JP2015510279A - Vcselモジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、VCSELモジュールを製造する方法に関する。該VCSELモジュールは、上面及び下面を有し且つ共通の支持構造上に複数のVCSELユニットを有するVCSELチップを、少なくとも1つ備える。該VCSELユニットは、下面側に第1の型の第1のドープ層を有し、上面側に第2の型の第2のドープ層を有する。該方法は、VCSELチップを、それぞれが少なくとも1つのVCSELユニットを有する複数のサブアレイに分割するステップと、該複数のサブアレイのうち少なくとも一部を電気的に直列に接続するステップと、を含む。また、本発明は、そのようなVCSELモジュールに関する。
Description
本発明は、VCSELモジュールを製造する方法に関する。該VCSELモジュールは、上面及び下面を有し且つ共通の支持構造上に複数のVCSELユニットを有するVCSELチップを、少なくとも1つ備える。該VCSELユニットは、下面側に第1の型の第1のドープ層を有し、上面側に第2の型の第2のドープ層を有する。また、本発明は、そのようなVCSELモジュールに関する。
VCSELモジュールは、複数の(すなわち1以上の)VCSELチップ(ダイともよばれる)を有し、チップは、少なくとも1つの、通常は多数のVCSELユニットを有する。このチップが大きくなるほど、VCSELモジュールの製造における取付時間は短くなり、したがって取付コストが下がる。したがって、良好にはんだ付けができさえすれば、できるだけ大きい半導体チップを用いることが特に有益である。まず、チップが大きくなると、チップのレーン及びリムを切削することによって失われるウエハ面積が減少する。また、必要となるはんだ付け工程すなわちピックアンドプレース工程が少なくなる。現在、VCSELチップの最大サイズは、0.8mm×0.8mm〜5mm×5mmである。
VCSELチップのサイズは、主にチップを流れる電流によって制限される。(VCSELチップのサイズは別にしても)VCSELの効率は大いに向上しているので、4mm2サイズのチップでは、連続波(Continuous Wave)動作では15A、パルス動作では30Aもの動作電流を通常とみなすことができる。より大きなチップ、例えば9mm2のチップでは、電流が50Aを優に超える場合がある。しかしながら、電力が例えば1,000Wに決められたレーザードライバーは、比較的少ない電流で動作することが有益である。更に、該ドライバーとVCSELモジュール及びVCSELモジュール内部との電気接続部は、動作電流の増大に伴ってサイズが大きくなり、ますます分厚く重くなり、柔軟性が低下する。
VCSELチップが小さい場合、一部のチップを並列に接続し、その他を直列に接続することによって、動作電流及び動作電圧を調整することができる。しかしながら、チップが大きい場合はチップレベルで全VCSELユニットが並列に動作するので、電流はサイズを制限する要因となる。つまり、VCSELモジュール内のVCSELチップのサイズがある程度制限され、ひいてはVCSELチップの取付プロセスの効率も制限される。
したがって、本発明の目的は、上述したようなVCSELモジュールをより効率的に提供する方法を提供することであり、詳細にはVCSELチップのサイズにかかる電流による制限を克服することによって、そのような方法を提供することである。
本発明の目的は、請求項1に係る方法及び請求項15に係るVCSELモジュールによって達成される。
本発明によれば、上述の方法は、
VCSELチップを、それぞれが少なくとも1つのVCSELユニットを有する複数のサブアレイに分割するステップと、
該複数のサブアレイのうち少なくとも一部を電気的に直列に接続するステップと、
を含む。
VCSELチップを、それぞれが少なくとも1つのVCSELユニットを有する複数のサブアレイに分割するステップと、
該複数のサブアレイのうち少なくとも一部を電気的に直列に接続するステップと、
を含む。
ここで、以下のように語句を定義する。この定義は、本願全体にわたって有効である。
「VCSEL」は、垂直共振器面発光レーザーを意味する。すなわち、発光面から垂直にレーザー光線を出射する、半導体レーザーダイオードの一種を意味する。レーザーダイオードは共振器を有し、共振器は、ウエハ表面に平行な2つの分布ブラッグ反射器(Distributed Bragg Reflector)ミラーを有する。ウエハ表面は、1以上の量子井戸を有する活性(発光)領域を有し、量子井戸の間でレーザー光が発生する。平面DBRミラーは、屈折率が高低交互となるように複数の層を有する。通常、各層は、その材料におけるレーザー波長の4分の1の厚さを有し、反射強度は99%を超える。
「VCSELユニット」は、動作中の発光素子が発光する面に沿った境界によって境界される、単一のレーザー発光素子を意味する。該面において、該境界をまたいで隣接する領域は発光しない。したがって、VCSELユニットを単一のメサとみなすこともでき、単一のメサは、動作中に発光する面に沿って境界される。
「VCSELモジュール」は、1以上のVCSELチップを有してよく、場合によっては、VCSELチップが接触される(サブマウント)プリント基板等の他の要素を有してよい。また、本明細書及び特許請求の範囲において、「VCSELモジュール」は、「VCSELモジュール」が回路基板等のサブマウント構造上に構成されるか否かを問わず、単一のVCSELチップそのものの同義語としても用いられる。
また、第1のドープ層及び第2のドープ層は、VCSELチップのp型層及びn型層としての特徴をもつ。p型層もn型層もレーザー光を透過させることができるので、これら2つのドープ層を第1のドープ層及び第2のドープ層とよぶ。図面に示されるように、n型層はVCSELチップの下面側に配置されることが多く、p型層はチップの上面側に配置されることが多い。2種類のドープ(半導体)層は、異なる種類の層であるとする。すなわち、第1のドープ層がn型層であるとき、第2のドープ層はp型層となり、逆の場合も同様である。
本発明によれば、VCSELチップはいわゆるサブアレイに分割される。サブアレイは、異なるサブアレイの第1のドープ層同士は直接電気的に接続されず、異なるサブアレイの第2のドープ層同士は直接電気的に接続されないという点を特徴とする。むしろサブアレイは直列に接続される。つまり、あるサブアレイの第1のドープ層が、付近の(すなわち隣接した)サブアレイの第2のドープ層に電気的に接続される。こうして、これら2つのサブアレイは直列回路を形成する。
この方法によって、1つのVCSELチップの全VCSELユニットを稼働させるのに必要な電流全体を実質的に、すなわち直列に接続されたサブアレイの数と実質的に等しい分だけ、低減することができる。したがって、チップの最大動作電流Imax(例えば3mm×3mmサイズのチップでは40A)を、Imax/n(nは直列に接続されたサブアレイの数)まで低減することができる。従来技術と比較すると、直列に接続された例えばn=4個のより小さなチップをサブマウントに取り付ける場合、全はんだ付け工程の75%を削減することができる。更に、配置工程を簡素化でき、ワイヤーボンディングは実際上不要となる。つまり、この方法により、VCSELシステム全体、具体的にはドライバー及び電気接続部の制限を超えることなく、1つのチップにより多くのVCSELユニットを取り付けることが可能となる。VCSELチップのサイズを実質的に大きくすることができ、取付プロセスがより簡便に、更には安全になる。VCSELチップが大きくなると、取り付けられるチップが少なくても同様のレーザー性能を実現することができ、したがって、必要な作業及びはんだ接続部が少なくなる。また、レーンの切削が減ることによってVCSELチップの必要なウエハ面積が減少し、VCSELチップ間の空隙が減少することによってVCSELモジュール全体の総面積が減少する。
本発明に係るVCSELモジュールは、本発明に係る上述のプロセスによって製造することができる。したがって、本発明に係るVCSELモジュールは、それぞれが少なくとも1つのVCSELユニットを有する複数のサブアレイに分割され、該複数のサブアレイのうち少なくとも一部が電気的に直列に接続される。なお、VCSELチップは、VCSELユニットを有さない他の機能ユニットを有してよい。ここでは、そのような機能ユニットをサブアレイとみなさない。
従属請求項及び以下の記載は、本発明の特に有効な実施形態及び特徴を開示する。更なる実施形態を得るために、請求項に記載の特徴を適宜組み合わせてよい。1つのクレームカテゴリーに関連して記載された特徴は、他のクレームカテゴリーに等しく適用することができる。
2つの(隣接する)サブアレイ間において、該2つのサブアレイの第1のドープ層間と、該2つのサブアレイの第2のドープ層間との両方に、絶縁体が設けられることが好ましい。よって、該2つのサブアレイは、一方のサブアレイの第1のドープ層と他方のサブアレイの第2のドープ層との間でのみ、直列に接続される。このように、該2つのサブアレイの第1のドープ層間及び第2のドープ層間が電気的に絶縁されることにより、これら2つのサブアレイが互いに分割される。これに従って、「サブアレイ」を画定することができる。
本発明において特に有効な実施形態によれば、サブアレイの第1のドープ層及び第2のドープ層は、両方とも下面から接触される。つまり、VCSELチップを駆動する電気接点を設けるために新たに複雑な手段をとることなく、電気回路基板などの基板にVCSELチップを取り付けることができる。熱接触を良好にするために、基板は良好な熱定数をもつ材料を含むことが好ましく、VCSELチップはそのような基板にはんだ付けされる必要がある。つまり、直列接続の場合、各サブアレイをはんだ付けするために、基板に電気絶縁領域があることが好ましい。サブアレイが小さいためにはんだプリフォームを用いることが難しい場合、電気絶縁領域に予め付されたはんだを用いると特に簡便である。したがって本発明は、このような上述の特徴のうちひとつ(好ましくは全て)を有する基板にはんだ付けされたVCSELモジュールにも関する。一方、第1のドープ層及び第2のドープ層の両方が上面(すなわち、光が出射される表面)から接触される場合、又は上面と下面との間のどこかから接触される場合、かなり複雑な接触方法を別に行う必要がある。これは、2つのドープ層のうち一方のみが下面から接続され、他方がどこか別の場所から接触される変形例では、どのようなものについても同様である。
更に有効なのは、第1のサブアレイの第1のドープ層が、第1のサブアレイの第2のドープ層と電気的に絶縁されたビアを介して、第2の(すなわち隣接する)サブアレイの第2のドープ層に接触される場合である。ここで「ビア」という表現は、本発明における貫通接続部の同義語として用いられる。ビアは、下面から上面の方向に設けられる単純な貫通接続部であり、第1のドープ層が位置する面を貫通することで、2つのサブアレイを直列に接続する。したがってビアは、一方のサブアレイの第1のドープ層とのみ接触され、隣接する他方のサブアレイの第1のドープ層とは電気的に絶縁されてよい。
ここでは、非常に有効な手順でビアを形成することが好ましい。この手順は、以下のステップを含む。
a)第1の面及び第2の面を有する中間基板を形成する。第2の面には、VCSEL半製品を形成するために、少なくとも第1のドープ層面(場合によっては、中間基板と第1のドープ層面との電気接触を容易にするために、バッファ層を有する)と、発光層面と、第2のドープ層面とがこの順に被着される。
ここで、プロセスを開始するプロダクトとして、VCSELチップとして標準的な垂直構造体を用いる。該垂直構造体は、すぐに利用できる複合材料としてそのまま提供されてもよいし、上述の層面(場合によっては、付加的な層面も含む)を中間基板上に例えばエピタキシャルに成長させる被覆プロセスによって、全体的又は部分的に形成されてもよい。中間基板は、VCSEL製品に通常用いられるような、例えばGaAsウエハのフィルム又はホイルであってよい。
b)発光層面及び第2のドープ層面を、その延在部が複数のVCSELユニットの延在部を画定するように構成する。このステップでは、メサが画定される。すなわち、発光層面及び第2のドープ層面の両方は、その延在部(すなわち、構成された該2つの面のうち少なくとも1つの延在部)がVCSELユニットの延在部すなわちメサと実質的に等しくなるように、調整される。
c)第2ドープ層面において中間基板と離れた側にある上面に、(具体的にはサブアレイの)第2のドープ層を電気的に接触させる導電性接触構造を設ける。このステップでは、上部のドープ層に対する上面接点が得られる。
d)第2のドープ層面の上面に、透明な支持材を付加する。この支持材(後にその例を説明する)により、VCSELユニットの光が出射される面を画定することができ、該面は、出力接合層としての特徴をもつ。支持材は、中間基板に向かって下方向にある層を保護する。また支持材は、これまで支持機能を果たしていた中間基板に代わって、支持体として機能する。
e)中間基板の主要延在部に沿って、少なくとも局所的に、好ましくは完全に、中間基板を除去する。中間基板は、ビアが配置される領域において除去されなければならない。中間基板に代わって支持材が支持体として機能するので、必要であれば中間基板を全て除去することができるが、部分的に残すこともできる。第1の層は中間基板と共に除去されることはなく、その表面は基本的に平面であるので、中間基板を完全に除去することが特に有効である。完全に除去することによって、後にVCSELチップを容易に接触させることができる。
f)ビアを形成する。ここでビアは、これまで中間基板が位置した側、すなわちVCSELチップ(すなわち、VCSELチップ製造における半製品)の下面から形成することができる。このビアは、エッチングプロセスによって形成されることが好ましい。
本方法は、本発明に係る上述の方法において、特に有効に用いることができる。しかしながら本方法は、上面及び下面を有し且つ共通の支持構造上に複数のVCSELユニットを有するVCSELチップを少なくとも1つ備えるVCSELモジュールであって、VCSELユニットが下面側に第1の型の第1のドープ層を有し、上面側に第2の型の第2のドープ層を有するVCSELモジュールを製造する場合に、一般に用いることができ、本方法によってビアが形成される。このビアは、第2のドープ層を下面に接続する。したがって、本発明は、該方法及び該方法に従って製造されるVCSELモジュールにも関する。
半製品において中間基板と反対側の面に導電性接触構造が設けられるので、VCSELデバイスの下面をほぼ平面に設計することができる。このようにすると、第1のドープ層及び第2のドープ層への接点を同じ側に作製できるという点で、接触が非常に容易になり、表面実装型デバイスの組立てが可能となる。更に、中間基板(通常、最先端技術では支持基板となる)がないので、VCSELチップにおいてその面の熱抵抗が低減されるという効果がある。したがって、最先端技術に比べて非常に簡単に、VCSELチップの動作中に発生した熱をチップの下面から逃がすことができる。また、前段落で概説した一般原則に従って作製されるVCSELチップを、以下の2つの原則の代替とすることができる。
a)いわゆるボトムエミッション型VCSELモジュールのフリップチップ実装。この原則は、VCSELモジュールの下面を通してレーザー光を出射することを基本とする。該下面は例えばGaAsを含む支持材を有し、該支持材には、他の機能的VCSEL層面(すなわち、第1のドープ層面、発光層面、第2のドープ層面)が被着される。よって、レーザー光は支持材を透過する。この原則には、全ての波長のレーザー光が支持材を透過できるわけではないという制限がある。例えば、920nmより短い波長は、GaAsを透過しない。
b)上述の層面を被着した後にGaAs等の支持材を除去し、VCSELチップの上面に別の支持材を設けない場合、VCSELチップの機械的構成が弱くなるという問題が生じる。
本発明が提供する代替手段はこれらの問題点を解決するので、製造プロセスに関しても、実装中及び/又は動作中におけるVCSELチップ/モジュールの扱いに関しても、非常に有効である。
更に、ステップf)においてビアを形成する際、支持材において上面から離れた側の面に接触層を被着することができる。この接触層は、(直列に接続されたサブアレイを有するVCSELを製造することを背景として)サブアレイの第1のドープ層と電気的に接触する第1の領域と、該サブアレイの第2のドープ層と電気的に接触する第2の領域とを有することが好ましい。このように、サブアレイの接触層の第1の領域及び第2の領域は、互いに電気的に絶縁される。基本的に、接触層は、第1のドープ層に接触する領域と第2のドープ層に接触する領域との、2つの領域に分割される。これらの領域は、はんだ付けプロセスにおいて、チップを実装して回路基板に電気的に接触させる際の接触領域として用いることができる。なお、サブアレイを直列に接続する場合、その直列回路の1番目のサブアレイの1つの接触領域と、最後のサブアレイの1つの接触領域のみが、回路基板に電気的に接触される必要がある。その他の接触領域はすべて回路基板と電気的に絶縁されるが、動作中のVCSELチップを冷却するための熱接点として、回路基板にはんだ付けされる必要がある。接触層の第2の領域は、ビアの電気接点とみなすことができ、第2のドープ層への電気接点となる。
ビアに絶縁層を被着することが好ましい。直列に接続されたサブアレイを有するVCSELを製造することを背景として、絶縁層は、第1のドープ層と接触層の第2の領域との間に被着される。該絶縁層は、一般に、ビアと(具体的には同じサブアレイの)第1のドープ層とを絶縁するように機能する。ビアは第1のドープ層(層面)の面を通って延在するので、このように付加された絶縁層は、(具体的には同じサブアレイの)第1のドープ層(面)と第2のドープ層(面)との間に短絡が生じることを防ぐという点で、有効な手段である。
導電性接触構造は、その主要延在部(すなわち主面)に沿って、互いに電気的に絶縁された複数の導電性接触構造に分割されることが好ましい。これら複数の導電性接触構造は、(直列に接続されたサブアレイを有するVCSELを製造することを背景として)それぞれ1つのサブアレイの接触領域を画定することができる。すなわち、導電性接触構造は、1つのサブアレイに1つの導電性接触構造が割り当てられるように、その主要延在部に沿って分割される。これら複数の接触構造を互いに電気的に絶縁することによって、各サブアレイの第2のドープ層の接点が、互いに分割される。
ステップa)において、第1のドープ層面と中間基板との間に、エッチング停止層が設けられることが好ましい。このエッチング停止層は、中間基板を除去するエッチングプロセスを、画定された面すなわちエッチング停止層の面で停止させるように機能する。エッチング停止層自体は、後に別の除去プロセスにおいて除去することができる。この除去プロセスで用いられるエッチャントの化学的特性及び/又は物理的特性は、基本的に、第1のドープ層面をエッチングすることがないものであることが好ましい。
層を選択的に(すなわち構造的に)被着するには、フォトリソグラフィを用いることが好ましい。一方、層を部分的又は全体的に除去するには、エッチングを行うことが好ましい。ここで、VCSEL半製品が片面からのみ処理されるのか両面から処理されるのかによって、VCSELチップが2〜5μmの範囲の精確性をもって配置されると考えなければならない。つまり、例えば2mm×2mmサイズのVCSELチップには、3,300個のVCSELユニットを組み立てることができる。つまり、層内の領域を除去するには、その精確性から、エッチング技術又はレーザーアブレーション技術(より多くの作業と時間を要するので、エッチングが好ましい)が最も好ましい。フォトリソグラフィによって層を選択的に被着する場合も同様である。
中間基板の除去は、代替的に(好ましくは付加的に)用いることができる他の技術によって行うことができる。
第1の技術によれば、中間基板もまた、少なくとも部分的にエッチングによって除去される。このようなエッチングプロセスは既知の方法を基本とし、特に上述のようにエッチング停止層を用いると、エッチング後の表面ははっきりと画定される。
第2の技術によれば、中間基板は、少なくとも部分的に研削プロセスによって除去される。研削はより高速で行うことができ、有害な化学物質を用いない。よって、中間基板のような、厚みの大きい材料を除去するには特に適している。
これら2つの技術を組み合わせることが好ましい。最も好ましくは、第1の除去プロセスを研削プロセスとして中間基板の大部分を除去し、第2の除去プロセスをエッチングプロセスとして残りを除去する。
支持材は透光材を有することが好ましく、該透光材は、VCSELユニットから出射される光の波長において透明であることが好ましく、具体的にはウエハ材であることが好ましい。更に好ましくは、該透光材に反射防止膜を設けて、内面反射によるアウトカップリング損失を最小化する。レーザー光が支持材表面を通って出射されることによって、光は支持材を透過する。該透光材は、ガラス基板を有することが好ましい。ガラス基板は標準的な材料であり、ほぼ任意の厚さと品質のものを得ることができ、また、VCSEL半製品の他の要素に簡単に接続することができる。また、ガラスは剛性材料であり、機械的応力に耐性があると共に、通常の半導体切削機器を用いてダイスカットすることができる。
支持材は、結合プロセス及び/又は充填プロセスによって、VCSEL半製品の他の部分に付加されることが好ましい。結合プロセスは、例えば接着プロセスを含んでよい。接着以外にも、直接結合、(レーザー選択的)はんだ付け、レーザーを用いた結合等の他の技術を用いてよい。結合(例えば接着)材及び/又は充填材を用いて、例えばVCSELユニットのメサ間の下部すなわち間隙を充填するので、VCSEL半製品に対して支持材を均等に付加することができる。同時に、結合材及び/又は充填材は、支持材をVCSEL半製品の他の部分に接続する結合手段として機能する。したがって、結合プロセス及び/又は充填プロセスにおいて用いられる結合材及び/又は充填材は、硬化後、支持材と実質的に同じ屈折率を有することが好ましい。そうすれば、結合材及び/又は充填材による光学的な攪乱が確実に起こらない。
支持材は、中間基板から離れた側の支持面に、複数のマイクロレンズを有することができる。該マイクロレンズの位置は基本的にVCSELユニットの位置に対応し、よって、VCSELユニットからの出射光を集光することができる。よってマイクロレンズは、その中心点が、割り当てられたVCSELユニットの中心点のほぼ真上に位置するように配置されることが好ましい。マイクロレンズは、支持材を付加する前に設けられてもよく、付加した後に設けられてもよい。マイクロレンズは、熱及び/又は圧力を伴って、その反転形状を支持面に付加することによって設けることができる。また、マイクロレンズは、該支持面に被着された付加的な層を有してよく、この付加的な層の硬化中に成形されてよい。
上述したように、中間基板を除去した後、支持材において上面から離れた側の面に実質的に平面な層面を設ければ、後の接続ステップに特に有効である。この構成を実現する方法のうち、中間基板をエッチング停止層まで除去することと、上から接触層を被着することについて言及した。
図面を通して、同じ参照符号は同じ要素を指す。図面中の要素は、必ずしも縮尺どおりに描かれていない。
図1は、本発明の一実施形態に係るVCSELチップの(すなわちVCSELモジュールの)製造に関して、VCSEL半製品13の一部を示す。
VCSEL半製品13は、上面U及び下面Lを有する。VCSEL半製品13は、下面Lから上面Uに向かって、第1の(上側)面S1及び第2の(下側)面S2を有する中間基板1と、第2の面S2上のエッチング停止層3と、導電性のバッファ層5と、第1のドープ層面7と、発光層面9と、第2のドープ層面11とを有する。第1のドープ層面7及び第2のドープ層面11は、後にミラーとして機能して、VCSELチップの垂直空洞を形成する。また、第1のドープ層面7及び第2のドープ層面11は、この場合電気接点としても機能する必要があるので、屈折率が交互になるように積層された複数の層を有する。すなわち、例えば、出射される波長に適した厚さを有するGaAs層又はAlGaAs層から成り、電気接点として機能するために、Si及びCがドープされる。
本実施形態では、第1のドープ層面7が半導体n型層面7であり、第2のドープ層面11が半導体p型層面11である。
中間基板1はGaAsを含むことができ、一般に厚さ400〜600μmである。エッチング停止層3は、中間基板1とは異なる材料を含む。エッチング停止層3の材料は、エッチング停止層がウェットエッチャント又はドライエッチャント(中間基板1をエッチングする際に一般に用いることができる)から受ける影響が少ないように、ひいてはエッチング停止層のエッチング速度が中間基板1のエッチング速度よりもかなり低くなるように選択される。すなわち、中間基板1のエッチング速度の少なくとも半分低く、好ましくは90%以上(すなわち、10%以下に)低くなるように選択される。接触層として機能するバッファ層5もまたGaAsを含むことができ、非常に薄い(すなわち5μmより薄い)ことが好ましい。
n型層面7及びp型層面11は、ドープされた分布ブラッグ反射層として実現される。そのため、n型層面7からp型層面11に電流が流れると発光層面9が発光し、その光はブラッグ反射器の間で反射され、上面Uにおいて選択的にアウトカップリングされる。
図2は、追加的な製造工程を経た後の、VCSEL半製品13の第2の状態を示す。発光層面9及びp型層面11は、局所エッチングプロセスにより局所的に除去されており、3つのメサ20を形成している。メサを形成するために、エッチングの時間を制御するか、又はレーザー光線を用いて残りのn型層面の高さを計測するなどの光学的測定技術を用いることによって、局所エッチングプロセスの結果物がインライン制御される。結果として、メサ20以外の領域において、p型層面11及び発光層面9は完全に除去される。一方、n型層面7は部分的に除去されるだけであり、その層面は無傷のままである。対照的に、発光層面9は複数の発光層21に分割されており、p型層面は複数のp型層23すなわち第2の層23に分割されている。このように、メサ20は、発光層21とp型層23との両方が位置する領域に形成される。
p型層23の頂部には、環状接点17が被着されている。環状接点17の被着は、メサ20のエッチングの前に行うこともできる。一般に、環状接点17の層組成を適切に選択することによって、p型層23(実際には、n型層面の接触の場合も同様である)に低い抵抗で接触させることができる。環状接点17はフォトリソグラフィプロセスによって形成されており、該プロセスでは、フォトリソグラフィ層がVCSEL半製品13の上面U全体に被着され、環状接点17が配置される領域において成長する。この領域のフォトリソグラフィ層が除去され、続いて上面U全体にメタライズプロセスが実行され、環状接点17の領域以外のVCSEL半製品13の全領域において、残りのリソグラフィ層が洗浄プロセスによって洗い流される。よって、メタライズ部分は特定の領域にしか残らない。このように、環状接点17は、p型層23の頂部において局所的に形成される環状のメタライズ部分である。
環状接点17の被着後、例えばポリアミド、酸化ケイ素、又は窒化ケイ素を含む絶縁層15が、n型層面7と、p型層23の外縁から環状接点17に至る部分とに被着される。絶縁層は別のリソグラフィプロセスを用いて被着され、場合によってはエッチングプロセスを伴う。このように絶縁層15は、後にレーザー光がアウトカップリングされるメサ20と環状接点17の一部とを除いて、VCSEL半製品13の上面U全体を被覆する。
最後に、図2では、蒸着を伴うリソグラフィプロセスを用いて、導電性接触構造19が絶縁層15上に被着されている。金属製の導電性接触構造19は低抵抗であり、すなわち、環状接点17に対する金属接点である。この導電性接触構造19は、メサ20の発光領域上は覆わない。また、図面左手側に見られる小さな間隙25部分には、導電性接触構造19が形成されない。なお、VCSEL半製品13のこの部分の左側及び右側には、同一又は類似の構造をもつ部品が更に配置されてよい。よって、図1〜5に示される部分は、VCSELチップの単一のサブアレイの構造のみを示す。このように、小さな間隙25は、サブアレイの導電性接触構造19と隣接するサブアレイの導電性接触構造19とを分離するように機能し、結果として、複数の個別の導電性接触構造が得られる(図6参照)。
図3は、次の製造状態におけるVCSEL半製品13を示す。ここで、VCSEL半製品13の上面には、透明な支持材29(ここでは厚さ200〜1,000μmのガラスウエハ29)が付加され、充填結合剤27によって接着されている。充填結合剤27は、ガラスウエハ29をそれより下のVCSEL半製品13の他の層に接着させると共に、メサ20間の間隙を充填する。硬化後の充填結合剤27は、その上にあるガラスウエハ29と実質的に同じ屈折率を有するので、光学的な攪乱が生じない。ガラスウエハ29の中間基板1から離れた側の上面S3上には、マイクロレンズ31のアレイが配置される。マイクロレンズ31は、動作中にメサ20から受けるレーザー光を集光し且つ/又はコリメートするように、メサ20の上方に配置される。
図4は、中間基板1が除去されている間のVCSEL半製品13を示す。第1の工程では、研削プロセスによって、中間基板1の厚みがかなり減少している。しかしながら、この裏面研削プロセスは、エッチング停止層3が露出する前に終了する。残りの中間基板1は、後にエッチングによって除去される(図示なし)。
図5は、エッチング停止層3も除去された後のVCSEL半製品13を示し、ここで、バッファ層5のほぼ平面である面S4が露出している。この時点で完全に除去されている中間基板1の代わりに、支持基板29がVCSEL半製品13全体を支持する。
図6は、本発明の一実施形態に係る完成したVCSELチップ33を示す。図示されている複数のサブアレイ39a,39b,39cは全て、図1〜5を参照して説明したような方法で予め作製されている。接触構造を完成させ、VCSELチップ33を複数のサブアレイ39a,39b,39cに分割するためには、追加の工程が必要である。
ビア37,37’が形成されている。左のビア37は、左のサブアレイ39aを別のサブアレイと接続するようには機能しない。他の2つのビア37’は、中間のサブアレイ39b及び右側のサブアレイ39cを、それぞれの左側に隣接するサブアレイ39a,39bに接続する。
ビア37、37’はエッチングプロセスによって、すなわちいわゆる反応性イオンエッチング(すなわち、イオン化ガスをエッチャントとして用いるドライエッチングプロセス)によって形成される。エッチングプロセスの前に、バッファ層5の面S4(図5参照)に、保護ラッカー層が被着される。ビア37,37’は、バッファ層5、n型層面7、及び絶縁層15を貫通するようにエッチングされる。あるいは、ビア37,37’が形成される領域に絶縁体層15が存在しないように、絶縁体層15を形成することができる。個々の導電性接触構造19a,19b,19cが基本的にエッチングされないよう、これらの導電性接触構造に影響を与えないようなエッチャントが選択される。結果として、各サブアレイ39a,39b,39cは、1つのn型層すなわち第1の層50を有する。n型層50はn型層面7から形成され、この時点ではビア37,37’によって分離されている。この処理工程のために、バッファ層5とn型層面7の間、又はn型層面7と活性層9の間に、追加のエッチング停止層を設けることができる。また、バッファ層5とn型層面7との短絡を防ぐために、ビア37,37’を形成する工程の間に、各サブアレイ39a,39b,39cの周囲にトレンチをエッチングすることができる。分離を目的として、一般に、例えば一部のサブアレイに沿って切削を行うことによって、いわゆるスクライブレーンが形成される。スクライブレーンでは、VCSELチップの端部におけるいわゆる「チッピング」と、この領域における層の剥離とを防ぐために、VCSELチップ33の全層が除去される。したがって、被着された全ての層(好ましくは、絶縁体層51以外)が除去されることが好ましい。
次に、絶縁材51が設けられる。絶縁材51は、導電性接触構造19a,19b,19cの間のビア37,37’の領域を、n型層50及びバッファ層5(n型層面7と同様に分離されている)を介して架橋する。しかしながら、絶縁材はバッファ層の平面S4全体を被覆するわけではなく、ごく一部を被覆する。
最後のリソグラフィ被着プロセスでは、VCSELチップ33の下面Lに接触層41が被着される。この接触層41は、間隙53によって互いに分離された複数の接触領域43,45,47,49を有する。第1の接触領域43は、第1のサブアレイ39aのp型層23との電気接点となる。第2の接触領域45は、第1のサブアレイ39aのn型層50と、第2の(すなわち隣接する)サブアレイ39bのp型層23とを電気的に接続する。第3の接触領域47は、第2のサブアレイ39bのn型層50と、第3のサブアレイ39cのp型層23とを電気的に接続する。第4の接触領域49は、第3のサブアレイ39cのn型層50との電気接点となる。すなわち、第1の接触領域43を介してVCSELチップ33の左側を電源の第1の極と接触させ、第4の接触領域49を介して右側を電源の第2の極と接触させることによって、正確な極性の電流が、メサ20によって画定された全VCSELユニット55に流れる。このようにして、電流は、各サブアレイ39a,39b,39cのVCSELユニット55に並列に流れる一方、サブアレイ39a,39b,39cの間では直列に流れるので、この場合、3つのサブアレイ39a,39b,39cにより電流量は3分の1に低減される。
導電性接触構造19の間隙25と接触層41の間隙53との間には、VCSELユニット55が動作できない絶縁領域57がある。この絶縁領域すなわち受動領域57は、ビア37,37’の接触領域として機能すると共に、サブアレイ39a,39b,39cの分割領域としても機能する。
なお、VCSELチップ33の左側には、p型層23への接触のみが可能となるように、ビア37が設けられる。したがって、ビア37がVCSELチップ33の始めの接点となり、右側に追加のサブアレイが配置されうる。
図7は、本発明の一実施形態に係るVCSELモジュール100のVCSELチップ33を、平面図と断面図で示す。VCSELチップ33は、2つのサブアレイ39a,39bを有する。サブアレイ39a,39bは、図1〜6を参照して示したものと同じ方法で、分離されていると共に互いに直列に接続されている。サブアレイ39a,39bの間とその周縁全体にわたって、図6を参照して説明した絶縁領域57がある。平面図に対応して配置された断面図では、金属パッド接点61,63,65を有するサブマウントプリント基板60が示されている。パッド接点61,63,65は、上記VCSELチップ33の対応する接触領域43,45,47を接触させるものとして、はんだで装着される。また、左の金属パッド接点61及び右の金属パッド接点65、すなわち外側の金属パッド接点61,65は、ワイヤ64,62によって電源(図示なし)の2つの極に接続される。したがって、2つのサブアレイ39a,39bを有するVCSELチップ33をサブマウントプリント基板60にはんだ付けすることによって、本発明に係るVCSELモジュール100が作製される。
図8は、図6のVCSELチップ33を平面図で示す。図8には、チップ構造の要素の一部、すなわちVCSELユニット55と、接触領域43,45,47,49及び導電性接触構造19,19b,19cを分離するビア37’及び間隙25,53とが示されている。図8より、ビア37’及び間隙25,53が、サブアレイ39a,39b,39cの境界の全長にわたって存在していることが分かる。ビア37’及び間隙25,53が合わさって、回路接続領域59を形成する。回路接続領域59は、サブアレイ39a,39b,39cを直列回路にするように機能する。
該回路接続領域59は、VCSELチップ33の直列に接続されたサブアレイの間すべてに配置される必要がある。このように、回路接続領域59の位置を、図8に示す実施形態の場合のように1直線のみとする必要はない。むしろ、図9に示すように、より複雑に配置されたサブアレイ39a,39b,39c,39d,39e,39f,39g,39h,39iにおいても、同じように直列接続を実現することができる。図9では、サブアレイ39a,39b,39c,39d,39e,39f,39g,39h,39i間の直列接続は、折れ曲がった形状を有する。サブアレイ39a,39b,39c,39d,39e,39f,39g,39h,39iは、回路接続領域59a,59b,59c,59d,59e,59f,59g,59hによって、相互に接続される。最下部のサブアレイ39a,39b,39cが、2つの回路接続領域59a,59bを介して右から左へ直線状に配置される。第3の回路接続領域59cは、回路接続領域59a,59bに対して垂直な方向に設けられ、上方向に第4のサブアレイ39dへの接点を提供する。また、サブアレイ39d,39e,39fの接点が左から右へ別の直線状に配置され、第6の回路接続領域59fを介して上方向の接触が実現される。したがって、電源67から接触ワイヤ59,62を介して、VCSELチップ33ひいてはVCSELモジュール100が接触され、サブアレイ39a,39b,39c,39d,39e,39f,39g,39h,39iが横方向に接続されるときでも、ある行から次の行へ接続されるときでも、電流は全サブアレイを直列に流れる。
一般に回路接続領域59は、ここでの場合のように相互に接続された行だけでなく、相互に接続された列や、実際にはより複雑に曲がりくねった形状等に沿って、配置することができる。回路接続領域59の配置は、最良な接触スポットとVCSELチップの全体的な形状とによって決まる。
好ましい実施形態とそれに基づく変形例という形式で本発明を記載してきたが、本発明の範囲を逸脱しない範囲で多くの変更や変形を行うことができるものとする。例えば、本発明に係るVCSELチップはより多くの層を有してよく、また、本発明に係るVCSELチップは、並列又は直列に接続された複数のVCSELチップを含む場合がある。更に、一部のサブアレイを直列ではなく並列に接続してよい。
明確な記載を目的として、本願において不定冠詞“a”又は“an”を用いる場合、複数である場合を除外しないものとする。また、「有する」「備える」「含む」という表現は、他のステップ又は要素を除外しないものとする。
本発明は、VCSELモジュールを製造する方法に関する。該VCSELモジュールは、上面及び下面を有し且つ共通の支持構造上に複数のVCSELユニットを有するVCSELチップを、少なくとも1つ備える。該VCSELユニットは、下面側に第1の型の第1のドープ層を有し、上面側に第2の型の第2のドープ層を有する。また、本発明は、そのようなVCSELモジュールに関する。
VCSELモジュールは、複数の(すなわち1以上の)VCSELチップ(ダイともよばれる)を有し、チップは、少なくとも1つの、通常は多数のVCSELユニットを有する。このチップが大きくなるほど、VCSELモジュールの製造における取付時間は短くなり、したがって取付コストが下がる。したがって、良好にはんだ付けができさえすれば、できるだけ大きい半導体チップを用いることが特に有益である。まず、チップが大きくなると、チップのレーン及びリムを切削することによって失われるウエハ面積が減少する。また、必要となるはんだ付け工程すなわちピックアンドプレース工程が少なくなる。現在、VCSELチップの最大サイズは、0.8mm×0.8mm〜5mm×5mmである。
VCSELチップのサイズは、主にチップを流れる電流によって制限される。(VCSELチップのサイズは別にしても)VCSELの効率は大いに向上しているので、4mm2サイズのチップでは、連続波(Continuous Wave)動作では15A、パルス動作では30Aもの動作電流を通常とみなすことができる。より大きなチップ、例えば9mm2のチップでは、電流が50Aを優に超える場合がある。しかしながら、電力が例えば1,000Wに決められたレーザードライバーは、比較的少ない電流で動作することが有益である。更に、該ドライバーとVCSELモジュール及びVCSELモジュール内部との電気接続部は、動作電流の増大に伴ってサイズが大きくなり、ますます分厚く重くなり、柔軟性が低下する。
VCSELチップが小さい場合、一部のチップを並列に接続し、その他を直列に接続することによって、動作電流及び動作電圧を調整することができる。しかしながら、チップが大きい場合はチップレベルで全VCSELユニットが並列に動作するので、電流はサイズを制限する要因となる。つまり、VCSELモジュール内のVCSELチップのサイズがある程度制限され、ひいてはVCSELチップの取付プロセスの効率も制限される。
したがって、本発明の目的は、上述したようなVCSELモジュールをより効率的に提供する方法を提供することであり、詳細にはVCSELチップのサイズにかかる電流による制限を克服することによって、そのような方法を提供することである。
特許文献1には、垂直共振器面発光レーザー(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:VCSEL)アレイが開示されている。該VCSELアレイは、複数の第1の反射鏡と、複数の第2の反射鏡と、該複数の第1の反射鏡と該複数の第2の反射鏡との間で接合される複数の活性領域と、該第2の反射鏡の該複数の活性領域と反対側に熱的及び機械的に接合されたヒートシンクと、を備える。該複数の第2の反射鏡のうち少なくとも1つに接続される電気路は、該複数の第2の反射鏡の最深部を通して形成されるビアを通って形成される。該VCSELアレイが有する複数のVCSELは、直列に接続される。
特許文献2には、2次元面発光レーザーが開示されている。該2次元面発光レーザーは複数の面発光レーザー素子を備える。各面発光レーザー素子は、基板と、該基板上に形成され、高屈折率層と低屈折率層の周期構造から形成される下部多層膜反射鏡および上部多層膜反射鏡と、該下部多層膜反射鏡と該上部多層膜反射鏡との間に設けられた活性層と、該活性層と該下部多層膜反射鏡との間に位置し、該上部多層膜反射鏡の外周側に延設した下側コンタクト層と、該下側コンタクト層の延設した部分の表面に形成された下側電極と、活性層に電流を注入するための上側電極と、を有する。複数の面発光レーザ素子は電気的に直列接続され、直列接続素子アレイを形成している。
本発明の目的は、請求項1に係る方法及び請求項12に係るVCSELモジュールによって達成される。
本発明によれば、上述の方法は、
VCSELチップを、それぞれが少なくとも1つのVCSELユニットを有する複数のサブアレイに分割するステップと、
該複数のサブアレイのうち少なくとも一部を電気的に直列に接続するステップと、
を含む。
VCSELチップを、それぞれが少なくとも1つのVCSELユニットを有する複数のサブアレイに分割するステップと、
該複数のサブアレイのうち少なくとも一部を電気的に直列に接続するステップと、
を含む。
ここで、以下のように語句を定義する。この定義は、本願全体にわたって有効である。
「VCSEL」は、垂直共振器面発光レーザーを意味する。すなわち、発光面から垂直にレーザー光線を出射する、半導体レーザーダイオードの一種を意味する。レーザーダイオードは共振器を有し、共振器は、ウエハ表面に平行な2つの分布ブラッグ反射器(Distributed Bragg Reflector)ミラーを有する。ウエハ表面は、1以上の量子井戸を有する活性(発光)領域を有し、量子井戸の間でレーザー光が発生する。平面DBRミラーは、屈折率が高低交互となるように複数の層を有する。通常、各層は、その材料におけるレーザー波長の4分の1の厚さを有し、反射強度は99%を超える。
「VCSELユニット」は、動作中の発光素子が発光する面に沿った境界によって境界される、単一のレーザー発光素子を意味する。該面において、該境界をまたいで隣接する領域は発光しない。したがって、VCSELユニットを単一のメサとみなすこともでき、単一のメサは、動作中に発光する面に沿って境界される。
「VCSELモジュール」は、1以上のVCSELチップを有してよく、場合によっては、VCSELチップが接触される(サブマウント)プリント基板等の他の要素を有してよい。また、本明細書及び特許請求の範囲において、「VCSELモジュール」は、「VCSELモジュール」が回路基板等のサブマウント構造上に構成されるか否かを問わず、単一のVCSELチップそのものの同義語としても用いられる。
また、第1のドープ層及び第2のドープ層は、VCSELチップのp型層及びn型層としての特徴をもつ。p型層もn型層もレーザー光を透過させることができるので、これら2つのドープ層を第1のドープ層及び第2のドープ層とよぶ。図面に示されるように、n型層はVCSELチップの下面側に配置されることが多く、p型層はチップの上面側に配置されることが多い。2種類のドープ(半導体)層は、異なる種類の層であるとする。すなわち、第1のドープ層がn型層であるとき、第2のドープ層はp型層となり、逆の場合も同様である。
本発明によれば、VCSELチップはいわゆるサブアレイに分割される。サブアレイは、異なるサブアレイの第1のドープ層同士は直接電気的に接続されず、異なるサブアレイの第2のドープ層同士は直接電気的に接続されないという点を特徴とする。むしろサブアレイは直列に接続される。つまり、あるサブアレイの第1のドープ層が、付近の(すなわち隣接した)サブアレイの第2のドープ層に電気的に接続される。こうして、これら2つのサブアレイは直列回路を形成する。
この方法によって、1つのVCSELチップの全VCSELユニットを稼働させるのに必要な電流全体を実質的に、すなわち直列に接続されたサブアレイの数と実質的に等しい分だけ、低減することができる。したがって、チップの最大動作電流Imax(例えば3mm×3mmサイズのチップでは40A)を、Imax/n(nは直列に接続されたサブアレイの数)まで低減することができる。従来技術と比較すると、直列に接続された例えばn=4個のより小さなチップをサブマウントに取り付ける場合、全はんだ付け工程の75%を削減することができる。更に、配置工程を簡素化でき、ワイヤーボンディングは実際上不要となる。つまり、この方法により、VCSELシステム全体、具体的にはドライバー及び電気接続部の制限を超えることなく、1つのチップにより多くのVCSELユニットを取り付けることが可能となる。VCSELチップのサイズを実質的に大きくすることができ、取付プロセスがより簡便に、更には安全になる。VCSELチップが大きくなると、取り付けられるチップが少なくても同様のレーザー性能を実現することができ、したがって、必要な作業及びはんだ接続部が少なくなる。また、レーンの切削が減ることによってVCSELチップの必要なウエハ面積が減少し、VCSELチップ間の空隙が減少することによってVCSELモジュール全体の総面積が減少する。
本発明に係るVCSELモジュールは、本発明に係る上述のプロセスによって製造することができる。したがって、本発明に係るVCSELモジュールは、それぞれが少なくとも1つのVCSELユニットを有する複数のサブアレイに分割され、該複数のサブアレイのうち少なくとも一部が電気的に直列に接続される。なお、VCSELチップは、VCSELユニットを有さない他の機能ユニットを有してよい。ここでは、そのような機能ユニットをサブアレイとみなさない。
従属請求項及び以下の記載は、本発明の特に有効な実施形態及び特徴を開示する。更なる実施形態を得るために、請求項に記載の特徴を適宜組み合わせてよい。1つのクレームカテゴリーに関連して記載された特徴は、他のクレームカテゴリーに等しく適用することができる。
2つの(隣接する)サブアレイ間において、該2つのサブアレイの第1のドープ層間と、該2つのサブアレイの第2のドープ層間との両方に、絶縁体が設けられることが好ましい。よって、該2つのサブアレイは、一方のサブアレイの第1のドープ層と他方のサブアレイの第2のドープ層との間でのみ、直列に接続される。このように、該2つのサブアレイの第1のドープ層間及び第2のドープ層間が電気的に絶縁されることにより、これら2つのサブアレイが互いに分割される。これに従って、「サブアレイ」を画定することができる。
本発明において特に有効な実施形態によれば、サブアレイの第1のドープ層及び第2のドープ層は、両方とも下面から接触される。つまり、VCSELチップを駆動する電気接点を設けるために新たに複雑な手段をとることなく、電気回路基板などの基板にVCSELチップを取り付けることができる。熱接触を良好にするために、基板は良好な熱定数をもつ材料を含むことが好ましく、VCSELチップはそのような基板にはんだ付けされる必要がある。つまり、直列接続の場合、各サブアレイをはんだ付けするために、基板に電気絶縁領域があることが好ましい。サブアレイが小さいためにはんだプリフォームを用いることが難しい場合、電気絶縁領域に予め付されたはんだを用いると特に簡便である。したがって本発明は、このような上述の特徴のうちひとつ(好ましくは全て)を有する基板にはんだ付けされたVCSELモジュールにも関する。一方、第1のドープ層及び第2のドープ層の両方が上面(すなわち、光が出射される表面)から接触される場合、又は上面と下面との間のどこかから接触される場合、かなり複雑な接触方法を別に行う必要がある。これは、2つのドープ層のうち一方のみが下面から接続され、他方がどこか別の場所から接触される変形例では、どのようなものについても同様である。
第1のサブアレイの第1のドープ層は、第1のサブアレイの第2のドープ層と電気的に絶縁されたビアを介して、第2の(すなわち隣接する)サブアレイの第2のドープ層に接触される。ここで「ビア」という表現は、本発明における貫通接続部の同義語として用いられる。ビアは、下面から上面の方向に設けられる単純な貫通接続部であり、第1のドープ層が位置する面を貫通することで、2つのサブアレイを直列に接続する。したがってビアは、一方のサブアレイの第1のドープ層とのみ接触され、隣接する他方のサブアレイの第1のドープ層とは電気的に絶縁されてよい。
ビアを形成する手順は、以下のステップを含む。
a)第1の面及び第2の面を有する中間基板を形成する。第2の面には、VCSEL半製品を形成するために、少なくとも第1のドープ層面(場合によっては、中間基板と第1のドープ層面との電気接触を容易にするために、バッファ層を有する)と、発光層面と、第2のドープ層面とがこの順に被着される。
ここで、プロセスを開始するプロダクトとして、VCSELチップとして標準的な垂直構造体を用いる。該垂直構造体は、すぐに利用できる複合材料としてそのまま提供されてもよいし、上述の層面(場合によっては、付加的な層面も含む)を中間基板上に例えばエピタキシャルに成長させる被覆プロセスによって、全体的又は部分的に形成されてもよい。中間基板は、VCSEL製品に通常用いられるような、例えばGaAsウエハのフィルム又はホイルであってよい。
b)発光層面及び第2のドープ層面を、その延在部が複数のVCSELユニットの延在部を画定するように構成する。このステップでは、メサが画定される。すなわち、発光層面及び第2のドープ層面の両方は、その延在部(すなわち、構成された該2つの面のうち少なくとも1つの延在部)がVCSELユニットの延在部すなわちメサと実質的に等しくなるように、調整される。
c)第2ドープ層面において中間基板と離れた側にある上面に、(具体的にはサブアレイの)第2のドープ層を電気的に接触させる導電性接触構造を設ける。このステップでは、上部のドープ層に対する上面接点が得られる。
d)第2のドープ層面の上面に、透明な支持材を付加する。この支持材(後にその例を説明する)は、VCSELユニットの光が出射される面を画定し、該面は、出力接合層としての特徴をもつ。支持材は、中間基板に向かって下方向にある層を保護する。また支持材は、これまで支持機能を果たしていた中間基板に代わって、支持体として機能する。
e)中間基板の主要延在部に沿って、少なくとも局所的に、好ましくは完全に、中間基板を除去する。中間基板は、ビアが配置される領域において除去されなければならない。中間基板に代わって支持材が支持体として機能するので、必要であれば中間基板を全て除去することができるが、部分的に残すこともできる。第1の層は中間基板と共に除去されることはなく、その表面は基本的に平面であるので、中間基板を完全に除去することが特に有効である。完全に除去することによって、後にVCSELチップを容易に接触させることができる。
f)ビアを形成する。ここでビアは、これまで中間基板が位置した側、すなわちVCSELチップ(すなわち、VCSELチップ製造における半製品)の下面から形成することができる。このビアは、エッチングプロセスによって形成されることが好ましい。
本方法は、本発明に係る上述の方法において、特に有効に用いることができる。しかしながら本方法は、上面及び下面を有し且つ共通の支持構造上に複数のVCSELユニットを有するVCSELチップを少なくとも1つ備えるVCSELモジュールであって、VCSELユニットが下面側に第1の型の第1のドープ層を有し、上面側に第2の型の第2のドープ層を有するVCSELモジュールを製造する場合に、一般に用いることができ、本方法によってビアが形成される。このビアは、第2のドープ層を下面に接続する。したがって、本発明は、該方法及び該方法に従って製造されるVCSELモジュールにも関する。
半製品において中間基板と反対側の面に導電性接触構造が設けられるので、VCSELデバイスの下面をほぼ平面に設計することができる。このようにすると、第1のドープ層及び第2のドープ層への接点を同じ側に作製できるという点で、接触が非常に容易になり、表面実装型デバイスの組立てが可能となる。更に、中間基板(通常、最先端技術では支持基板となる)がないので、VCSELチップにおいてその面の熱抵抗が低減されるという効果がある。したがって、最先端技術に比べて非常に簡単に、VCSELチップの動作中に発生した熱をチップの下面から逃がすことができる。また、前段落で概説した一般原則に従って作製されるVCSELチップを、以下の2つの原則の代替とすることができる。
a)いわゆるボトムエミッション型VCSELモジュールのフリップチップ実装。この原則は、VCSELモジュールの下面を通してレーザー光を出射することを基本とする。該下面は例えばGaAsを含む支持材を有し、該支持材には、他の機能的VCSEL層面(すなわち、第1のドープ層面、発光層面、第2のドープ層面)が被着される。よって、レーザー光は支持材を透過する。この原則には、全ての波長のレーザー光が支持材を透過できるわけではないという制限がある。例えば、920nmより短い波長は、GaAsを透過しない。
b)上述の層面を被着した後にGaAs等の支持材を除去し、VCSELチップの上面に別の支持材を設けない場合、VCSELチップの機械的構成が弱くなるという問題が生じる。
本発明が提供する代替手段はこれらの問題点を解決するので、製造プロセスに関しても、実装中及び/又は動作中におけるVCSELチップ/モジュールの扱いに関しても、非常に有効である。
更に、ステップf)においてビアを形成する際、支持材において上面から離れた側の面に接触層を被着することができる。この接触層は、(直列に接続されたサブアレイを有するVCSELを製造することを背景として)サブアレイの第1のドープ層と電気的に接触する第1の領域と、該サブアレイの第2のドープ層と電気的に接触する第2の領域とを有することが好ましい。このように、サブアレイの接触層の第1の領域及び第2の領域は、互いに電気的に絶縁される。基本的に、接触層は、第1のドープ層に接触する領域と第2のドープ層に接触する領域との、2つの領域に分割される。これらの領域は、はんだ付けプロセスにおいて、チップを実装して回路基板に電気的に接触させる際の接触領域として用いることができる。なお、サブアレイを直列に接続する場合、その直列回路の1番目のサブアレイの1つの接触領域と、最後のサブアレイの1つの接触領域のみが、回路基板に電気的に接触される必要がある。その他の接触領域はすべて回路基板と電気的に絶縁されるが、動作中のVCSELチップを冷却するための熱接点として、回路基板にはんだ付けされる必要がある。接触層の第2の領域は、ビアの電気接点とみなすことができ、第2のドープ層への電気接点となる。
ビアに絶縁層を被着することが好ましい。直列に接続されたサブアレイを有するVCSELを製造することを背景として、絶縁層は、第1のドープ層と接触層の第2の領域との間に被着される。該絶縁層は、一般に、ビアと(具体的には同じサブアレイの)第1のドープ層とを絶縁するように機能する。ビアは第1のドープ層(層面)の面を通って延在するので、このように付加された絶縁層は、(具体的には同じサブアレイの)第1のドープ層(面)と第2のドープ層(面)との間に短絡が生じることを防ぐという点で、有効な手段である。
導電性接触構造は、その主要延在部(すなわち主面)に沿って、互いに電気的に絶縁された複数の導電性接触構造に分割されることが好ましい。これら複数の導電性接触構造は、(直列に接続されたサブアレイを有するVCSELを製造することを背景として)それぞれ1つのサブアレイの接触領域を画定することができる。すなわち、導電性接触構造は、1つのサブアレイに1つの導電性接触構造が割り当てられるように、その主要延在部に沿って分割される。これら複数の接触構造を互いに電気的に絶縁することによって、各サブアレイの第2のドープ層の接点が、互いに分割される。
ステップa)において、第1のドープ層面と中間基板との間に、エッチング停止層が設けられることが好ましい。このエッチング停止層は、中間基板を除去するエッチングプロセスを、画定された面すなわちエッチング停止層の面で停止させるように機能する。エッチング停止層自体は、後に別の除去プロセスにおいて除去することができる。この除去プロセスで用いられるエッチャントの化学的特性及び/又は物理的特性は、基本的に、第1のドープ層面をエッチングすることがないものであることが好ましい。
層を選択的に(すなわち構造的に)被着するには、フォトリソグラフィを用いることが好ましい。一方、層を部分的又は全体的に除去するには、エッチングを行うことが好ましい。ここで、VCSEL半製品が片面からのみ処理されるのか両面から処理されるのかによって、VCSELチップが2〜5μmの範囲の精確性をもって配置されると考えなければならない。つまり、例えば2mm×2mmサイズのVCSELチップには、3,300個のVCSELユニットを組み立てることができる。つまり、層内の領域を除去するには、その精確性から、エッチング技術又はレーザーアブレーション技術(より多くの作業と時間を要するので、エッチングが好ましい)が最も好ましい。フォトリソグラフィによって層を選択的に被着する場合も同様である。
中間基板の除去は、代替的に(好ましくは付加的に)用いることができる他の技術によって行うことができる。
第1の技術によれば、中間基板もまた、少なくとも部分的にエッチングによって除去される。このようなエッチングプロセスは既知の方法を基本とし、特に上述のようにエッチング停止層を用いると、エッチング後の表面ははっきりと画定される。
第2の技術によれば、中間基板は、少なくとも部分的に研削プロセスによって除去される。研削はより高速で行うことができ、有害な化学物質を用いない。よって、中間基板のような、厚みの大きい材料を除去するには特に適している。
これら2つの技術を組み合わせることが好ましい。最も好ましくは、第1の除去プロセスを研削プロセスとして中間基板の大部分を除去し、第2の除去プロセスをエッチングプロセスとして残りを除去する。
支持材は透光材を有し、該透光材は、VCSELユニットから出射される光の波長において透明であり、具体的にはウエハ材である。更に好ましくは、該透光材に反射防止膜を設けて、内面反射によるアウトカップリング損失を最小化する。レーザー光が支持材表面を通って出射されることによって、光は支持材を透過する。該透光材は、ガラス基板を有することが好ましい。ガラス基板は標準的な材料であり、ほぼ任意の厚さと品質のものを得ることができ、また、VCSEL半製品の他の要素に簡単に接続することができる。また、ガラスは剛性材料であり、機械的応力に耐性があると共に、通常の半導体切削機器を用いてダイスカットすることができる。
支持材は、結合プロセス及び/又は充填プロセスによって、VCSEL半製品の他の部分に付加されることが好ましい。結合プロセスは、例えば接着プロセスを含んでよい。接着以外にも、直接結合、(レーザー選択的)はんだ付け、レーザーを用いた結合等の他の技術を用いてよい。結合(例えば接着)材及び/又は充填材を用いて、例えばVCSELユニットのメサ間の下部すなわち間隙を充填するので、VCSEL半製品に対して支持材を均等に付加することができる。同時に、結合材及び/又は充填材は、支持材をVCSEL半製品の他の部分に接続する結合手段として機能する。したがって、結合プロセス及び/又は充填プロセスにおいて用いられる結合材及び/又は充填材は、硬化後、支持材と実質的に同じ屈折率を有することが好ましい。そうすれば、結合材及び/又は充填材による光学的な攪乱が確実に起こらない。
支持材は、中間基板から離れた側の支持面に、複数のマイクロレンズを有することができる。該マイクロレンズの位置は基本的にVCSELユニットの位置に対応し、よって、VCSELユニットからの出射光を集光することができる。よってマイクロレンズは、その中心点が、割り当てられたVCSELユニットの中心点のほぼ真上に位置するように配置されることが好ましい。マイクロレンズは、支持材を付加する前に設けられてもよく、付加した後に設けられてもよい。マイクロレンズは、熱及び/又は圧力を伴って、その反転形状を支持面に付加することによって設けることができる。また、マイクロレンズは、該支持面に被着された付加的な層を有してよく、この付加的な層の硬化中に成形されてよい。
上述したように、中間基板を除去した後、支持材において上面から離れた側の面に実質的に平面な層面を設ければ、後の接続ステップに特に有効である。この構成を実現する方法のうち、中間基板をエッチング停止層まで除去することと、上から接触層を被着することについて言及した。
図面を通して、同じ参照符号は同じ要素を指す。図面中の要素は、必ずしも縮尺どおりに描かれていない。
図1は、本発明の一実施形態に係るVCSELチップの(すなわちVCSELモジュールの)製造に関して、VCSEL半製品13の一部を示す。
VCSEL半製品13は、上面U及び下面Lを有する。VCSEL半製品13は、下面Lから上面Uに向かって、第1の(上側)面S1及び第2の(下側)面S2を有する中間基板1と、第2の面S2上のエッチング停止層3と、導電性のバッファ層5と、第1のドープ層面7と、発光層面9と、第2のドープ層面11とを有する。第1のドープ層面7及び第2のドープ層面11は、後にミラーとして機能して、VCSELチップの垂直空洞を形成する。また、第1のドープ層面7及び第2のドープ層面11は、この場合電気接点としても機能する必要があるので、屈折率が交互になるように積層された複数の層を有する。すなわち、例えば、出射される波長に適した厚さを有するGaAs層又はAlGaAs層から成り、電気接点として機能するために、Si及びCがドープされる。
本実施形態では、第1のドープ層面7が半導体n型層面7であり、第2のドープ層面11が半導体p型層面11である。
中間基板1はGaAsを含むことができ、一般に厚さ400〜600μmである。エッチング停止層3は、中間基板1とは異なる材料を含む。エッチング停止層3の材料は、エッチング停止層がウェットエッチャント又はドライエッチャント(中間基板1をエッチングする際に一般に用いることができる)から受ける影響が少ないように、ひいてはエッチング停止層のエッチング速度が中間基板1のエッチング速度よりもかなり低くなるように選択される。すなわち、中間基板1のエッチング速度の少なくとも半分低く、好ましくは90%以上(すなわち、10%以下に)低くなるように選択される。接触層として機能するバッファ層5もまたGaAsを含むことができ、非常に薄い(すなわち5μmより薄い)ことが好ましい。
n型層面7及びp型層面11は、ドープされた分布ブラッグ反射層として実現される。そのため、n型層面7からp型層面11に電流が流れると発光層面9が発光し、その光はブラッグ反射器の間で反射され、上面Uにおいて選択的にアウトカップリングされる。
図2は、追加的な製造工程を経た後の、VCSEL半製品13の第2の状態を示す。発光層面9及びp型層面11は、局所エッチングプロセスにより局所的に除去されており、3つのメサ20を形成している。メサを形成するために、エッチングの時間を制御するか、又はレーザー光線を用いて残りのn型層面の高さを計測するなどの光学的測定技術を用いることによって、局所エッチングプロセスの結果物がインライン制御される。結果として、メサ20以外の領域において、p型層面11及び発光層面9は完全に除去される。一方、n型層面7は部分的に除去されるだけであり、その層面は無傷のままである。対照的に、発光層面9は複数の発光層21に分割されており、p型層面は複数のp型層23すなわち第2の層23に分割されている。このように、メサ20は、発光層21とp型層23との両方が位置する領域に形成される。
p型層23の頂部には、環状接点17が被着されている。環状接点17の被着は、メサ20のエッチングの前に行うこともできる。一般に、環状接点17の層組成を適切に選択することによって、p型層23(実際には、n型層面の接触の場合も同様である)に低い抵抗で接触させることができる。環状接点17はフォトリソグラフィプロセスによって形成されており、該プロセスでは、フォトリソグラフィ層がVCSEL半製品13の上面U全体に被着され、環状接点17が配置される領域において成長する。この領域のフォトリソグラフィ層が除去され、続いて上面U全体にメタライズプロセスが実行され、環状接点17の領域以外のVCSEL半製品13の全領域において、残りのリソグラフィ層が洗浄プロセスによって洗い流される。よって、メタライズ部分は特定の領域にしか残らない。このように、環状接点17は、p型層23の頂部において局所的に形成される環状のメタライズ部分である。
環状接点17の被着後、例えばポリアミド、酸化ケイ素、又は窒化ケイ素を含む絶縁層15が、n型層面7と、p型層23の外縁から環状接点17に至る部分とに被着される。絶縁層は別のリソグラフィプロセスを用いて被着され、場合によってはエッチングプロセスを伴う。このように絶縁層15は、後にレーザー光がアウトカップリングされるメサ20と環状接点17の一部とを除いて、VCSEL半製品13の上面U全体を被覆する。
最後に、図2では、蒸着を伴うリソグラフィプロセスを用いて、導電性接触構造19が絶縁層15上に被着されている。金属製の導電性接触構造19は低抵抗であり、すなわち、環状接点17に対する金属接点である。この導電性接触構造19は、メサ20の発光領域上は覆わない。また、図面左手側に見られる小さな間隙25部分には、導電性接触構造19が形成されない。なお、VCSEL半製品13のこの部分の左側及び右側には、同一又は類似の構造をもつ部品が更に配置されてよい。よって、図1〜5に示される部分は、VCSELチップの単一のサブアレイの構造のみを示す。このように、小さな間隙25は、サブアレイの導電性接触構造19と隣接するサブアレイの導電性接触構造19とを分離するように機能し、結果として、複数の個別の導電性接触構造が得られる(図6参照)。
図3は、次の製造状態におけるVCSEL半製品13を示す。ここで、VCSEL半製品13の上面には、透明な支持材29(ここでは厚さ200〜1,000μmのガラスウエハ29)が付加され、充填結合剤27によって接着されている。充填結合剤27は、ガラスウエハ29をそれより下のVCSEL半製品13の他の層に接着させると共に、メサ20間の間隙を充填する。硬化後の充填結合剤27は、その上にあるガラスウエハ29と実質的に同じ屈折率を有するので、光学的な攪乱が生じない。ガラスウエハ29の中間基板1から離れた側の上面S3上には、マイクロレンズ31のアレイが配置される。マイクロレンズ31は、動作中にメサ20から受けるレーザー光を集光し且つ/又はコリメートするように、メサ20の上方に配置される。
図4は、中間基板1が除去されている間のVCSEL半製品13を示す。第1の工程では、研削プロセスによって、中間基板1の厚みがかなり減少している。しかしながら、この裏面研削プロセスは、エッチング停止層3が露出する前に終了する。残りの中間基板1は、後にエッチングによって除去される(図示なし)。
図5は、エッチング停止層3も除去された後のVCSEL半製品13を示し、ここで、バッファ層5のほぼ平面である面S4が露出している。この時点で完全に除去されている中間基板1の代わりに、支持基板29がVCSEL半製品13全体を支持する。
図6は、本発明の一実施形態に係る完成したVCSELチップ33を示す。図示されている複数のサブアレイ39a,39b,39cは全て、図1〜5を参照して説明したような方法で予め作製されている。接触構造を完成させ、VCSELチップ33を複数のサブアレイ39a,39b,39cに分割するためには、追加の工程が必要である。
ビア37,37’が形成されている。左のビア37は、左のサブアレイ39aを別のサブアレイと接続するようには機能しない。他の2つのビア37’は、中間のサブアレイ39b及び右側のサブアレイ39cを、それぞれの左側に隣接するサブアレイ39a,39bに接続する。
ビア37、37’はエッチングプロセスによって、すなわちいわゆる反応性イオンエッチング(すなわち、イオン化ガスをエッチャントとして用いるドライエッチングプロセス)によって形成される。エッチングプロセスの前に、バッファ層5の面S4(図5参照)に、保護ラッカー層が被着される。ビア37,37’は、バッファ層5、n型層面7、及び絶縁層15を貫通するようにエッチングされる。あるいは、ビア37,37’が形成される領域に絶縁体層15が存在しないように、絶縁体層15を形成することができる。個々の導電性接触構造19a,19b,19cが基本的にエッチングされないよう、これらの導電性接触構造に影響を与えないようなエッチャントが選択される。結果として、各サブアレイ39a,39b,39cは、1つのn型層すなわち第1の層50を有する。n型層50はn型層面7から形成され、この時点ではビア37,37’によって分離されている。この処理工程のために、バッファ層5とn型層面7の間、又はn型層面7と活性層9の間に、追加のエッチング停止層を設けることができる。また、バッファ層5とn型層面7との短絡を防ぐために、ビア37,37’を形成する工程の間に、各サブアレイ39a,39b,39cの周囲にトレンチをエッチングすることができる。分離を目的として、一般に、例えば一部のサブアレイに沿って切削を行うことによって、いわゆるスクライブレーンが形成される。スクライブレーンでは、VCSELチップの端部におけるいわゆる「チッピング」と、この領域における層の剥離とを防ぐために、VCSELチップ33の全層が除去される。したがって、被着された全ての層(好ましくは、絶縁体層51以外)が除去されることが好ましい。
次に、絶縁材51が設けられる。絶縁材51は、導電性接触構造19a,19b,19cの間のビア37,37’の領域を、n型層50及びバッファ層5(n型層面7と同様に分離されている)を介して架橋する。しかしながら、絶縁材はバッファ層の平面S4全体を被覆するわけではなく、ごく一部を被覆する。
最後のリソグラフィ被着プロセスでは、VCSELチップ33の下面Lに接触層41が被着される。この接触層41は、間隙53によって互いに分離された複数の接触領域43,45,47,49を有する。第1の接触領域43は、第1のサブアレイ39aのp型層23との電気接点となる。第2の接触領域45は、第1のサブアレイ39aのn型層50と、第2の(すなわち隣接する)サブアレイ39bのp型層23とを電気的に接続する。第3の接触領域47は、第2のサブアレイ39bのn型層50と、第3のサブアレイ39cのp型層23とを電気的に接続する。第4の接触領域49は、第3のサブアレイ39cのn型層50との電気接点となる。すなわち、第1の接触領域43を介してVCSELチップ33の左側を電源の第1の極と接触させ、第4の接触領域49を介して右側を電源の第2の極と接触させることによって、正確な極性の電流が、メサ20によって画定された全VCSELユニット55に流れる。このようにして、電流は、各サブアレイ39a,39b,39cのVCSELユニット55に並列に流れる一方、サブアレイ39a,39b,39cの間では直列に流れるので、この場合、3つのサブアレイ39a,39b,39cにより電流量は3分の1に低減される。
導電性接触構造19の間隙25と接触層41の間隙53との間には、VCSELユニット55が動作できない絶縁領域57がある。この絶縁領域すなわち受動領域57は、ビア37,37’の接触領域として機能すると共に、サブアレイ39a,39b,39cの分割領域としても機能する。
なお、VCSELチップ33の左側には、p型層23への接触のみが可能となるように、ビア37が設けられる。したがって、ビア37がVCSELチップ33の始めの接点となり、右側に追加のサブアレイが配置されうる。
図7は、本発明の一実施形態に係るVCSELモジュール100のVCSELチップ33を、平面図と断面図で示す。VCSELチップ33は、2つのサブアレイ39a,39bを有する。サブアレイ39a,39bは、図1〜6を参照して示したものと同じ方法で、分離されていると共に互いに直列に接続されている。サブアレイ39a,39bの間とその周縁全体にわたって、図6を参照して説明した絶縁領域57がある。平面図に対応して配置された断面図では、金属パッド接点61,63,65を有するサブマウントプリント基板60が示されている。パッド接点61,63,65は、上記VCSELチップ33の対応する接触領域43,45,47を接触させるものとして、はんだで装着される。また、左の金属パッド接点61及び右の金属パッド接点65、すなわち外側の金属パッド接点61,65は、ワイヤ64,62によって電源(図示なし)の2つの極に接続される。したがって、2つのサブアレイ39a,39bを有するVCSELチップ33をサブマウントプリント基板60にはんだ付けすることによって、本発明に係るVCSELモジュール100が作製される。
図8は、図6のVCSELチップ33を平面図で示す。図8には、チップ構造の要素の一部、すなわちVCSELユニット55と、接触領域43,45,47,49及び導電性接触構造19,19b,19cを分離するビア37’及び間隙25,53とが示されている。図8より、ビア37’及び間隙25,53が、サブアレイ39a,39b,39cの境界の全長にわたって存在していることが分かる。ビア37’及び間隙25,53が合わさって、回路接続領域59を形成する。回路接続領域59は、サブアレイ39a,39b,39cを直列回路にするように機能する。
該回路接続領域59は、VCSELチップ33の直列に接続されたサブアレイの間すべてに配置される必要がある。このように、回路接続領域59の位置を、図8に示す実施形態の場合のように1直線のみとする必要はない。むしろ、図9に示すように、より複雑に配置されたサブアレイ39a,39b,39c,39d,39e,39f,39g,39h,39iにおいても、同じように直列接続を実現することができる。図9では、サブアレイ39a,39b,39c,39d,39e,39f,39g,39h,39i間の直列接続は、折れ曲がった形状を有する。サブアレイ39a,39b,39c,39d,39e,39f,39g,39h,39iは、回路接続領域59a,59b,59c,59d,59e,59f,59g,59hによって、相互に接続される。最下部のサブアレイ39a,39b,39cが、2つの回路接続領域59a,59bを介して右から左へ直線状に配置される。第3の回路接続領域59cは、回路接続領域59a,59bに対して垂直な方向に設けられ、上方向に第4のサブアレイ39dへの接点を提供する。また、サブアレイ39d,39e,39fの接点が左から右へ別の直線状に配置され、第6の回路接続領域59fを介して上方向の接触が実現される。したがって、電源67から接触ワイヤ59,62を介して、VCSELチップ33ひいてはVCSELモジュール100が接触され、サブアレイ39a,39b,39c,39d,39e,39f,39g,39h,39iが横方向に接続されるときでも、ある行から次の行へ接続されるときでも、電流は全サブアレイを直列に流れる。
一般に回路接続領域59は、ここでの場合のように相互に接続された行だけでなく、相互に接続された列や、実際にはより複雑に曲がりくねった形状等に沿って、配置することができる。回路接続領域59の配置は、最良な接触スポットとVCSELチップの全体的な形状とによって決まる。
好ましい実施形態とそれに基づく変形例という形式で本発明を記載してきたが、本発明の範囲を逸脱しない範囲で多くの変更や変形を行うことができるものとする。例えば、本発明に係るVCSELチップはより多くの層を有してよく、また、本発明に係るVCSELチップは、並列又は直列に接続された複数のVCSELチップを含む場合がある。更に、一部のサブアレイを直列ではなく並列に接続してよい。
明確な記載を目的として、本願において不定冠詞“a”又は“an”を用いる場合、複数である場合を除外しないものとする。また、「有する」「備える」「含む」という表現は、他のステップ又は要素を除外しないものとする。
Claims (15)
- 上面及び下面を有し且つ共通の支持構造上に複数のVCSELユニットを有するVCSELチップを少なくとも1つ備えるVCSELモジュールを製造する方法であって、前記VCSELユニットは、前記下面側に第1の型の第1のドープ層を有し、前記上面側に第2の型の第2のドープ層を有し、前記方法は、
前記VCSELチップを、それぞれが少なくとも1つの前記VCSELユニットを有する複数のサブアレイに分割するステップと、
前記複数のサブアレイのうち少なくとも一部を電気的に直列に接続するステップと、
を含む方法。 - 2つのサブアレイ間において、前記2つのサブアレイの前記第1のドープ層の間と、前記2つのサブアレイの前記第2のドープ層の間との両方に、絶縁体が設けられる、
請求項1に記載の方法。 - サブアレイの前記第1のドープ層及び前記第2のドープ層は、両方とも前記下面から接触される、
請求項1又は2に記載の方法。 - 第1のサブアレイの前記第1のドープ層は、前記第1のサブアレイの前記第2のドープ層と電気的に絶縁されたビアを介して、第2のサブアレイの前記第2のドープ層に接触する、
請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の方法。 - 上面及び下面を有し且つ共通の支持構造上に複数のVCSELユニットを有するVCSELチップを少なくとも1つ備えるVCSELモジュールを製造する、特に請求項4に記載の方法であって、前記VCSELユニットは、前記下面側に第1の型の第1のドープ層を有し、前記上面側に第2の型の第2のドープ層を有し、
a)第1の面及び第2の面を有する中間基板を形成し、ここで前記第2の面には、VCSEL半製品を形成するために、少なくとも第1のドープ層面と、発光層面と、第2のドープ層面とがこの順に被着され、
b)前記発光層面及び前記第2のドープ層面を、その延在部が複数のVCSELユニットを画定するように構成し、
c)前記第2ドープ層面において前記中間基板から離れた側にある上面に、前記第2のドープ層を電気的に接触させる導電性接触構造を設け、
d)前記第2のドープ層面の前記上面に支持材を付加し、
e)少なくとも局所的に前記中間基板を除去し、
f)ビアを形成する
ことによってビアを形成する、方法。 - 前記支持材において前記VCSELチップの上面と反対側の面に接触層が被着され、前記接触層は、サブアレイの前記第1のドープ層と電気的に接触する第1の領域と、該サブアレイの前記第2のドープ層と電気的に接触する第2の領域とを有し、各サブアレイの前記接触層の前記第1の領域及び前記第2の領域は、互いに電気的に絶縁される、
請求項5に記載の方法。 - 前記ビア内に絶縁層が被着される、
請求項6に記載の方法。 - 前記導電性接触構造は、その主要延在部に沿って、互いに電気的に絶縁される複数の導電性接触構造に分割される、
請求項5又は7に記載の方法。 - 前記第1のドープ層面と前記中間基板との間に、エッチング停止層が設けられる、
請求項5〜8のうちいずれか一項に記載の方法。 - 前記支持材は透光材を有し、前記透光材は、好ましくは前記VCSELユニットによって出射される光の波長において透明である、
請求項5〜9のうちいずれか一項に記載の方法。 - 前記支持材は、結合プロセス及び/又は充填プロセスによって付加される、
請求項5〜10のうちいずれか一項に記載の方法。 - 前記結合プロセス及び/又は充填プロセスに用いられる結合材及び/又は充填材は、硬化後、前記支持材と実質的に同じ屈折率を有する、
請求項11に記載の方法。 - 前記支持材において前記中間基板から離れた側の面に、複数のマイクロレンズが設けられる、
請求項5〜12のうちいずれか一項に記載の方法。 - 前記中間基板を除去した後、前記支持材において前記VCSELチップの上面から離れた側の面に、ほぼ平面である面が設けられる、
請求項5〜13のうちいずれか一項に記載の方法。 - 上面及び下面を有し且つ共通の支持構造上に複数のVCSELユニットを有するVCSELチップを少なくとも1つ備えるVCSELモジュールであって、
前記VCSELユニットは、前記下面側に第1の型の第1のドープ層を有し、前記上面側に第2の型の第2のドープ層を有し、
前記VCSELチップは、それぞれが少なくとも1つの前記VCSELユニットを有する複数のサブアレイに分割され、前記複数のサブアレイのうち少なくとも一部が電気的に直列に接続される、VCSELモジュール。
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