TW201110491A - Fracture resistant metallization pattern for semiconductor lasers - Google Patents

Description

201110491 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是’半導體雷射，包括料局限於红外線或 近紅外線分佈回饋式⑽)雷射，分佈布拉格反射(職^ 射，Fabry-per0t雷射等。本發明也關於合併這些雷射 頻雷射光源。更具魏說，本發暇_半導體雷射所 用的抗破裂金屬化圖案。 【先前技術】 本發明為新顆的技術，並無先前技術。 【發明内容】 本發明的各方面並不局限於在任何特定光譜部分作用 的雷射，獨在這錄常參考的是倍親光魏，它的簡圖 顯不在圖6中。在圖6中，變頻雷射源1〇〇包含雷射二極體ιι〇 ’波長轉換裝置120,耦合絲树戰準絲學耕14〇， 和輸出濾、色H 150。在顯示的實_中，魏二極體11〇的 輸出可以是紅外線，透_合光學元件.可能包含兩個 非球面透鏡’輕合到波長轉換裝置12〇_可以是Mg 〇換雜週 期極化銳酸鐘SHG晶體，或-些其他類型的第二或高譜波波 長轉換裝置。SHG晶體產生的綠光，和殘留的紅外線果送光 ，由準直光學元件HG鮮，殘留紅外細城色器15()消除。 根據本發明的半導體雷射配備金屬化圖案來協助適當 ㈣雷射二極體。例如，對變頻雷射光源⑽來說，特別的 金屬化圖案可簡來提供方式，調節雷射二極體削的發射 皮長’使其在運作期間保持在波長轉換裝i 120的轉換頻寬 201110491 雷射. 卿—定峨 電流 體 注入，_ 計助麵_縣作㉟ 雷射中=::用r— 步驟包n的製祕魏通物_很多處理 ===!!，糊，金屬沉積，和拋光。雷射晶片通

InN InsT 't ^ ^ ^ ^ 片合為主料導體材㈣'統，在製造之後此晶 曰女裝在載體上。此載體可以由綱或任 :=造提供需要的功能，也就是電連接二 機械支撐4。這類套組通常稱為晶片併合_裝置經常 是波長轉換詩光_如合麟光雷射的重要元件。通常 ⑽裝置的特徵是晶片的破裂速率相當快，最常在⑽裝置 曝露到溫度變動之後發生可能是從-4_(TC _當低溫 度循環，或相當高溫度的變動例如在焊接操作期間所遭受 的那二k接操作期間的溫度變動可以從細。c到室溫。 我們發現晶片破裂最常發生於形成在半導體雷射晶片 頂表面上之金屬墊的邊界附近。進一步仔細檢查發現，這 些破裂通常在晶片表面開始’接近金屬墊，然後傳播過半導 體雷射晶片的截面。有限元素模擬顯示在安裝在載體上之 後，沿著半導體晶片會產生張應力。必須注意的是晶片中 應力的大小和本質（張或壓應力）決定於雷射二極體所附接 201110491 料特性，以及溫度負載(加熱或冷卻)的方向。 敎^要賴雜是雷射二減“和載體的 演重要數在_力A小上，扮 力的本” _ 物_是被加熱或冷卻，應 赦Λ 雷射運作期間，整個結構會被加 :’ ’接#作_，整個結構會被冷卻。如果這些應力 集中線大致上平行於雷射晶⑽晶體面行進醜，當應^ 度循環期間增加時，裂縫就會很容祕播過雷射 晶片的戴面。 依據本發明實施例，金屬化圖案用來降低料體雷射 中晶片破裂的可能性。根據這裡提出的—個實施例金屬 化圖案的襯塾邊緣延伸過雷射基板中多個結晶面。以這 種方式，在任何特定應力集中點啟動的裂縫，將需 過基板中的很多結晶面才能達到相當的尺寸。 【實施方式】 首先參考圖1和2,顯示的半_雷射1G包含 20,安裝在載體基板30上。圖1顯示雷射晶片2〇化 的平面圖，關2是-部分金屬化表面22，—部分雷射 20下層結晶結構，和-部分載體基板％的簡圖^為了說 起見，圖2中的晶格比例被放大。 ” ° 雷射晶片20可以是任何傳統或尚待發展的半導 ，例如分佈布拉格反射(DBR)雷射，包含增益區段ο 制區段14,和波長選擇區段16。在任何_^又^ ’相位控 月况下，雷射晶片2〇 都包含一個或多個這幾類結晶功能區，而波導沾π — /Q著雷射晶 201110491 片20的縱向傳減軸，延伸過這些結晶功能區i2 Hu =圖1和2 _，雷射^ 2_觀面22含有金屬和 屬部分，包含金屬化_24，形成在雷射晶片2q之結晶 功能區域12’ 14,16上方。金屬化_ 24大致上平行於雷射 晶片20的縱向光軸延伸，如波導25所定義的。結晶功能區 域12’ 14,16可以由任何適合雷射應用之傳統或尚待發展的 半導體來製造，特性是其晶格結構包含多個交赠射晶片 20金屬表面22的晶格面Ll，b，L·，U…。 典型的雷射二極體金屬化圖案包含多個接觸塾，提供 面積給接合線，電連接等。典伽雷射晶片需要很多不同 類型的電連接，因此產生好分開的麵錄。這些金屬 襯墊可以由例如5-微米的黃金在SiN層上方來製造。兩個 相鄰接觸躺邊界通常平行於雷射⑼的其巾—個主要晶 格面進行，例如晶體方向衝〉。目前的發明者發現，在^ 幾類雷射晶片中有相當大比例的晶片破裂，通常在雷射晶 片已經安裴在載體上，然後在低或高溫下處理之後發生。 晶片破裂會大大降低雷射二極體的特性。更具體地說 ’我們雷射狀譜更可能變成多模，而從—個波魏意跳躍 到另-個波長。此外，在破裂的雷射晶片中，雷射輸出功率 ^更快速降低。目前的發明者為，晶片破裂會由將雷射 曰曰片女裝在載體上所引進的應力，接下來讓晶片併合(C〇H) 套組接受極端溫度而引起。我們進行1〇6〇奈米雷射晶片套 組的有限元素建模和分析發現，不同套組元件各別熱膨脹 係數的不匹配會在雷射“表面上造成熱機械應力。 201110491 典型的雷射晶片像GaAs為主的半導體相 射晶片各個功能區域域之間的間隙_區域有田很高的雷 性會造成晶片裂縫。 本發明引進新的金屬化_以降低或消除前面提 广來說，新圖案的特性包括但不局限於: 並=1 35度的襯塾角，而不是90度的襯 塾角，並且ki、連、，的金屬條，帶，或其他部分28，大致 伸過雷射晶片的整個增益和相位控·段，以增進強度。 在顯示的實施例中，雷射晶片20包含縱向相鄰^接觸 塾PI-P5形成縱向相鄰的成對接觸墊，也就是(ρι，p P3)’（P3’P4)’和(P4，P5)。為了增進這類金屬化圖案的抗’ 破裂性’將縱向相鄰之成對接_ρι_ρ5的對立邊定位 其延伸過交切雷射晶片20金屬表面22的多個晶格面l UUU ...。以這種方式，裂縫要傳播過雷射晶片的厚度 就需要更多能量，料襯墊邊緣不再跟特定晶格面對準。 此外，也可以考慮讓接觸塾配置成佔據大部分金屬化圖案 形成插入_，延伸過交赠射晶片金屬表面的多個晶 格面。 再次參相1和2,纽意的是金屬化_會進一步包 ^個導電線錢其綠可以級L平行於晶格面b山 ，甘，Lj，…。在一些情況中，金屬化圖案的這些導電線路和 其他類型的導電部分可以沿著裝置嚼定結晶面進行。同 樣的，接近“邊，紅沿著晶讀長方⑽雜邊緣也可 此沿者結晶面進行，而沒有顯著的裂縫危機。然而，這些導 201110491 電線路對飾晶#抗破雜的影響可以透過不讓它們支配 金屬化圖案齡面區域來緩解。同樣的，要注意的是，縱向 相鄰^成·_ P1_P5的其他邊緣，可以定向成大致上平 灯於晶格面UUULi，·..。為了減少這些額外邊緣對雷 射B曰片k破雖的f彡響，金屬化_可以㈣設計，以確定 這些額外邊緣在金屬化圖財由延伸顧格面L山山 山’…的對立邊來支配。一般來說，雷射晶片的晶格結構 會跟傳播光_直解，本發_觀挑可財慮應用到 跟傳播光軸呈肢不對準的晶格結構。 、^如上面所提的，雷射晶#的結晶功能區域可以包含增 益區段12,相位控制區段14，波長選擇區段16，《它們的組 σ在特疋實施例中，相鄰的成對接觸墊位於雷射晶片的 波長選擇區段16,但是也可以考慮讓相鄰的成對接觸墊位 於田射aa 的其中—個結晶功能區域，在雷射晶片相鄰結 晶功能區域的介面或兩者。 "應該要注意的是，其中本發明以特定方式"配置"元件， ，”配置’’來具體化特定性質或特定方式功能都是結構性的 列舉’•而不疋預期使用的列舉。更明確地說，其中元件被，， 配置”的參考方式是指耕目前_理情況，可拿來作為此 70件結構化特性明確的列舉。 應該要注意的是，，，實質上”一詞在其中用來表示來自 :何量化比較，值，測量或其他表示法的不峰定性。”實 在其中也用來代表量化表示法的程度可以從陳 述的參考改變，料會造成討論_基本魏的變化。 201110491 人們瞭解所謂"優先地”，"共嶋”錢„通常地"在此 ^不使^來限制申請補細之細或意含特定性能對申 請專利範11之結構或功能為_性，實f的，或甚至於重要 的。然而，這些名詞僅趣強調其他或額外特性，其可或不 使用於本發明特定實施例中。 ，/' 一 ，該要注意岐，"大約"-詞在其中絲表示來自於 4何i化比較，值，測量或其他表示法的不確定性。"大約" 姑其中也用來絲量化表示法的程度可以從陳述的參 考改£，而不會造成討論主題基本功能的變化。 本發明已詳細地及參考蚊實歸清本發 吼人們瞭解能夠作許多變化以及改變而並不會脫離下列 申明專利範圍界定出本發明精神及原理。特別地，雖然本 發明y些項目表示為優先的或制有益的，已加以考慮本 發明並不必需受限於這些項目。 一 必力瞭解下列申請專利範圍使用"其中π為過渡用語。 為二作為界定出本發明目的，必需瞭解該用語加入申請專 t作為開放式過渡術語，其使用來加入說明一系列 特性以及以相同方式解釋為—般較常使用之開放式 刖置術語”包含"。 【附圖簡單說明】 ^時12 2明特疋實施例之詳細說明#連同下列附圖閱 2將此夠最佳地瞭解，其中相同的結構以相同的參考符 號5兒明。 圖為職雷射一極體抗破裂金屬化圖案之示意圖。 201110491 射晶金屬化圖案能夠朝向相對於雷 些依據本發明相鄰接觸構造。 一立 雷射一極體之頻率轉換雷射光源的一般 不思圖。 【主要元件符號說明】 半導體雷射10;增益區段12;相位控制區段14;波長 選擇區域16;雷射晶片20;金屬化表面22;金屬化圖案 24;波導25;導電線路26;金屬條28;載體基板30;變頻 雷射光源100;雷射二極體110;波長轉換裝置120;耦合 光學元件130;準直光學元件140;濾色器150。

Claims (1)

1. 201110491 七、申請專利範圍 1. -種半導體m其包含在鋪基板上咐射晶片，其中. 雷射晶片包含一個或多個結晶功能區域，其波導沿著縱· 向傳播光軸延伸過雷射晶片的結晶功能區域； 雷射晶片進-步包含金屬表面，含有金屬化圖案形成在 雷射晶片結晶功能區域上方，大致上平行於雷射晶片的縱 向光軸延伸； 雷射晶片之結晶功能區域的特徵是晶格結構，其包含交 切雷射晶片金屬表面的多個晶格面； 金屬化圖案包含多個縱向相鄰接觸墊，形成縱向相鄰的 成對接觸墊；以及 縱向相鄰成對接觸墊之對立邊的定向，延伸過交切雷射 晶片金屬表面的多個晶格面。 2. 依據申請專利範圍第1項之雷射半導鼠其中金屬化圖案 的接觸墊佔據大部分的金屬化圖案。 3. 依據申請專利範圍第}項之雷射半導體，其中金屬化圖案 進一步包分解魏路，其定向大致上平行於交切雷射 晶片金屬表面的晶格面。 4. 依據申凊專利範圍第1項之雷射半導體，其中： 縱向相鄰成對接觸藝之額外邊緣的定向大致上平行於交 切雷射晶片金屬表_晶格面；以及 大致上平彳了於晶格面定向醜外邊緣在金屬化圖案中 由延伸過晶格面的對立邊支配。 3.依據巾請翻朗第1項之雷射半魏其巾金屬化圖案 201110491 大於或 的接觸墊由襯墊角所支配，該襯墊角界定出實質上 貫質上小於90度之角度。 6.依據申請專利範圍第1項之雷射半導體，其中雷射晶片之 金屬化表面包含金屬及非金屬部份。 7·依據申請專利範圍第i項之雷射半導體，其中雷射晶片的 結晶功能區域可以包含增益區段，相位控制區段，波長8^擇 區段，或它們的組合。 8. 依據中請專利範圍第7項之雷射半導體，射相鄰的成對 接觸塾位於雷射晶片的波長選擇區域中。 9. 依據中請專利範圍第1項之雷射半導體，其中相鄰的成對 接觸塾位於雷射晶片的一個結晶功能區域中，在雷射晶片 相鄰結晶功能區域的介面處，或兩者。 10. 依據申請專利範圍第9項之雷射半導體，其中在雷射晶 片的其餘結晶功能區域中金屬化圖案受到延伸過實質上整 個其餘功能區域之連續性金屬化部份所支配。 11. 依據申請專利範圍第1項之雷射半導體，其中雷射晶片 的晶格結構相對於傳播光軸垂直地對準。 12. 依據申請專利範圍第i項之雷射半導體，其中雷射晶片 的曰曰格結構相對於傳播光軸呈角度地不對準的。 13. 依據申請專利範圍第丨項之雷射半導體，其中雷射晶片 包含紅外線或近紅外線半導體雷射。 14. 依據申請專利範圍第1項之雷射半導體，其中雷射晶片 包含分佈回饋式(DFB)雷射，分佈布拉格反射雷射或 Fabry-Per〇t 雷射。 201110491 15. 依據申請專利範圍第1項之雷射半導體，其中頻率轉換 雷射晶片形成多色雷射投射器之元件。 16. 依據申請專利範圍第15項之雷射半導體，其中頻率轉換 雷射光源形成多色雷射投射器之元件。 17. —種半導體雷射，其包含按裝在載體基板上的雷射晶片 ，其中： 雷射晶片包含一個或多個結晶功能區域，其波導沿著縱 向傳播光軸延伸過雷射晶片的結晶功能區域； 雷射晶片進一步包含金屬表面，含有金屬化圖案形成在 雷射晶片結晶魏區域上方，大致上平行於雷射晶片的縱 向光軸延伸； 雷射晶片之結晶功能區域的特徵是晶格結構，其包含交 切雷射晶片金屬表面的多個晶格面； 雷射晶片金>1表面上的金屬化_包含多個接觸塾丨及 接觸墊佔據大科的㈣化_，耐目轉觸墊之間的 入間隙延伸過交切雷射晶片金屬表面的多個晶格面。