JP2014529199A - サブマウント上にvcselチップを組立てる方法 - Google Patents

サブマウント上にvcselチップを組立てる方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2014529199A
JP2014529199A JP2014534039A JP2014534039A JP2014529199A JP 2014529199 A JP2014529199 A JP 2014529199A JP 2014534039 A JP2014534039 A JP 2014534039A JP 2014534039 A JP2014534039 A JP 2014534039A JP 2014529199 A JP2014529199 A JP 2014529199A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
submount
vcsel
layer
connection
vcsel chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014534039A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014529199A5 (ja
Inventor
アルマンド プルエイムブーム
アルマンド プルエイムブーム
レイモンド ルイス ドゥムリン
レイモンド ルイス ドゥムリン
マイケル ミラー
マイケル ミラー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips NV
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips NV, Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Koninklijke Philips NV
Publication of JP2014529199A publication Critical patent/JP2014529199A/ja
Publication of JP2014529199A5 publication Critical patent/JP2014529199A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/023Mount members, e.g. sub-mount members
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L24/05Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/0233Mounting configuration of laser chips
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/0235Method for mounting laser chips
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/0235Method for mounting laser chips
    • H01S5/02355Fixing laser chips on mounts
    • H01S5/0237Fixing laser chips on mounts by soldering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024Arrangements for thermal management
    • H01S5/02469Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/3013AIIIBV compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/12Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203Rectifying Diode
    • H01L2924/12032Schottky diode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/12Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204Optical Diode
    • H01L2924/12042LASER
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/156Material
    • H01L2924/15786Material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
    • H01L2924/15788Glasses, e.g. amorphous oxides, nitrides or fluorides

Abstract

本発明は、サブマウント2にVCSELチップ1を組立てる方法に関する。デウェッティング層13は、サブマウント2に接続されるVCSELチップ1の接続サイドに堆積される。追加的なデウェッティング層13が、VCSELチップ1に接続されるサブマウント2の接続サイドに堆積される。デウェッティング層13は、サブマウント2及びVCSELチップ1上の接続領域21を定めるよう、パターン化された設計で堆積されるか、又は堆積後パターン化される。はんだ15は、2つの接続サイドの少なくとも1つの接続領域21に適用される。VCSELチップ1は、サブマウント2上に配置され、VCSELチップ1及びサブマウント2を電気的かつ機械的に接続するよう、サブマウント2にはんだ付けされる。提案された方法を用いると、時間を消費する手段を用いることなしに、サブマウント2上にVCSELチップ1を高い精度で整列することが実現される。

Description

本発明は、VCSELチップ(VCSEL:垂直キャビティ表面放出レーザ)を組立てる方法に関し、これは特に、サブマウント上にレーザーエミッタの二次元アレイを含む。ここで、チップ及びサブマウントの間の接続はハンダ付けにより実現される。
VCSEL IRパワーアレイは、アレイの適切な配置を通して所望される(tailored)照射パターンを提供することにより、ワークピースの所望の加熱を可能にする。特定の用途において、例えば拡大されたニアフィールド画像の重ね合せを投影することにより非常に均一な照射を作成しようとするとき、VCSELチップの放出ウィンドウを互いに対して非常に正確に(<5〜10μmで)整列することが、必要とされる。
サブマウント上にVSELチップを組立てるとき、この高い整列精度は、アクティブ光学整列を実行することにより実現されることができることが知られている。このアクティブ光学整列において、レーザが作動され、放出は、チップの操作及び配置の間、カメラにより監視される。これは、高価で時間を消費する方法である。
本発明の目的は、サブマウント上にVCSELチップを組立てる方法を提供することである。この方法は、任意の時間消費手段を伴うことなく、チップの高い整列精度を提供する。
この目的は、請求項1の方法を用いて実現される。請求項10は、提案された方法に基づき取り付けられるVCSELアレイデバイスに関する。本方法及びデバイスの有利な実施形態は、従属項の主題である、又は以下の本明細書及び好ましい実施形態の部分から推測されることができる。
提案された方法において、溶けたはんだに関する第1のデウェッティング層が、サブマウントに接続されるVCSELチップの接続サイドに堆積される。溶けたはんだに関する第2のデウェッティング層は、VCSELチップに接続されるサブマウントの接続サイドに堆積される。デウェッティング層は、機械的に接続されるサブマウント及びVCSELチップ上のウェッティング接続領域を定めるよう、パターン化された設計で堆積されるか、又は層の物質を局所的に除去する若しくは異なる物質を局所的に適用することにより、堆積後にパターン化される。はんだは、2つの接続サイドの少なくとも1つの接続領域に適用される。VCSELチップは、サブマウント上に配置され、VCSELチップ及びサブマウントを機械的に及びほとんどの場合電気的にも接続するよう、サブマウントに対してこの接続領域ではんだ付けされる。ハンダ付けの間、溶けたはんだの表面緊張力を通してサブマウント上でのVCSELチップの運動を可能にするため、サブマウント及びVCSELチップは、互いに対して機械的に固定されない。
この文脈における用語サブマウントは、VCSELチップが取り付けられ、オプションで電気的に接続される任意のベース要素に関する。典型的な例において、サブマウントは、VCSELチップにより生成された熱をヒートシンクに搬送するため、ヒートシンクに接触される熱伝導プレートである。特定のアレイにおいて、VCSELチップは、単一のVCSEL、VCSELの1次元アレイ、又は特に0.5×0.5mm及び5×5mmの間の寸法を持つアレイである、VCSELの小さな二次元アレイから構成されることができる。デウェッティング層は、サブマウントにVCSELチップを接続するのに使用されるはんだにより濡らされない表面を持つ物質層である。これとは対照的に、接触領域は、接続に関して使用されるはんだを濡らす表面を持つ物質で形成される。例えば、適切なリソグラフィ技術を用いて、デウェッティング層は、パターン化された設計で堆積されることができる。この場合、デウェッティング層が適用される層又は基板は、用いられたはんだに関するウェッティング特性を提供しなければならない。この文脈における用語パターニングは、下にある基板又は層に対するスルー開口部が、デウェッティング層において形成されることを意味する。このスルー開口部は、接触領域を規定する。別の可能性は、堆積後物質を局所的に除去するか、又は溶けたはんだに関するウェッティング特性を提供する他の物質をデウェッティング層に適用することにより、堆積されたデウェッティング層をパターン化することである。この更なる物質を用いると、はんだパッドが、後のはんだ処理に関して用いられるデウェッティング層上に形成される。接触領域における物質が、適用されるハンダ材料とのはんだ接続を可能にするよう選択されなければならないことは、当業者には明らかである。
上記の方法を用いると、サブマウント上でのVCSELチップの自己整列が、ハンダ付けの間、溶けたはんだの表面緊張力を通して発生する。デウェッティング層をパターン化するとき、既知のリソグラフィ技術により可能な、高い精度で接続領域を規定することにより、高い精度は、上記自己整列により、ハンダ付けの間、サブマウント上でのVCSELチップの整列においても実現される。自己整列は、ウェッティング特性を持つ接続領域を介して作成される。その間にある領域は、はんだが流体位相にあるとき、VCSELサイド及びサブマウントサイドの両方において、ウェッティングに抵抗する。はんだは、サブマウント又はVCSELチップに適用されることができる。溶解されるはんだの表面張力は、表面(即ち自由エネルギー)を最小化しようとし、及び従って、接続領域により規定されるそれらの適切な位置へと、単一のVCSELチップを引く。
提案された方法は、接続領域を規定する、即ちデウェッティング層をパターン化する精度によってのみ制限される高い精度で、サブマウント上でのVCSELチップの整列を可能にする。この方法は、任意の高価で時間がかかるアクティブ整列を必要としない。
はんだは、サブマウントの接続領域に対して及び/又はVCSELチップの接続領域に対して、デウェッティング層のパターン化の後に適用されることができる。好ましくは、はんだは、接続領域に対するソルダーバンプの形式で予め適用される。VCSELチップは、サブマウント上に配置され、VCSELチップを持つサブマウントは、はんだを溶かし、ハンダ付け処理を実行するために、適切な炉において加熱される。
デウェッティング層を形成するための物質は好ましくは、安定した表面酸化物を形成するTi、TiW及びNiのグループから選択される。酸化は、これらの物質の堆積された層を環境に露出することにより発生する。酸化は、例えば酸素プラズマ処理又は類似する手段により加速されることもできる。安定したという意味は、はんだ付けの間、デウェッティング特性を提供する形成された表面酸化物が減らされないことである。最適なデウェッティング特性は、Tiのデウェッティング層で実現される。サブマウントにVCSELチップを取り付けるのに使用されるはんだのための好ましい物質は、AuSn、AgSn又はインジウムである。これらの物質は、はんだの基本要素である。これは、他の金属の軽微な添加物を持つ場合もある。例えばAgSnにおけるCuであり、これは、融点又は信頼性に影響する。
好ましい実施形態において、底部エミッタVCSELを持つVCSELチップは、VCSELの上部、即ちメサが形成されるサイドが、サブマウントに接続されるよう、はんだ付けされる。各チップは好ましくは、VCSELにより生成されるレーザ放射に関して透過的なn型基板を有する。この上に、VCSELのメサが形成される。これは、少なくともPN接合及びn−及びp−DBR鏡を含む。特に特定のレーザ放射の波長に関して透過的なn型材料が利用可能でない場合、n型基板は、ガラス基板若しくはガラス層又は別のタイプの透過的基板若しくは層により置換されることもできる。本明細書において、用語p型メサは、メサがn型材料を含む場合であっても、電気p−接触を持つメサに関して用いられる。デウェッティング層の堆積の前に金属層を堆積させることにより(この金属層は、VCSELのn−接触を形成する)、すべてのp−メサにわたり等しく電流を分散させるため、VCSELのp型メサの間に導電ネットワークが形成されることができる。いわゆるn型メサは、電気的単離パシベーション層を持つメサを覆うことにより形成される。これは、メサをエッチングした後露出されるPN接合にわたり重複することを少なくとも必要とする。n−接触に対する電気接続は、n−接触層及びこのメサに重なる分離した金属層により形成される。p−接触と同じ高さでn−接触に対する接続を持つことは、基板サイド上に任意の配線なしにVCSELチップを電気的に直列又は並列に接続することを可能にする。提案された方法を用いて形成される斯かるVCSELアレイデバイスを用いると、マイクロレンズアレイは、VCSELチップの放出表面の非常に近くに配置されることができるか、又はこれに取り付けられることができる。これは、例えば拡大されたニアフィールド画像の重ね合せを可能にする。これは、本明細書の冒頭部において既に述べられたようないくつかの用途において必要とされる。
p型メサ及びp−接触に重なる別の金属層が適用される。この層は、n−接触に対する接続を作る層の形成と同じステップにおいて適用されることができる。この金属層は、メサを機械的に安定させる。この金属層は、p型メサのサイドも覆うので、好ましくはAu又はCuといった、高い熱伝導性物質の金属層を形成することにより、サブマウントに対する熱伝導が改善されることができる。これは、VCSELパワーアレイの最大効率及び出力パワーにとって重要である。そこでは、ヒートシンクに対するVCSELチップの熱伝導が最小化されることを必要とする。例えば150W/mK又はこれを超える熱伝導性を持つシリコン、AlN又はダイヤモンドといった高い熱伝導性を持つ適切な物質のサブマウントを用いることにより、下にあるヒートシンクに対する非常に低い熱抵抗が実現される。これは、全体のVCSELアレイデバイスの最大効率を生じさせる。
提案された方法に基づき組立てられるVCSELアレイデバイスは、サブマウント上で並んで配置される複数のVCSELチップを有する。これは、ヒートシンクに取り付けられることができる。VCSELチップ及びサブマウントは、VCSELチップ及びサブマウントの接続サイド上で接続領域間に形成されるはんだ接続により接続される。VCSELチップ及びサブマウントの接続サイドは、互いに面するサイドである。接続領域は、接続サイドの各々に形成されるデウェッティング層により囲まれる。このデバイスは、提案された方法に関連して説明される更なる層を含むこともできる。
提案された方法に基づき取り付けられる自己整列型底部エミッタVCSELアレイデバイスを示す図である。 提案された方法に基づき取り付けるために準備される自己整列型底部エミッタVCSELチップの層構造の例を示す図である。 提案された方法によるVCSELチップの取り付けのために準備されるサブマウントの層構造の例を示す図である。
本発明のこれらの及び他の態様が、以下に説明される実施形態より明らとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。
提案された方法及び対応するVCSELアレイデバイスが、以下、例を用いて、対応する図面と共により詳細に説明される。
図1は、サブマウント2に底部エミッタVCSELチップ1をはんだ付けする間に自己整列が実現される構成を示す。その結果、1つのサブマウント2上のすべてのチップのVCSELの放出ウィンドウが、互いに対して所望される正確な態様で配置される。各チップ1は、複数のVCSELのVCSELアレイを有する。これらのうちの3つが、図1に示され、それぞれp型メサ4を持つ。この図は、1つの完全なVCSELチップ1の断面及び右手サイドでの第2のチップの小さな部分だけを示す。VCSELチップ1は、n型基板5を有し、この上にp型メサ4が既知の態様において形成される。VCSELは、基板サイドでn−接点6により、及びメサ4の上でp−接点7により接続される。n−接点6は、基板5のn型GaAs物質に対して又はメサエッチングがn型DBR鏡層(図示省略)において止まった場合これらの鏡に対して、低いオーミック接触(低いショットキー隔壁)を持つ金属層である。p型メサ4に対向する基板5の底部放出サイドにおいて、電気抵抗を最小化するため、及び例えばこのデバイスが、ワークピースにより吸収されなかった照射パワーを保存するためキャビティにおいて用いられる場合、可能性として反射器として機能するよう、追加的な金属化9が適用される。この金属化9において、生成されたレーザ放射の放出を可能にするため、放出ウィンドウが形成される。これらのウィンドウは、レーザ放射の内部反射を回避するため、反射防止(AR)被覆8を含むことができる。図1において、VCSELのメササイドは、サブマウント2に対して下に向けられる。
図1の例において、VCSELチップ1が、ボンディングワイヤなしで、電気的に直列に接続されるよう、金属パターニングは構成される。n型材料に対する接続は、単離層11の上にあり、n−接点6と接触する電気金属層10により実現される。これは、アクティブVCSELエミッタであるだけではなく、サブマウント2上でチップをサポートし、かつ隣接するチップ1を電気的に直列に接続する支持構造体を表す、チップ1の右側のn型メサ28で示される。n−接触層6は、電気抵抗を減らすため、及びすべてのp−メサにわたり等しい電流分布を容易にするため、p型メサ4間のネットワークを形成する。
p−接触は、VCSELメサ4上でp−接触7(金属パッド)により実現される。この例において、更なる電気金属層12は、p型メサ4及びp−接触7と重なる。両方の金属層が等しい高さであるよう、それはn−接続に関する金属化(金属層10)と同時に作成される。これは、3つのp型メサ4を持つ図1の左側に見られることができる。金属層10及び12は、メサを機械的に安定させる。これらがない場合、サブマウント及びGaAs物質の間の異なる熱拡張係数による熱ミスマッチ応力が、外側のメサが破砕することをもたらす場合がある。
好ましくは非常に高い熱伝導及び電気伝導を持つAu又はCuで作られるこれらの金属層10、12は、熱を解放することができるGaAs表面を増加させることにより、サブマウント2への熱伝導を最大にするものとしても機能する。金属層12は、0.1〜3μmの間の厚みを持つAuで形成されることができ、デウェッティング層13で終わる。このデウェッティング層13に関する物質の例は、Ti、TiW又はNiである。これらは、はんだがこれらの層を濡らすのを防止する安定した表面酸化物を形成する。斯かる層の厚みは、50nm〜1μmの間の範囲とすることができる。
はんだ接触を可能にするために、ウェッティングはんだパッド14が、メサの上に作成される。これは、放出ウィンドウの間の必要とされる整列精度より好適でなければならな高い精度で実現されなければならない。斯かるはんだパッドに関する例は、Ti/Pd/Auの層スタック又は金属層12及びデウェッティング層13の層スタックの上のPd/Auのスタックである。ハンダ付けの間、下にある層がはんだに対して露出されるよう、上部Au層がはんだに溶ける。この層がはんだをデウェッティングするので、Pdは、はんだとデウェッティング層との間のバリアとして機能する。本実施例では、これらのVCSELチップ1は、5μmの事前に適用されるAuSnはんだ15でサブマウント2にはんだ付けされる。
サブマウントサイドでのハンダ付け処理の前に、デウェッティング層13が、例えば3μm厚のAu又はCu伝導層である導電金属層16の上に適用される。デウェッティング層13を形成するよう、この層の上に、薄いチタン層が堆積される。このデウェッティング層13の上に、Ti/Pt/AuSnはんだのパッドが、形成される。はんだ15の下のTi/Pt−層は、Au層16を持つAuSnはんだの拡散を防止するためのバリアとして機能する。なぜなら、これが、もろい合金をもたらすからである。
図1において、形成されたデバイスの部分が、示される。そこでは、サブマウント2が、ヒートシンク3にはんだ27を介して追加的に適用される。通常は、このはんだ27は、VCSELをはんだ付けするのに用いられるはんだ15よりより低い融点を持つ。サブマウント2は好ましくは、AlNといった高い熱伝導物質で作られ、ヒートスプレッダとして機能する。
代替的な実施形態において、AgSnバンプ19が、ハンダ付けに関して用いられる。AgSnの利点は、より低い融解温度である。これは、VCSELチップ1のAlNサブマウント2及びGaAsの間の熱拡張係数における差から、減らされた熱ミスマッチ応力を生じさせる。Cuはんだパッド17が、TiWデウェッティング層18に関連して用いられる。5、10及び、20μmのAgSnバンプ19厚が、成功裏に用いられる。はんだポンプ19の5μmの高さが好ましい。なぜなら、熱抵抗が最小化されるからである。
図2は、左手サイドにチップ1のVCSELの1つを示し、右手サイドにn型メサ28を示す。n型メサ28は、紙平面に垂直な方向に延在するバーとして形成されることができるが、他の任意の形状で形成されることもできる。この図は、バンプ形成後の層構造を示す。p型メサ4において、TiW−デウェッティング層18が、p−接触パッド7上に示される。このデウェッティング層上で、Cu−はんだパッド17が形成され、この上にSnAg−バンプ19が堆積される。右手サイドには、n−接触6、単離層11、n−接触6及びデウェッティング層18に接続する金属層10が示される(図1参照)。構造を強化するため、この例において、追加的な電気Au層20が適用される。この追加的な層は、省略されることもできる。左手サイドと同様に、Cu−はんだパッド17が、デウェッティング層18上に形成され、SnAgバンプ19が、このはんだパッド17に適用される。
サブマウントサイドは、図3に示される。この図は、底部での断面表示及び上部での上面表示を示す。サブマウントの上面表示において、接続領域21が認識されることができる。これらの接続領域21は、Ti/Ptの下にある(ウェッティング)層スタック24に対する、Tiのデウェッティング層23におけるスルー開口部により形成される。ここで、下にある厚いAu層へのはんだの拡散を防止するため、Pt層の好ましい厚みは、少なくとも0.2μmである。AlNのサブマウント2の層構造が、この図のより低い部分において見られることができる。このサブマウント2のバックサイドにおいて、Ti/Pt/Auの層スタック26が形成され、これは、例えばCuヒートシンクにサブマウントをはんだ付けしているとき、より好適なウェッティング状態として機能する。斯かる層は、図1の例において、サブマウントに適用されることもできる。サブマウントの上で、Ti/Pd/Auの層スタック25が適用される。Au層部分は、十分に低いシート抵抗のため、好ましくは3マイクロmの厚さを持つ。この層25の上で、ウェッティング層24が適用される。この部分は、上述した接続領域21を形成する。接続領域21を形成するべくウェッティング層に開口部に提供するため、このウェッティング層の上で、Tiのデウェッティング層23が、パターン化された構造において適用される。サブマウント2に直接適用される層25のAu表面は、サブマウントの上部から、1つの明らかに規定された領域においても見える。この領域は、ワイヤボンディングに関するパッドとして機能するが、VCSELチップを配置し、VCSELアレイデバイスの後の処理のための視覚マーカー22も形成する。
本発明が図面及び前述の説明において詳細に図示され及び説明されたが、斯かる図示及び説明は、説明的又は例示的であると考えられ、本発明を限定するものではない。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。
例えば、サブマウントが更なる層若しくは電子部品要素を提供する、又はVCSELチップが異なる設計を持つ実施形態において、本発明を作動させることも可能である。例えばn−接触及びp−接触に関する層の場合、提案された方法に基づき形成される層は、単一の層ではなく、層スタックとすることもできる。図面、開示及び添付された請求項の研究から、開示された実施形態に対する他の変形が、請求項に記載の本発明を実施する当業者により理解され、実行されることができる。請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は複数性を除外するものではない。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを意味するものではない。特に、方法のすべての従属項は、自由に結合されることができる。請求項における任意の参照符号は、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (11)

  1. サブマウント上にVCSELチップを組立てる方法において、
    前記VCSELチップの接続サイド上にデウェッティング層を堆積させるステップと、
    前記サブマウントの接続サイド上に更なるデウェッティング層を堆積させるステップであって、前記デウェッティング層が、前記サブマウント及び前記VCSELチップに対応する接続領域を規定するよう、パターン化された設計で堆積されるか、又は堆積後パターン化され、前記接続領域が、はんだに関するウェッティング表面を提供する、ステップと、
    前記2つの接続サイドの少なくとも1つの接続領域に前記はんだを適用するステップと、
    前記サブマウント上に前記VCSELチップを配置し、溶けたはんだの表面緊張力を通して前記サブマウント上で前記VCSELチップの運動を可能にするため、前記サブマウントに対して前記VCSELチップを固定することなしに前記サブマウントに前記VCSELをはんだ付けするステップとを有する、方法。
  2. 前記はんだが、前記2つの接続サイドの少なくとも1つの接続領域に対する固い層として、予め適用される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記サブマウント上に前記デウェッティング層を堆積させる前に、電気導電層が、前記サブマウントの接続サイド上に堆積される、請求項1に記載の方法。
  4. 前記デウェッティング層が、安定した表面酸化物を形成するTi、TiW又はNiを堆積させることにより形成される、請求項1に記載の方法。
  5. 前記デウェッティング層のパターン化が、前記デウェッティング層を局所的に除去することにより、又は前記接続領域でウェッティング層を形成する物質を局所的に堆積させることにより実行される、請求項1に記載の方法。
  6. 前記VCSELチップが、前記サブマウントに対してそのメササイドではんだ付けされる底部エミッタVCSELアレイを有する、請求項1に記載の方法。
  7. 前記VCSELチップの前記接続サイド上に前記デウェッティング層を堆積させる前に、前記VCSELの前記n−接触に電気的に接続する第1の金属層が堆積され、前記n−接触が、前記VCSELを電気的に接続し、前記p型メサにわたり電流を等しく分散させるため、前記VCSELのp型メサの間の導電ネットワークを形成する、請求項6に記載の方法。
  8. 第2の金属層が、前記p型メサ及びp−接触に重なる前記第1の金属層として同時に堆積され、前記第1の金属層及び前記第2の金属層は、前記VCSELチップを機械的に安定させる、請求項7に記載の方法。
  9. AuSn、AgSn又はインジウムが、前記サブマウントで前記VCSELチップを接続する前記はんだの要素として用いられる、請求項1に記載の方法。
  10. サブマウント上に隣あって配置される複数のVCSELチップを有するVCSELアレイデバイスであって、
    前記VCSELチップ及びサブマウントが、前記VCSELチップ及び前記サブマウントの接続サイド上の接続領域の間に形成されるはんだ接続により接続され、
    前記接続領域は、前記VCSELチップ及び前記サブマウントの前記接続サイドに形成されるデウェッティング層により囲まれる、VCSELアレイデバイス。
  11. 前記サブマウントが、ヒートシンクに取り付けられる、請求項10に記載のデバイス。
JP2014534039A 2011-10-10 2012-10-08 サブマウント上にvcselチップを組立てる方法 Pending JP2014529199A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161545213P 2011-10-10 2011-10-10
US61/545,213 2011-10-10
PCT/IB2012/055432 WO2013054249A2 (en) 2011-10-10 2012-10-08 A method of assembling vcsel chips on a sub-mount

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014529199A true JP2014529199A (ja) 2014-10-30
JP2014529199A5 JP2014529199A5 (ja) 2015-11-12

Family

ID=47278914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014534039A Pending JP2014529199A (ja) 2011-10-10 2012-10-08 サブマウント上にvcselチップを組立てる方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9065235B2 (ja)
EP (1) EP2748902B1 (ja)
JP (1) JP2014529199A (ja)
CN (1) CN103843211B (ja)
BR (1) BR112014008336A2 (ja)
RU (1) RU2610339C2 (ja)
WO (1) WO2013054249A2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020529128A (ja) * 2017-07-25 2020-10-01 トリルミナ コーポレーション 単一チップ直列接続vcselアレイ
JP6813138B1 (ja) * 2020-03-19 2021-01-13 三菱電機株式会社 光半導体素子

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9620934B2 (en) 2010-08-31 2017-04-11 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Flip-chip assembly comprising an array of vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs)
US9188751B2 (en) 2010-08-31 2015-11-17 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Flip-chip assembly comprising an array of vertical cavity surface emitting lasers (VCSELSs), and an optical transmitter assembly that incorporates the flip-chip assembly
EP3084901B1 (en) 2013-12-20 2021-05-05 TRUMPF Photonic Components GmbH Laser module with simplified alignment
US9819144B2 (en) * 2015-05-14 2017-11-14 Apple Inc. High-efficiency vertical emitters with improved heat sinking
US10034375B2 (en) 2015-05-21 2018-07-24 Apple Inc. Circuit substrate with embedded heat sink
US9735539B2 (en) 2015-07-20 2017-08-15 Apple Inc. VCSEL structure with embedded heat sink
JP7021829B2 (ja) * 2017-08-14 2022-02-17 ルメンタム・オペレーションズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー 表面実装対応可能なvcselアレイ
DE102017119664A1 (de) * 2017-08-28 2019-02-28 Osram Opto Semiconductors Gmbh Kantenemittierender Laserbarren
US10826278B2 (en) * 2017-10-11 2020-11-03 Lumentum Operations Llc Vertical-cavity surface-emitting laser array with multiple metal layers for addressing different groups of emitters
US10881028B1 (en) 2019-07-03 2020-12-29 Apple Inc. Efficient heat removal from electronic modules
US11710945B2 (en) 2020-05-25 2023-07-25 Apple Inc. Projection of patterned and flood illumination
US11699715B1 (en) 2020-09-06 2023-07-11 Apple Inc. Flip-chip mounting of optoelectronic chips
CN114835207B (zh) * 2022-05-12 2023-06-06 中国科学院生态环境研究中心 一种用于缓解电絮凝中极板钝化的极板修饰方法及应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06120225A (ja) * 1992-09-30 1994-04-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光モジュールの製造方法
JPH07283486A (ja) * 1994-04-05 1995-10-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 面発光レーザ実装構造
US20100303113A1 (en) * 2009-02-17 2010-12-02 John Joseph Multibeam Arrays of Optoelectronic Devices for High Frequency Operation

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1145954A (ja) * 1997-07-28 1999-02-16 Hitachi Ltd フリップチップ接続方法、フリップチップ接続構造体およびそれを用いた電子機器
US20020150129A1 (en) * 2001-04-16 2002-10-17 Coldren Larry A. Tunable VCSEL assembly
US20030031218A1 (en) * 2001-08-13 2003-02-13 Jang-Hun Yeh VCSEL structure and method of making same
US6834133B1 (en) * 2003-08-27 2004-12-21 Intel Corporation Optoelectronic packages and methods to simultaneously couple an optoelectronic chip to a waveguide and substrate
US6982437B2 (en) * 2003-09-19 2006-01-03 Agilent Technologies, Inc. Surface emitting laser package having integrated optical element and alignment post
US7271461B2 (en) 2004-02-27 2007-09-18 Banpil Photonics Stackable optoelectronics chip-to-chip interconnects and method of manufacturing
US7767486B2 (en) 2007-11-21 2010-08-03 Intel Corporation High-volume on-wafer heterogeneous packaging of optical interconnects

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06120225A (ja) * 1992-09-30 1994-04-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光モジュールの製造方法
JPH07283486A (ja) * 1994-04-05 1995-10-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 面発光レーザ実装構造
US20100303113A1 (en) * 2009-02-17 2010-12-02 John Joseph Multibeam Arrays of Optoelectronic Devices for High Frequency Operation

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020529128A (ja) * 2017-07-25 2020-10-01 トリルミナ コーポレーション 単一チップ直列接続vcselアレイ
JP7128259B2 (ja) 2017-07-25 2022-08-30 ルメンタム・オペレーションズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー 単一チップ直列接続vcselアレイ
JP6813138B1 (ja) * 2020-03-19 2021-01-13 三菱電機株式会社 光半導体素子
WO2021186695A1 (ja) * 2020-03-19 2021-09-23 三菱電機株式会社 光半導体素子

Also Published As

Publication number Publication date
EP2748902B1 (en) 2019-08-28
EP2748902A2 (en) 2014-07-02
CN103843211B (zh) 2017-06-27
RU2610339C2 (ru) 2017-02-09
CN103843211A (zh) 2014-06-04
US20140348192A1 (en) 2014-11-27
WO2013054249A2 (en) 2013-04-18
US9065235B2 (en) 2015-06-23
WO2013054249A3 (en) 2013-06-13
RU2014118435A (ru) 2015-11-20
BR112014008336A2 (pt) 2017-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9065235B2 (en) Method of assembling VCSEL chips on a sub-mount
JP5810323B2 (ja) 発光装置
TWI244228B (en) Light emitting device and manufacture method thereof
TWI309892B (en) Contacting scheme for large and small area semiconductor light emitting flip chip devices
KR100694784B1 (ko) 다층 코팅으로 형성한 플립칩 전극 발광 소자
JP5813620B2 (ja) 集積電子構成要素を有する半導体発光装置
JP5513707B2 (ja) 半導体発光デバイスの相互接続
JP4655920B2 (ja) 半導体発光素子
JP2006287226A (ja) はんだ結合を形成するために規定された層列を有する半導体チップ及び支持体と半導体チップとの間にはんだ結合を形成するための方法
JP2009088318A (ja) 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
US20050072835A1 (en) SnAgAu solder bumps, method of manufacturing the same, and method of bonding light emitting device using the same
JP2018508979A (ja) 間隔が密なレーザダイオードの構成
CN101814700B (zh) 发光装置及其制造方法
JP5695785B1 (ja) 発光装置
JP2010034137A (ja) 半導体レーザ装置
JP2007251142A (ja) 半田層及びそれを用いた電子デバイス接合用基板並びにその製造方法
JP5779214B2 (ja) マルチビーム半導体レーザ装置
JP2011040552A (ja) マルチビーム半導体レーザ装置
JP5520638B2 (ja) 半導体発光素子およびその製造方法
JP2008098194A (ja) サブマウント、半導体レーザ装置およびその製造方法、ホログラムレーザ装置、並びに光ピックアップ装置
JP2019004064A (ja) マルチビーム型半導体レーザ素子およびマルチビーム型半導体レーザ装置
JP2004014795A (ja) 窒化物半導体レーザ用サブマウントおよびこれを用いた窒化物半導体レーザ
TW202139551A (zh) 基底轉移垂直腔面發射雷射器及其製造方法
JPH01134983A (ja) 光半導体素子用サブマウント
TW201236224A (en) Light-emitting diode device and method for manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150925

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150925

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160418

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160519

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160812

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170207

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20170214

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180725

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20181127

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190228

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20190228