或更小的小芯片尺寸，借助于比如喷墨印刷之类的公知印刷技术所提供的芯片数目也许不大可能。因而可以提供功能层，其包括使得能够标识每一个芯片的代码。代码可以是提供在功能层中的条形码，使得可以在光学上标识芯片。功能层因而必须在处理半导体芯片或激光器件之后是可见的。功能层可以优选地为用于操作激光器件所需要的层之一。可以例如蚀刻金属化层之一使得除了制造和最终驱动激光器件所需要的结构(例如电气接触件)之外，条形码式结构可以在金属化层的一个或多个边缘处可见。这样的二进制代码可以用于使得能够追踪每一个激光器件。用于追踪激光器件的金属化层可以例如附加地用于键合和接触。
[0014]例如用于接近检测的光学传感器可以包括所描述的激光器件中的一个或多个。使用包括可以单独寻址的多个台面的阵列对于比如印刷和加热之类的功率应用而言是已知的。这些应用要求提供数瓦特或甚至数百瓦特的光学或激光功率的高功率激光器件。单独可寻址台面的阵列使得能够实现所发射的激光功率的简单切换。光学传感器发射具有仅几mW的光学功率的激光使得每半导体芯片的多于一个台面似乎是不合期望的。无论如何，包括2到六个之间的台面的激光器件的改进的产率和温度稳定性使得能够以降低的成本实现比如接近传感器之类的改进的光学传感器。
[0015]另外，描述了一种标记半导体芯片、尤其是用于激光器件的小半导体芯片的改进的方法。
[0016]方法包括以下步骤:
-提供半导体芯片的功能层;以及
-以单个半导体芯片可以借助于光学检测而唯一地标识的方式结构化功能层。
[0017]方法可以使得能够实现半导体芯片或激光器件的明确标记，使得能够追踪例如单个激光器件。追踪对于质量管理可能是所需要的。比如用于例如电气接触所需要的金属化层之类的功能层的结构化避免附加制造步骤，比如在半