TW201921819A

TW201921819A - 表面安裝相容的vcsel陣列

Info

Publication number: TW201921819A
Application number: TW107128329A
Authority: TW
Inventors: 李察Ｆ. 卡爾森; 念宜李; 梅爾Ｅ. 瓦倫
Original assignee: 美商三流明公司
Priority date: 2017-08-14
Filing date: 2018-08-14
Publication date: 2019-06-01
Also published as: KR20200072465A; US20200169065A1; CN111226360B; CA3072760A1; EP3669430A1; TWI692161B; EP3669430A4; JP2020530941A; US10944242B2; KR102329408B1; EP3669430B1; WO2019036383A9; US20210194217A1; WO2019036383A1; CN111226360A; JP7021829B2

Abstract

揭露一種VCSEL／VECSEL陣列設計，其導致可使用習知表面安裝組件及焊接技術而被直接地焊接至PCB的陣列來供大量生產。完成的VCSEL陣列並不需要單獨封裝及準確子安裝座及倒裝晶片焊接製程。此設計在從晶圓切割出晶粒之前允許完整陣列的晶圓上探測。實施例是有關於半導體裝置，特別是有關於高功率及高頻率應用的多光束半導體雷射陣列及其製造方法。

Description

表面安裝相容的VCSEL陣列

本揭露內容是有關於半導體裝置，且特別是有關於多光束半導體雷射陣列。

垂直空腔表面射型雷射（Vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL）係為一種具有獨特的性能優點的多用途型式的半導體雷射。它們目前是使用於高速資料通訊、例如近接式感測的光學感測應用，以及雷射雷達。此些裝置係藉由雷射空穴之外延成長，以層的形式，在一晶圓之半導體材料（一般是砷化鎵）之表面上被製造出。因此，它們朝一垂直於晶圓表面之方向發光。因為不需要如邊緣放射半導體雷射器所需求的那樣地割開半導體晶圓以形成雷射空穴，故可在單一半導體晶粒中的一維及二維陣列之VCSEL中輕易地製造出此些裝置。VCSEL之陣列提供一種將輸出功率調整到較高功率位準的方式，並且可使陣列中的個別的雷射或群組之雷射被配置以供獨立功率及控制使用。

VCSEL之多數設計或配置已被提出並製造出。這些設計大部分需要某些等級的封裝，以提供保護雷射表面免受環境影響及提供連接至習知之印刷電路板。一個典型的例子係為一頂端發光陣列的VCSEL，其中於晶粒之頂端需要一電性連接。一般而言，陽極（正）接觸部靠近發光接面，而陰極（負）接觸部係為晶粒之摻雜基板。在大部分的例子中，陽極接觸部係經由一打線接合至晶粒之頂端上的一焊墊而製成，而陰極接觸部係經由位於晶粒的底部之一焊料接合（solder bond）而製成。

這些互連並未直接與習知之印刷接線板（Printed Wiring Board，PWB）或印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB）構造相容，且無法直接與通常用於大規模生產電子及光電系統之高速、低成本的表面安裝焊接製程一起使用。需要一電子封裝來建立到VCSEL晶粒的連接，且那個封裝必須具有適當的金屬焊墊或引線以焊接至PCB。此封裝亦為VCSEL提供保護，因為所使用的製程常留下外延層之側面，故其藉由蝕刻台面或溝槽而暴露，維持未受保護，或只受到用於平坦化高分子層保護。被蝕刻外延層需要被露出以供側向氧化（VCSEL中的通常使用的電流限制過程）用。這些裝置長期暴露至大氣濕氣是一種已知的可靠度問題，其通常藉由使用一密封封裝來處理。打線接合裝置亦不容易縮放成二維陣列，特別是如果需要接觸此陣列之內部中的許多個別的雷射或雷射之群組的時候。

某些VCSEL陣列被製造成使光經由基板晶圓發射，採取的方式藉由發射具有使晶圓呈現透明的波長的光，或發射光經由此晶圓中的一通道。在這種架構中，藉由將陽極接觸部向下接合至一導電焊墊而於此裝置製造出陽極接觸部。在多數設計中，陰極接觸部仍然被製造到半導體基板表面。這可允許待用來建立陽極接觸部之倒裝晶片接合。仍然可使用打線接合以建立至基板表面（現在是倒置裝置之頂端）之陰極接觸部。在大部分的情況下仍然需要一封裝以保護此裝置並提供焊墊供打線接合用，然後，提供焊料墊供連結至PCB用。對於打線接合之需求仍然嚴格限制關於一個二維陣列之互連選擇。

這樣的配置的確具有讓雷射的陽極表面直接接觸封裝基板的優勢。這是一項優點，因為p-n接面及反射鏡或分佈式布拉格反射器（Distributed Bragg Reflector，DBR）靠近陽極接觸部，且那是此裝置中所產生的大部分熱所在的位置。這使得陽極接觸部成為從此接面區域移除熱最有效的表面。

這種類型的最通用的配置係如圖1中的習知裝置10所示。在所顯示的設計中，陽極（雷射）14及陰極接觸部16兩者是在晶粒20之相同側上製造出。於此配置中，陽極接觸部14允許電流流經半導體接面來發光。這些接觸部非常靠近被定位在一起，以供有效的使用雷射晶粒。這可允許單一的倒裝晶片焊接步驟以建立所有電性接觸。此外，在二維陣列中，其允許非常彈性的互連至個別的雷射或雷射之群組。此設計使用被蝕刻台面以供側向氧化及供每個VCSEL之陽極接觸部之電性隔離兩者用。此些台面完全被納入在一提供保護免受濕氣及氧化影響的厚金屬塗層中，因此在可靠使用上並不需要一密封封裝。光24經由波長透明晶粒20發射。一種類似的設計係詳細說明於美國專利第7,949,024號中，其全部於此併入作參考。

此設計仍然需要接合至一精密子安裝座12之倒裝晶片，其分別經由接觸焊墊22及18建立與VCSEL陣列之陽極14及陰極16部分的接觸，其具有一細小間距以匹配陽極及陰極接觸部。裝置10常被稱為一精密子安裝座。一精密子安裝座之倒裝晶片接合需要與習知PCB及表面安裝組件及焊接製程不相容之溫度、壓力及對準公差。因此，圖1所示之精密子安裝座裝置10是與提供電性接觸至VCSEL陣列之一封裝一起使用。此裝置10需要額外接觸焊墊以提供接觸至一習知之封裝或PCB焊墊。

本揭露內容包含一VCSEL陣列設計（或VECSEL-垂直外腔表面放射雷射），其導致一VCSEL／VECSEL（於此是「VCSEL」）陣列（於此是「VCSEL陣列」），其可藉由使用習知表面安裝組件及焊接技術而直接地焊接至一PCB以供大量生產。在揭露內容設計中，完成的VCSEL陣列並不需要單獨封裝及準確子安裝座及倒裝晶片焊接製程。此設計之一項額外優點係為其在從晶圓切割出晶粒之前允許完整的VCSEL陣列之晶圓上探測。

實施例是關於半導體裝置，特別是有關於高功率及高頻率應用的多光束半導體雷射陣列及其製造方法。

實施例亦可針對一種多光束光電裝置，稱為一VCSEL陣列裝置，其具有高功率，高頻率響應及在此陣列之內的個別的雷射或雷射之群組的各種可能的互連，其可藉由使用電子系統製造工業所熟知之表面安裝組件及焊接技術，而直接被製成習知印刷電路板。VCSEL陣列裝置可以是包含兩個以上的VCSEL及一陣列之一單片陣列之VCSEL或單一短路的台面裝置。VCSEL陣列之VCSEL可對稱地或非對稱地被隔開，以供最佳光學或電性特性用。VCSEL可依據一數學函數被間隔開，以供改善的光學特性或電力傳輸及速度用。VCSEL可被定位，以供在此陣列中的雷射元件之間的電性相位關係，以供資料傳輸之高傳真性或最佳功率傳輸至雷射用。

可以以許多配置將此陣列中的雷射連接至此裝置之焊料墊，這些配置包含串聯及並聯電性連接及其組合。此裝置之焊料墊亦可依期望來配置，包含各別電性接觸至個別的VCSEL，小型共同電性接觸至一少數的VCSEL，或大型電性接觸至多數的VCSEL。

可使此陣列中的活性VCSEL接觸至一平坦化介電質表面上的一中間金屬陽極接觸層。亦可使此裝置中的短路台面或台面接觸至在相同的中間金屬接觸層中的各別金屬焊墊，來形成此裝置中的陰極連接。陽極與陰極焊墊可以位在相同平面，但藉由在焊墊之間的側向間隙而彼此分離，如由設計者決定在陽極及陰極之間的隔離足以滿足操作所需要的電壓。

陽極與陰極接觸焊墊之圖案可被配置成允許並聯連接陽極焊墊之VCSEL與陰極焊墊之短路台面。接著，每個陽極或陰極焊墊可具有被圖案化在它們的表面上的額外金屬，以提供額外高度。金屬可以是鍍銅或被圖案化之其他高度導電金屬，用以提供均勻的接觸面積以匹配待形成於PCB上的焊墊金屬圖案。附加金屬可包含擴散阻擋金屬，且其頂端有一焊料合金，或離散的焊球可被施加至此些焊墊。可將焊墊圖案設計用於均勻的焊料潤濕區域，以促進表面安裝處理。所產生之裝置可與標準表面安裝組件技術相容，而不需要一額外封裝。

VCSEL陣列之每個VCSEL可被一金屬散熱器結構所圍繞。金屬散熱器結構可增加台面之高度及其直徑，俾能從VCSEL更有效地移除熱。可與VCSEL並排形成此些短路台面。這些裝置形成一條從晶粒中的基板接地層到陰極焊墊金屬之短路，藉以完成流經VCSEL之電流回到接地。金屬散熱器結構可包封VCSEL及短路台面兩者，所以它們受到保護免受濕氣及其他環境因素影響。

通過VCSEL與短路台面之非常短的電流路徑可使此裝置中的寄生電感最小化。陽極及陰極接觸焊墊與VCSEL陣列內的電流路徑分離可使此裝置中的寄生電容最小化。兩者均用來增加功率效率及高頻率響應。

二維陣列之VCSEL係能夠提供多數應用所需要的較高的輸出功率，且單獨地能夠允許此陣列之特定元件或元件之群組被定址以供應用，例如列印刷或產生方向性或可變照明圖案。製造數個陣列之VCSEL之傳統方法通常需要必須藉由打線接合連接之至少一接觸焊墊。打線接合增加了封裝複雜性且係為一寄生電感之來源，其在使用高電流脈衝時，限制雷射陣列之頻寬。

美國專利第7,949,024 B2號說明被蝕刻台面之製造，此些被蝕刻台面係藉由倒裝晶片接合到一個具有一金屬互連圖案之單獨的子安裝座而互相連接。此些被蝕刻台面係由一額外、保形的金屬塗層所覆蓋，此金屬塗層提供額外散熱、環境保護，並提供一較大的接觸面積給後續的倒裝晶片接合組件用。某些台面具有一接觸部，其允許流經VCSEL裝置之電流產生光，而其他台面是電性短路，俾能使電流流經已被沈積在台面之外部上的金屬，而不需要經過VCSEL裝置本身。具有在此表面上之一金屬層之一腔內接觸部，允許電流從活性（發光）台面側向流動至短路台面。這種架構允許陽極及陰極接觸部兩者被建立在雷射晶粒之相同側上，並允許單一倒裝晶片組裝步驟以將所有接觸部製作到一提供電性接觸至台面之圖案化的子安裝座。為了使供此陣列用的電性寄生電感及電容或整體寄生阻抗最小化，此方法非常有效。然而，子安裝座係為一種必須具有高熱傳導係數之高精密部件。這增加了費用，且子安裝座仍然需要被焊接至一PCB或放入一習知密封封裝，其將依序被焊接至一PCB組件。附加封裝是更進一步的寄生阻抗的來源。

一種替代方法是用以建構一種可直接被焊接至PCB而不需要一額外子安裝座或封裝之VCSEL陣列。如於此所說明的，一VCSEL陣列設計及製程允許藉由使用PCB上的習知之焊料墊（solder pad）尺寸及熟知之表面安裝PCB組件工具及製程（包含帶及捲軸分配）來將VCSEL陣列直接焊接至一PCB。

圖2顯示依據實施例之VCSEL陣列裝置100之簡化剖面。此圖例顯示一個半導體裝置及多個焊料凸塊接觸部，半導體裝置係為一表面放射雷射陣列，而焊料凸塊接觸部係位在一簡單的幾何圖案上，此幾何圖案具有一尺寸及間隔，該尺寸及間隔大到足以藉由那些所屬技術領域中具有通常知識者所熟知的習知組裝製程而直接安裝至印刷電路板。此圖繪示被焊接至一簡化的印刷電路板200之VCSEL陣列。

於此所說明的方法可用於製造其他半導體裝置之陣列，包含外腔版本的VCSEL、發光二極體、光檢測器、光調變器及電晶體。VCSEL裝置100之圖例是為說明目的，且並非意圖將本發明之範疇限制成任何特定型式之半導體裝置。

圖3係為圖2之選定部件101之一倒置的更詳細圖例。於本實施例中，VCSEL陣列裝置100可包含一基板102，其包含砷化鎵（GaAs）或其他半導體材料，例如磷化銦（InP）、氮化鎵（GaN）或矽（Si）。依據設計需求、操作之波長及接觸層之配置，基板可被摻雜為n或P型或可不被摻雜。基板亦可以是一種例如氧化鋁（Al₂ O₃ ）之材料，其可被使用作為一個供半導體材料在此表面上成長之基板。後續的半導體材料層可藉由外延成長製程，例如分子束外延（Molecular Beam Epitaxy，MBE）或金屬有機化學氣相沈積（Metal-Organo-Chemical Vapor Deposition，MOCVD）而被沈積在基板102之表面上。

在一實施例中，圖4顯示具有外延性成長層之一起始晶圓。一晶格匹配的下部分佈式布拉格反射器（DBR）104可外延性沈積在基板102上（如圖5所示）或在基板102上方（如圖4所示），用以形成活性VCSEL台面103與短路或接地台面105（圖3所示）之第一層。下部DBR可由具有不同的折射率之多層之交替半導體合金所形成。每個層邊界將導致一光學波之一局部反射，而使數層的組合於一期望的操作波長充當一高品質反射器。雖然下部DBR 104及上部DBR 108是由多層之材料所構成，但為了簡化圖例起見，在圖4中，將它們描繪為單一材料。下部DBR 104之一部分或全部亦可以是導電的，以允許電流流經VCSEL裝置。一腔內接觸層107可位於如圖4所示之下部DBR 104與基板102之介面，或位於如圖5所示之下部DBR內的一層。腔內接觸層107可以是一大量摻雜的半導體材料以提供一條連接此些台面之導電路徑，俾能允許側向電流流經此裝置。

在一實施例中，一活性區域106可外延性沈積在下部DBR 104上。區域106再被顯示為單一材料，但實際上係由多層的材料所構成，以為期望的共振波長提供正確間距且為此裝置中的電流流動提供導電性。區域106亦可具有增益介質，其以電流流動發射光。用於增益介質的材料之選擇與其他層之尺寸可用於選擇一工作波長，對一GaAs基板而言，其範圍可從620 nm至1600 nm。其他材料選擇可朝任一方向或兩個方向延伸那個波長範圍。

如所屬技術領域中具有通常知識者所理解的，VCSEL之發射波長是由下部DBR 104及上部DBR 108和活性區域106中的材料與材料之層厚度之選擇所決定。此增益材料可以是量子井、量子點或其他半導體結構。

於本實施例中，上部DBR 108可被定位於活性區域106上且亦可以是導電的。在某些實施例中，下部DBR 104可以是p摻雜的，而上部DBR 108可以是n-摻雜的，但某些實施例中順序可顛倒。上部DBR 108亦可以是部分或完全由不是外延性成長半導體材料之一種不導電的介電層堆疊所構成，反而是藉由蒸鍍或濺鍍而沈積之薄膜層，而使一個在上部DBR之內或之下的腔內接觸層達成電性接觸。如圖4及5所示，所有的這些層一般是在基板102上成長的單一外延結構中，基板102構成一起始點以供後續處理步驟用。在圖4中，下部DBR 104係定位在腔內接觸層107之上，而在圖5中，下部DBR 104係定位在腔內接觸層107之下，在每個狀況下都是使活性區域106落在下部DBR及上部DBR之間（形成分佈式DBR）。

上部DBR 108可終止於一大量摻雜的接觸層中，以促進一歐姆式接觸至一金屬接觸層120。圖6顯示接觸金屬120之初始沈積及圖案化至上部DBR 108表面，以及使用所屬技術領域中具有通常知識者所熟知之平版印刷製程的金屬接觸層120之頂端上的圖案化的介電層114。如果一離子佈植（ion-implanted）限制係為最後結構之一部分，則那個佈植步驟可在此接觸部之前執行。在那種情況下，可執行一先前的金屬沈積及圖案化步驟以提供對準特徵部以供離子佈植及後續步驟用。

下一步驟係如圖7所示，其涉及台面結構103及105之創造。需要一種穩固光刻所限定的遮罩來將台面蝕刻進入外延層結構中。這可使用圖案化的介電層114（圖6所示），例如SiN或介電質材料與一光阻層之組合。被圖案化的接觸金屬120（如圖6所示）亦受到這個層保護。圖7所顯示之台面103及105的暴露側允許一個或多個高鋁含量AlGaAs層110的側向氧化，以作為一種台面中的載子充電及光限制的方法。應注意的是，台面之頂端上的接觸金屬仍然可以於這個階段由介電質蝕刻遮罩所覆蓋。於此時間點可移除的可以是蝕刻遮罩之一部分的光阻層。

台面蝕刻可以是一種藉由使用乾燥（電漿）或濕蝕刻製程之受控的蝕刻製程，此製程於腔內接觸層107中止，腔內接觸層107位於下部（n型） DBR 104中，或恰好在於下部DBR 104與基板102之介面的DBR之下。選擇性蝕刻止擋層可以是腔內接觸層之一部分，以產生更均勻的蝕刻深度。

如圖8所示，另一接觸金屬層122可這個時間點在腔內接觸層107之暴露表面上被沈積及圖案化。這通常可以是一種最佳化來與接觸層完成一歐姆式接觸金屬層結構。這亦可以是可使用熱退火以使接觸金屬相互擴散（interdiffuse）進入半導體材料表面中的點。活性發光台面係為台面103，而短路台面係為台面105。

如圖9所示，一第二介電層116接著可被沈積在覆蓋所有特徵部之晶圓表面上。此層可允許短路台面與活性的發光台面隔離。另一光刻步驟可用於限定介電層116之區域，其需要藉由蝕刻而暴露，以允許電性接觸至活性台面103，於此電流將流經台面結構以導致雷射發光。這個步驟亦顯示於圖9中。注意到的是，介電層116可能只能從n-接觸金屬122的選定區域被移除。

下一步驟係顯示於圖10中，於此顯示的一厚金屬蓋124形成在台面124上面以保護台面，用以完成一電性連接至n-接觸金屬供短路台面用，用以作為p-接點供活性台面用，及用以提供額外熱傳。如果這個金屬蓋124可藉由電鍍而沈積，則一薄的「籽晶」金屬層123可首先被沈積橫越過整個晶圓以提供電性連續性。接著可將一厚光阻遮罩塗敷並光刻圖案化以供一厚金屬沈積用。然後，移除光阻之後，可選擇性蝕刻暴露的籽晶金屬層。

如上述指出的，此些台面上的厚金屬蓋124可以與此些活性雷射台面103上的n-接觸金屬電性接觸，同時藉由剩下的介電層116與短路台面105上的台面表面與p-接觸金屬分離。短路台面105上的厚金屬蓋124重疊n-接觸金屬之暴露區域。這可允許來自VCSEL台面之返回電流流經n-接觸金屬（其於此係與在下部DBR 108中或靠近下部DBR 108之腔內接觸層接觸）到達短路台面上的金屬蓋。然後，電流流動並未通過短路台面，但流經厚的金屬散熱器蓋124。所產生之結構係顯示於圖10中。

金屬台面蓋124可能必須位在與台面相同的間隔上，且依據附加金屬之厚度可能只比原始台面大幾微米。一有效的VCSEL陣列可具有位於一細小間距上的台面，而這些台面之尺寸通常可能受限制。台面蓋124並未提供一種相容於習知PCB上的焊料墊的介面。

下一步驟顯示於圖11中。一非導電性材料128之平坦化層可被塗敷至晶圓，以便填滿台面間的所有間隙並提供一個與台面上的金屬蓋124之頂端齊平的表面。這個過程通常可利用一像聚醯亞胺或雙苯並環丁烯（bisbenzocyclobutene，BCB）之聚合物之旋轉沈積，或利用一旋塗式玻璃（溶膠凝膠）配方而完成。小心控制這些參數而讓塗敷的層與台面之高度匹配。可使用額外溶劑移除或機械拋光來正確地匹配台面之高度。亦可使用其他沈積製程以建立此平面。

由於從活性台面103移除層114與116，故兩種型式之台面103與105可能會略有不同的高度。為了焊接目的，高度差異可能小到足以讓平坦化步驟可提供一充分均勻的接觸焊墊表面130。

一旦平坦化材料硬化或固化，就可完成一光刻圖案製程以圖案化中介部金屬焊墊130，該中介部金屬焊墊130接觸金屬蓋。這些焊墊可以遠大於台面，且各別提供電性接觸至活性台面之群組或個別的活性台面以形成陽極焊墊，及提供電性接觸至短路台面之群組或個別的短路台面以形成陰極焊墊。焊墊形狀及間距在台面如何互相連接的方面可提供很大的彈性。焊墊金屬可以是金或一種最佳化散熱及高電性導電性之疊層結構。一例子係為接觸金屬蓋之頂端之一薄金層（於此例子中也是金），然後，一層厚的鍍銅以提供高側向導電性及熱傳導。焊墊130之功效是提供一中介部層而使最後的焊料凸塊與台面的間隔和尺寸明顯不同。相較於金屬散熱器蓋124本身，額外的表面積及熱質量可大幅地增加VCSEL陣列之散熱。

由於對VCSEL陣列的功能、光學及電性需求，焊墊金屬130之圖案可能不是與表面安裝處理相容的最佳佈局，且因此在尺寸及形狀上可以是有點隨意的，以便容納需要連接在一起之台面的圖案。為了提供一均勻陣列之接觸焊墊，理想上配置成利用自動化組件及焊料回流法焊接至PCB焊料墊，可在中介部焊墊130上製造金屬焊墊、柱（posts）、支柱（pillars）或凸塊（bumps）132之一額外金屬結構。於圖12中，依據可利用的製程，金屬焊墊、柱、柱或凸塊132係描繪成比VCSEL台面厚很多且大很多，但可以是較小且可更密集地被圖案化。關鍵點是它們提供好的機械及冶金接合到PCB焊料墊，且可位在下層的焊墊金屬130上，俾能使它們與PCB焊料墊尺寸及間距匹配。這可使VCSEL陣列尺寸及間距與此裝置之電性接觸功能之分離最佳化。

圖12顯示依據一第一實施例之所產生之金屬結構、柱132及焊料金屬層136之組合，其可提供實際焊料接合表面給VCSEL陣列。柱132之銅電鍍以很低的損失及低的寄生電感提供一個可承載大量電流之厚結構。銅柱可利用一種經最佳化的良好附著性及與用於表面安裝組件之共同焊料的相容性的金屬層結構而終止。一例子係為在銅柱132之表面上的一層金，而一鎳的擴散止擋接著一金的薄腐蝕止擋。在所屬技術領域中具有通常知識者所熟知的凸塊金屬化（Under Bump Metallization，UBM）之下，有許多常用的變化。銅柱之製造可能需要應用一連續薄金屬籽晶層、被光刻圖案化之一厚光阻層，以建立銅柱之期望尺寸及間隔。在電鍍及或藉由化學機械拋光方法再平坦化之後，可剝去光阻，且剝掉任何籽晶金屬層。圖12顯示在金屬柱之頂端上的一可選擇的額外焊料金屬層136。此層136可在此柱結構中之其他金屬之後經電化學沈積，或之後可藉由其他沈積方法被塗敷，沈積方法包含蒸鍍、電鍍、噴射沈積或離散焊球之機械塗敷。

圖13顯示一第二實施例，於其中聚合物或其他介電質材料之一附加平坦化層134係在完成中介部金屬焊墊130之後塗敷。此層亦可被圖案化及用於定義金屬柱132之形狀，但可能留在一定位置以使中介焊墊與焊料136之沈積及與焊接回流製程本身絕緣。附加平坦化介電材料134亦可維持高於金屬柱132以促進離散焊球組裝至金屬柱132表面之上。

圖14所示之另一實施例並未使用鍍銅柱，但使用直接在陽極及陰極焊墊金屬130上的一焊料潤濕止擋138，俾能使此焊墊之特定區域可具有被沈積之焊料或可與塗敷至PCB之焊錫膏接合。焊料潤濕止擋可以是所屬技術領域中具有通常知識者所熟知的介電質材料或金屬，不允許被用來連結至PCB之焊料潤濕。

因為於此所揭露之VCSEL陣列設計之實施例係關於將經由基板102之表面發光之裝置，故晶圓之另一側一般可能需要額外製程步驟。此時，當在基板晶圓之另一側（「背面」）上進行處理時，可能需要保護具有台面之晶圓側（「活性側（active side）」）。圖15所示之一種方法可包封暴露的金屬柱與在一可移除樹脂140（例如光阻或一蠟或樹脂）中的柱之間的間隙，可移除樹脂140可均勻地被塗敷且容易藉由溶劑而移除。接著可將例如一矽或石英晶圓的機械「處理」晶圓（未顯示）接合至樹脂140之表面，以用於在晶圓之背面的處理期間的額外機械支撐。圖15顯示裝置結構，具有在一定位置之樹脂封裝140與藉由機械及化學機械手段被薄型化之基板。為了低散射損失，基板之背面也被拋光。亦可塗敷一抗反射（Anti-Reflection，AR）塗層142以減少來自基板表面之菲涅耳反射損失。抗反射塗層亦可藉由一蝕刻或掀離（liftoff）製程而被光刻圖案化以提供標籤資訊，這是因為發光表面將是組裝後可見的表面。

金屬中的一孤立（standoff）結構或一持續耐熱的聚合物材料144可被塗敷至晶圓之背面以在處理及組裝期間提供抗反射塗佈表面之保護。在移除任何處理晶圓與封裝樹脂140之後，完成的裝置係如圖16所示。然後，可切割所產生之完成晶圓，且每個個別的晶粒可以是一個具有焊料墊之完全封裝的部件，這些焊料墊的尺寸及間隔大到足以藉由標準組裝技術而直接焊接至一PCB。

晶圓之背面或發射面亦可用於製造包含多個微透鏡之光學結構，以供控制雷射之波束方向及波束特性。圖16更進一步顯示為了這個目的而被蝕刻進入基板中的一微透鏡146之一例。這個步驟可以在晶圓薄化步驟之後立刻被完成，俾能使一抗反射塗層142接著可被塗敷至透鏡表面。有許多所屬技術領域中具有通常知識者所熟知的將多個微透鏡製造在此陣列之表面上的製程，包含聚合物的回流、藉由灰階光刻而形成之一光阻輪廓之轉移蝕刻或一光阻之回流。包含光柵、菲涅耳透鏡、諾全息圖（kinoform）及電腦生成的相位浮雕全息圖之繞射結構，亦可於晶圓之背面上製造出以供控制及操控VCSEL之輸出波束。

在某些情況下，VCSEL之波長將被設計成足夠短，以使半導體基板102係於操作波長下吸收，藉以甚至在基板變薄時導致不可接受的發光損失。圖17顯示圖16之VCSEL陣列之變化，於其中針對晶圓之背面（或發射面）的處理包含取代微透鏡146的多個通道（via）148之蝕刻，俾能移除波束路徑中的所有基板材料。這個製程的可藉由在下部DBR 104與基板102之介面的外延成長結構149中包含一種所屬技術領域中具有通常知識者所熟知的適當的選擇性蝕刻止擋層來達成。接著可在晶圓之背面上的光阻中對此通道圖案化，且可使用選擇性濕或乾蝕刻，其將停止於這個使蝕刻製程大幅變慢的層。可將一抗反射塗層142可塗敷至暴露的外延層149與剩下的基板。

如參考圖15所討論的那樣，在其他情況下，期望當基板仍然被裝設至一處理晶圓時，能從晶圓完全移除基板。如圖18所示，完成後，組成VCSEL陣列與添加的金屬及平坦化層的非常薄的外延層149將是被留下的全部。接著，如圖19所示，可將對雷射波長是透明的一新的支撐晶圓150接合至暴露表面149。暴露的半導體表面149或透明性晶圓之表面可具有一抗反射匹配塗層，以使在可能具有很大的指數失配及高反射損失之兩種材料之間使反射最小化。透明性晶圓150之發射面亦可具有一抗反射塗層142，與多個微透鏡、其他微光電元件以及類似於上述那些之保護孤立框架。

透明性晶圓150可具有一個在此表面上之高反射率塗層，俾能使其形成雷射之一擴增空穴，以供具有較高功率及改善亮度之較大模式的容積裝置（volume device）用。這種型式之裝置通稱為VECSEL。透明性晶圓150亦可以是摻雜玻璃或具有適當塗層之晶體雷射增益介質以製出二極體泵浦固態雷射陣列，於此的VCSEL雷射元件係為泵浦雷射。

另一替代實施例係顯示於圖20中。於本實施例中，裝置160包含一個可在上部DBR結構中成長之第二腔內接觸層162。上部DBR結構可以是比其他實施例少得多的層或可完全省略，這取決於詳細的雷射設計，且被配置成支持一序列之介電層在頂端上之成長的一間隔層與一摻雜接觸層所置換。第二腔內接觸層162可以是大量摻雜的半導體層，其促進高側向導電性並提供一良好歐姆金屬接觸。替代如於其他實施例所使用的由外延半導體合金所製造的完整上部DBR的是一單獨的反射鏡165，該單獨的反射鏡165可在一金屬接觸部（例如一環狀的歐姆式接觸部170）形成在上部腔內接觸層162之後被沈積。環狀的歐姆式接觸部170（圖22所示）具有一開口部，其對於經規劃的雷射孔隙或一共振LED是足夠大（如果用作那個目的的話）。反射鏡165可以是製作高反射率、低損失雷射反射鏡之所屬技術領域中具有通常知識者通常使用的對比折射率材料之一介電質堆疊。可將介電質反射鏡165設計成用於與局部的上部DBR層168（如果它們被使用的話）相位匹配。反射鏡165並未傳導電流。上部腔內接觸層162傳導來自環狀的歐姆式接觸部170之電流。此種型式之裝置的一項優點是對於較長的波長雷射設計而言，基於半導體的DBR層可能是低效率的。此設計方法亦減少歐姆損失，因為電流並不需要通過半導體DBR層之全部厚度。

圖21更詳細顯示具有第二腔內接觸層162與下部腔內接觸層107及厚度減少的頂端DBR層結構168之圖20之外延晶圓結構。圖22顯示在環狀的金屬層170之沈積及圖案化之後的相同的裝置結構，其完成與頂端腔內接觸層162之一歐姆式接觸。如圖23所示，於此情況下的雷射台面103具有在台面103之中心中被圖案化有一開口部之接觸金屬170。反射鏡層165沈積於歐姆式接觸部170上面，俾能使開口部被介電層所填滿，以建立一高反射率雷射空穴。相對於藉由高鋁含量層110（圖7所示）之氧化或藉由離子佈植而形成之雷射孔隙，最後的反射鏡（結合介電質反射鏡層與一局部的上部DBR之一混合式反射鏡）之尺寸需要足夠大。在圖23中，雷射台面103與短路或接地的台面105係如較早所說明的方式形成。於此階段下，完成裝置之製造實質上可與上述相同，只要注意在製程步驟期間保護反射鏡層165。

依據一實施例，圖24-26顯示在圖10-12所顯示之製程以後一VCSEL陣列的兩個例示佈局之俯視圖。活性雷射台面103聚集在由n-接觸金屬122所包圍之中間區域，中間區域係由短路台面105圍繞。圖24顯示藉由完成圖10所顯示的製程而形成之加蓋台面124的順序。圖25顯示因為圖11所顯示的製程之結果而增加的中介焊墊金屬130。圖26顯示附加至圖12中的金屬柱132之頂端的焊料凸塊136。如圖25所顯示，關於兩種佈局，中介焊墊金屬圖案130a並聯連接所有的活性雷射台面103，而另一中介焊墊金屬圖案130b將所有短路台面105連接在一起。於本實施例中，供焊墊金屬圖案130a用之金屬柱132係為此裝置之陽極接觸部，而供焊墊金屬圖案130b用之金屬柱132係為此裝置之陰極接觸部。請注意：如圖26之左邊佈局所顯示，金屬柱132並不需要是圓柱形結構，如在圖12-20之例子所示。為了便於組裝的最佳的焊料接觸面積、高熱傳導進入PCB金屬、強大的機械焊料接合強度及高導電性及低電感，可設計出金屬接觸柱之形狀。

圖27顯示供VCSEL陣列用之另一例示佈局。如圖27所示，加蓋台面124的配置類似於圖24之配置，但活性雷射台面103可藉由一間隙175被劃分成兩個群組。同樣地，中介焊墊金屬130a可被劃分成兩個區域以供VCSEL（活性台面）103用，如圖28所示。於此情況下，短路台面105係仍然全部並聯接觸，這是為了一低阻抗電流傳回路徑的目的，且因為VCSEL全部經由下部DBR 108中的腔內接觸層共享共同的接地連接。圖29所顯示之金屬接觸柱132現在亦各別連接進入接觸焊墊，用以將此裝置焊接至一PCB，每個連接至一群組之VCSEL（活性台面）103。

依此方式分離活性台面（VCSEL）使VCSEL之群組可以獨立打開和關閉，且允許VCSEL之群組被獨立調變，例如藉由經由PCB上的各別焊墊連接此些各別接觸部。對於經由最後製造步驟來建構VCSEL陣列供特定應用使用，這是一種非常彈性的實施例。台面103及105之佈局可以是位在一固定間隔上，此間隔被最佳化來通過此陣列達到有效電流傳播，以及為了橫越過此陣列的平衡熱負載和由中介焊墊金屬130圖案與金屬接觸柱132圖案之設計所決定的最後的電性配置。

接觸焊墊佈局130之設計的彈性係受到下述事實的限制：在至今所描繪出的製造順序中，VCSEL是全部經由腔內接觸層而共同連接。然而，可藉由一額外溝槽蝕刻或隔離佈植而在製造順序中改變這個接觸層，俾能使VCSEL（活性台面）103之群組彼此隔離。在這種實施例中，理想上是可具有一未摻雜的半導體基板102，因此只有腔內接觸層及在下部DBR 104中的任何摻雜層需要在區域中製成不導電以電性地分離VCSEL之群組。這可藉由離子佈植進入導電層之區域而達成，俾能使佈植之無序使得那些區域成為不導電。另一方法是在台面蝕刻之後執行一第二蝕刻步驟，以藉由蝕刻通過腔內接觸層及一殘留的摻雜下部DBR層，而使此些區域彼此物理隔離。

圖30顯示VCSEL陣列之俯視圖，於其中在台面蝕刻步驟之後使用一額外離子佈植以呈現腔內接觸層之不導電區域138，且以使下部DBR 104不導電。所顯示的VCSEL台面之群組及短路台面現在彼此電性隔離。如圖31所示，中介焊墊金屬140a及140b亦被電性分離。圖32顯示金屬接觸柱及可與各別PCB焊料墊接觸焊料區域142a、142b、142c及142d，俾能使一個部件之陰極接觸部（譬如陽極接觸部142a）可經由PCB基板而連接至電流源。接著，陰極接觸部142b連接至第二群組之陽極接觸部142c。然後，電流經由陰極接觸部142d回到接地端。結果是經由PCB連接串聯連接兩個群組之雷射。

可將陰極接觸部142b連接至晶粒本身上的陽極接觸部142c，俾使只有接觸部142a及142d需要連接至PCB上的電源及接地接觸部，且使此晶粒之兩個區域串聯連接。然而，在如圖32所示之較佳實施例中，接觸焊墊142a及142b係藉由不導電區域138而與接觸焊墊142c及142d隔離，俾能使PCB設計者可並聯或串聯連接兩個雷射區域（142a及142c），取決於設計者的偏好。

雖然以各種實施例的角度進行顯示並說明，但本揭露內容之實施例並未受限於包含於說明書中之特定說明。可利用一種與本揭露內容一致的方式使用元件之不同材料及不同組合來發展其他實施例。亦可輕易使用其他替代或等效組件及元件以實行本揭露內容。

在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。

10‧‧‧裝置

12‧‧‧精密子安裝座

14‧‧‧陽極／陽極接觸部

16‧‧‧陰極／陰極接觸部

18、22‧‧‧接觸焊墊

20‧‧‧晶粒

24‧‧‧光

100‧‧‧VCSEL陣列裝置

101‧‧‧選定部件

102‧‧‧基板

103‧‧‧VCSEL（活性台面）／台面／台面結構／雷射台面

104‧‧‧下部DBR

105‧‧‧台面／台面結構／短路台面／接地台面

106‧‧‧活性區域

107‧‧‧腔內接觸層

108‧‧‧上部DBR

110‧‧‧高鋁含量AlGaAs層

114‧‧‧介電層

116‧‧‧介電層／第二介電層

120‧‧‧金屬接觸層／接觸金屬

122‧‧‧接觸金屬層／接觸金屬

123‧‧‧「籽晶」金屬層

124‧‧‧加蓋台面／台面蓋／金屬散熱器蓋／金屬蓋

128‧‧‧非導電性材料

130‧‧‧中介部金屬焊墊／接觸焊墊佈局／接觸焊墊表面／焊墊／焊墊金屬／陰極焊墊金屬

130a‧‧‧中介焊墊金屬／中介焊墊金屬圖案

130b‧‧‧焊墊金屬圖案／中介焊墊金屬圖案

132‧‧‧金屬焊墊／柱／支柱／凸塊／銅柱／金屬柱

134‧‧‧附加平坦化介電材料／附加平坦化層

136‧‧‧焊料／焊料凸塊／焊料金屬層

138‧‧‧不導電區域／焊料潤濕止擋

140‧‧‧可移除樹脂／封裝樹脂／樹脂封裝

140a、140b‧‧‧中介焊墊金屬

142‧‧‧抗反射塗層

142a‧‧‧焊料區域／接觸焊墊／接觸部

142b‧‧‧陰極接觸部／焊料區域／接觸焊墊

142c‧‧‧陽極接觸部／焊料區域／接觸焊墊

142d‧‧‧陰極接觸部／焊料區域／接觸焊墊／接觸部

144‧‧‧聚合物材料

146‧‧‧微透鏡

149‧‧‧半導體表面／外延成長結構／外延層

150‧‧‧支撐晶圓／透明性晶圓

160‧‧‧裝置

162‧‧‧上部腔內接觸層／第二腔內接觸層

165‧‧‧反射鏡／反射鏡層

168‧‧‧上部DBR層／頂端DBR層結構

170‧‧‧金屬層／接觸金屬／接觸部

175‧‧‧間隙

200‧‧‧印刷電路板

圖1係為顯示具有細小間距之習知技術的倒裝晶片接合陣列之側視圖。圖2係為顯示依據一實施例之一裝置之剖面側視圖。圖3係為顯示圖2之選定部件101之一倒置的橫剖面。圖4顯示圖2所示之裝置之實施例之具有外延性成長層之起始晶圓（starting wafer）。圖5係為顯示圖4所示之具有外延性成長層之起始晶圓之替代實施例。圖6顯示一實施例之持續形成，於其中接觸金屬之初始沈積及圖案化至上部DBR表面是藉由使用平版印刷製程而執行。圖7顯示具有光刻形成的台面結構之圖6之實施例之持續形成。圖8顯示具有n-金屬沈積及圖案化之圖7之實施例之持續形成。圖9顯示具有一形成的介電層及多個被蝕刻通道（via）之圖8之實施例之持續形成。圖10顯示包含金屬台面蓋之圖案化及沈積之圖9之實施例之持續形成。圖11顯示包含一平坦化層及金屬焊墊之施加之圖10之實施例之持續形成。圖12顯示包含金屬結構之附加在圖11中所增加之中介部金屬焊墊上面的圖11之實施例之持續形成。圖13顯示圖12所示的另一實施例。圖14顯示圖12所示的又另一實施例。圖15顯示圖12之實施例之持續形成，於本實施例中包含一保護樹脂層之塗敷在活性側上及一抗反射塗層及孤立（standoff）結構之塗敷在背面上。圖16顯示具有一被蝕刻進入背面之積體微透鏡（integrated microlens）之圖12之實施例之持續形成。圖17顯示圖16之完成晶圓之一替代實施例，於此背面上的微透鏡已被一種下達外延層的通道移除基板材料所置換，而一抗反射塗層被塗敷在外延層上面。圖18顯示一替代實施例，其包含在活性側上的一樹脂封裝，而整個基板從背面被移除。圖19顯示一實施例，於其中一透明支撐晶圓已被貼合至在外延層之暴露表面上面的背面。圖20顯示一實施例，於其中部分或所有的上部DBR係被一個形成在一附加的腔內接觸層內之反射鏡所置換。圖21更詳細顯示圖20之晶圓結構之最初形成。圖22顯示圖21之晶圓結構之持續形成。圖23顯示圖22之晶圓結構之持續形成。圖24顯示VCSEL陣列之兩個例示佈局之實施例。圖25顯示供圖24之佈局用之中介焊墊金屬圖案。圖26顯示供圖24之佈局用之接觸焊墊或凸塊。圖27顯示關於VCSEL之一例示佈局分組之另一實施例。圖28顯示供圖27之佈局用之中介焊墊金屬圖案。圖29顯示供圖27之佈局用之接觸焊墊或凸塊。圖30顯示關於VCSEL之一例示佈局分組之另一實施例，而附加不導電區域。圖31顯示供圖27之佈局用之中介焊墊金屬圖案。圖32顯示供圖27之佈局用之柱及焊料凸塊。

Claims

一種垂直空腔表面射型雷射陣列或半導體發光裝置陣列，位於單一半導體晶粒上，並且包含：一腔內接觸層及一分佈式布拉格反射器（Distributed Bragg Reflector，DBR），該腔內接觸層被配置成允許橫越過一個半導體晶圓的側向傳導；複數個台面，藉由蝕刻在該腔內接觸層之上的數層所製造，俾能使該等台面的多個p-n接面區域被分離，並使該腔內接觸層暴露以建立電性接觸至該腔內接觸層的一表面，其中該等台面的某些是短路台面，且藉由在一短路台面結構的一頂端及多側上的沈積的金屬而電性地短路，俾能使電流係分流通過每個短路台面的每個p-n接面區域而直接地到達該腔內接觸層上的接觸金屬，且其中該等台面的某些係為多個雷射台面，並於每個雷射台面結構的一頂端具有一電性接觸，且於該雷射台面結構的多側上藉由一個避免每個雷射台面的每個p-n接面區域的短路的介電層來絕緣，俾能使電流流經每個雷射台面的每個p-n接面區域來發光；一金屬接觸部，沈積於該腔內接觸層上，配置成從靠近各該雷射台面側向地傳導電流，以連接至該等短路台面，以減少在該腔內接觸層中的電流傳播損失；一第一厚金屬塗層，塗佈至該等雷射台面上以提供抗腐蝕保護、額外散熱及一第一穩固電性接觸表面；及一第二厚金屬塗層，塗佈至該等短路台面上，並與該金屬接觸部重疊，以提供一在該等短路台面與該腔內接觸層之間的電性連接，以及一第二穩固電性接觸表面；其中該等金屬覆蓋的台面允許多個陽極接觸部及多個陰極接觸部被建立於該半導體晶圓的一側上，而使光從該半導體晶圓的一反側發射，其中該一側係受到一種使用一沈積的絕緣材料的平坦化製程並設有兩個以上的圖案化金屬焊墊，其中一第一圖案化金屬焊墊提供在兩個以上的該等短路台面的該等陰極接觸部之間的一第一平面的電性互連，且一第二圖案化金屬焊墊提供供該等雷射台面的一個或多個的該陽極接觸部用的一第二平面的電性互連，該第一平面的電性互連與該第二平面的互連分離；以及其中該一側係配置成在從該半導體晶圓切割出該半導體晶粒之後，直接焊接至一印刷電路板作為一表面安裝組件，而不需額外封裝。
如請求項1所述的陣列，更包含一溝槽或佈植區域或其組合，用於藉由渲染該腔內接觸層的一區域呈現不導電，以使該等雷射台面的一個或多個及該等短路台面的一個或多個與在該複數個台面之間的其他台面電性隔離，且其中該兩個以上的圖案化金屬焊墊係在平坦化之後被圖案化，以使該等隔離的台面可經由來自該印刷電路板的多個金屬柱（posts）或多個凸塊（bumps）而各自電性接觸。
如請求項1所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一機械或化學薄型化基板及一抗反射塗層。
如請求項1所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板包含多個透鏡，該等透鏡被蝕刻進入該基板中並對準於該等雷射台面，俾能使每個雷射台面的光束特性可經由一透鏡輪廓及每個透鏡的一偏移的選擇被改變，其中該偏移改變每個透鏡與一對應的雷射台面的一雷射軸線的對準關係。
如請求項1所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板包含一繞射光學元件，該繞射光學元件被蝕刻進入該基板中並對準於該等雷射台面，俾能使每個雷射台面的光束特性可被該繞射光學元件改變，其中該光束特性包含發散、形狀及方向。
如請求項1所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板包含多個通道（via），該等通道被蝕刻進入該基板並對準於該等雷射台面的該等孔隙，俾能在雷射傳輸期間，為於將被該基板吸收的波長的低的損失操作減少基板吸收。
如請求項1所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板係藉由機械及化學手段而被移除，且可被一個可被接合以供機械支撐的透明支撐基板置換。
如請求項1所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板係藉由機械及化學手段而被移除，且被一個包含多個透鏡或與該等雷射台面對準的其他繞射表面的透明支撐基板置換，俾能使光束特性可被改變，該光束特性包含發散、形狀及方向的一個或多個。
如請求項1所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板係藉由機械及化學手段而被移除並被一透明支撐基板置換，以為每個雷射台面提供一外部雷射空穴，其中該透明支撐基板包含多個反射塗層，該多個反射塗層可被接合至該腔內接觸層的該表面。
如請求項1所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板係藉由機械及化學手段而被移除並被一透明支撐基板置換，以為每個雷射台面提供一外部雷射空穴，其中該透明支撐基板包含多個凸狀或凹狀透鏡表面及多個可被接合至該腔內接觸層的該表面的反射塗層。
如請求項1所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板係藉由機械及化學手段而被移除並被一置換支撐基板置換，以提供一VCSEL泵浦的固態雷射陣列，其中該置換支撐基板包含一玻璃或晶體固態雷射增益介質，該玻璃或晶體固態雷射增益介質具有多個可被接合至該腔內接觸層的該表面的反射塗層。
如請求項1所述的陣列，更包含多個導電金屬焊墊、柱或凸塊，被設置作為於該兩個以上的圖案化金屬焊墊上的多個電性接觸部，其中該兩個以上的圖案化金屬焊墊具有一尺寸、一間隔及一高度，俾能使習知印刷電路製造技術可使用該多個導電金屬焊墊、柱或凸塊作為焊料墊。
如請求項12所述的陣列，更包含：一凸塊下金屬化（under-bump metallization），位於該等陽極接觸部與該等陰極接觸部上，以避免金屬間的擴散；以及焊料（solder），被預鍍錫（pre-tinned）至該等陽極接觸部與該等陰極接觸部的多個表面。
如請求項12所述的陣列，更包含：一凸塊下金屬化，位於該等陽極接觸部與該等陰極接觸部上，以避免金屬間的擴散；以及多個焊球（solder balls），被預先裝設至該等陽極接觸部與該等陰極接觸部。
如請求項1所述的陣列，更包含一第二介電質平坦化層，被塗敷至該等陽極接觸部與該等陰極接觸部，以保護該等陽極接觸部與該等陰極接觸部之暴露側或至該處的電性連接，以提供額外機械支撐，並避免在該等陽極接觸部與該等陰極接觸部之間的空間的污染以及至該處的電性連接。
如請求項1所述的陣列，更包含一焊料潤濕止擋（solder-wetting barrier），被圖案化於該一側上，以限制焊料潤濕到該兩個以上的圖案化金屬焊墊，其中該兩個以上的圖案化金屬焊墊具有一尺寸、一間隔及一高度，俾能使習知印刷電路製造技術可使用該兩個以上的圖案化金屬焊墊當作焊料墊。
如請求項16所述的陣列，更包含焊料，被預鍍錫至該等陽極接觸部與該等陰極接觸部的多個表面。
如請求項16所述的陣列，更包含多個焊球，被預先裝設至該等陽極接觸部與該等陰極接觸部。
如請求項16所述的陣列，更包含一溝槽或佈植區域或其組合，用於藉由渲染該腔內接觸層的一區域呈現不導電，以使該等雷射台面的一個或多個及該等短路台面的一個或多個與在該複數個台面之間的其他台面電性隔離，且其中該兩個以上的圖案化金屬焊墊在平坦化之後被圖案化，所以可藉由該印刷電路板的焊墊各自電性接觸該等隔離的台面。
如請求項1所述的陣列，更包含一保護金屬塗層，位於至少該兩個以上的圖案化金屬焊墊上方，用於避免腐蝕及避免從共同焊料的擴散。
一種垂直空腔表面射型雷射陣列或半導體發光裝置陣列，位於單一半導體晶粒上，並且包含：一第一腔內接觸層及一第一成長分佈式布拉格反射器（Distributed Bragg Reflector，DBR），定位於一個半導體晶圓上，該第一腔內接觸層配置成允許橫越過該半導體晶圓的側向傳導；一後續成長的第二DBR，配置成減少反射率；一第二腔內接觸層，定位在該第二DBR之上；一環狀的歐姆式接觸，於該第二腔內接觸層上被製造出，該環狀的歐姆式接觸具有一開口部，該開口部的尺寸適合於不造成一雷射孔隙的超過的繞射損失；一序列之介電質或金屬層，沈積於該環狀的歐姆式接觸中的該開口部上，配置成當該序列之介電質或金屬層被使用作為一雷射空穴或一共振LED空穴之一部分時增加該第二DBR的反射率，其中該序列之介電質或金屬層係被圖案化，以暴露該環狀的歐姆式接觸的一表面；複數個台面，藉由蝕刻多個在該第二腔內接觸層之上的層所製造，俾能使該等台面的多個p-n接面區域被分離且使該第二腔內接觸層暴露，來建立電性接觸至該第二腔內接觸層的一表面，其中該等台面的某些是短路台面，且藉由在一短路台面結構的一頂端及多側上的沈積的金屬而電性地短路，俾能使電流係分流通過每個短路台面的每個p-n接面區域而直接地到達該腔內接觸層上的接觸金屬，且其中該等台面的某些係為多個雷射台面，並於每個雷射台面結構的一頂端具有一電性接觸部，且於該雷射台面結構的多側上藉由一個避免每個雷射台面的每個p-n接面區域的短路的介電層來絕緣，俾能使電流流經每個雷射台面的每個p-n接面區域來發光；一金屬接觸部，沈積於該第二腔內接觸層上，配置成從靠近各該雷射台面側向地傳導電流，以連接至該等短路台面，以減少在該第二腔內接觸層中的電流傳播損失；一第一厚金屬塗層，塗佈至該等雷射台面以提供抗腐蝕保護、額外散熱及一第一穩固電性接觸表面；及一第二厚金屬塗層，塗佈至該等短路台面上，並與該金屬接觸部重疊，以提供一在該等短路台面與該第二腔內接觸層之間的電性連接，以及一第二穩固電性接觸表面；其中該等金屬覆蓋的台面允許多個陽極接觸部及多個陰極接觸部被建立於該半導體晶圓的一側，而使光從該半導體晶圓的一反側發射，其中該一側係受到一種使用一沈積的絕緣材料的平坦化製程並設有兩個以上的圖案化金屬焊墊，一第一圖案化金屬焊墊提供在兩個以上的該等短路台面的該等陰極接觸部之間的一第一平面的電性互連，且一第二圖案化金屬焊墊提供供該等雷射台面的一個或多個的該陽極接觸部用的一第二平面的電性互連，該第一平面的電性互連與該第二平面的互連分離；以及其中該一側係配置成在從該半導體晶圓切割出該半導體晶粒之後，直接焊接至一印刷電路板作為一表面安裝組件，而不需額外封裝。
如請求項21所述的陣列，更包含一溝槽或佈植區域或其組合，用於藉由渲染該第二腔內接觸層的一區域呈現不導電，以使該等雷射台面的一個或多個及該等短路台面的一個或多個與在該複數個台面之間的其他台面電性隔離，且其中該兩個以上的圖案化金屬焊墊在平坦化之後被圖案化，以使該等隔離的台面可經由來自該印刷電路板的多個金屬柱或多個凸塊而各自電性接觸。
如請求項21所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一機械或化學薄型化基板及一抗反射塗層。
如請求項21所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板包含多個透鏡，被蝕刻進入該基板中並對準於該等雷射台面，俾能使每個雷射台面的光束特性可經由一透鏡輪廓及每個透鏡的一偏移的選擇被改變，其中該偏移改變每個透鏡與一對應的雷射台面的一雷射軸線的對準關係。
如請求項21所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板包含一繞射光學元件，該繞射光學元件被蝕刻進入該基板中並對準於該等雷射台面，俾能使每個雷射台面的光束特性可被該繞射光學元件改變，其中該光束特性包含發散、形狀及方向。
如請求項21所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板包含多個通道（via），該等通道被蝕刻進入該基板並對準於該等雷射台面的該等孔隙，俾能在雷射傳輸期間，為於將被該基板吸收的波長的低的損失操作減少基板吸收。
如請求項21所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板係藉由機械及化學手段而被移除，且可被一個可被接合以供機械支撐的透明支撐基板置換。
如請求項21所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板係藉由機械及化學手段而被移除，且被一個包含多個透鏡或與該等雷射台面對準的其他繞射表面的透明支撐基板置換，俾能使光束特性可被改變，該光束特性包含發散、形狀及方向的一個或多個。
如請求項21所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板係藉由機械及化學手段而被移除並被一透明支撐基板置換，以為每個雷射台面提供一外部雷射空穴，其中該透明支撐基板包含多個反射塗層，該多個反射塗層可被接合至該腔內接觸層的該表面。
如請求項21所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板係藉由機械及化學手段而被移除並被一透明支撐基板置換，以為每個雷射台面提供一外部雷射空穴，其中該透明支撐基板包含多個凸狀或凹狀透鏡表面及多個可被接合至該腔內接觸層的該表面的反射塗層。
如請求項21所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板係藉由機械及化學手段而被移除並被一置換支撐基板所置換，以提供一VCSEL泵浦的固態雷射陣列，該置換支撐基板包含一玻璃或晶體固態雷射增益介質，該玻璃或晶體固態雷射增益介質具有多個可被接合至該第二腔內接觸層的該表面的反射塗層。
如請求項21所述的陣列，更包含多個導電金屬焊墊、柱或凸塊，被設置作為於該兩個以上的圖案化金屬焊墊上的多個電性接觸部，其中該兩個以上的圖案化金屬焊墊具有一尺寸、一間隔及一高度，俾能使習知印刷電路製造技術可使用該多個導電金屬焊墊、柱或凸塊作為焊料墊。
如請求項32所述的陣列，更包含：一凸塊下金屬化，位於該等陽極接觸部與該等陰極接觸部上，以避免金屬間的擴散；以及焊料，被預鍍錫至該等陽極接觸部與該等陰極接觸部的多個表面。
如請求項32所述的陣列，更包含：一凸塊下金屬化，位於該等陽極接觸部與該等陰極接觸部上，以避免金屬間的擴散；以及多個焊球，被預先裝設至該等陽極接觸部與該等陰極接觸部。
如請求項21所述的陣列，更包含一第二介電質平坦化層，被塗敷至該等陽極接觸部與該等陰極接觸部，以保護該等陽極接觸部與該等陰極接觸部之暴露側或至該處的電性連接，以提供額外機械支撐，並避免在該等陽極接觸部與該等陰極接觸部之間的空間的污染以及至該處的電性連接。
如請求項21所述的陣列，更包含一焊料潤濕止擋，被圖案化於該一側上，以限制焊料潤濕到該兩個以上的圖案化金屬焊墊，其中該兩個以上的圖案化金屬焊墊具有一尺寸、一間隔及一高度，俾能使習知印刷電路製造技術可使用該兩個以上的圖案化金屬焊墊當作焊料墊。
如請求項36所述的陣列，更包含焊料，被預鍍錫至該等陽極接觸部與該等陰極接觸部的多個表面。
如請求項36所述的陣列，更包含多個焊球，被預先裝設至該等陽極接觸部與該等陰極接觸部。
如請求項36所述的陣列，更包含一溝槽或佈植區域或其組合，用於藉由渲染該腔內接觸層的一區域呈現不導電，以使該等雷射台面的一個或多個及該等短路台面的一個或多個與在該複數個台面之間的其他台面電性隔離，且其中該兩個以上的圖案化金屬焊墊在平坦化之後被圖案化，所以可藉由該印刷電路板的焊墊各自電性接觸該等隔離的台面。
如請求項21所述的陣列，更包含一保護金屬塗層，位於至少該兩個以上的圖案化金屬焊墊上方，用於避免腐蝕及避免從共同焊料的擴散。
一種垂直空腔表面射型雷射陣列或半導體發光裝置陣列，位於單一半導體晶粒上，並且包含：一第一腔內接觸層及一成長分佈式布拉格反射器（Distributed Bragg Reflector，DBR），定位於一個半導體晶圓上，該第一腔內接觸層配置成允許橫越過該半導體晶圓的側向傳導；一第二腔內接觸層，被定位於在該DBR之上；一環狀的歐姆式接觸，於該第二腔內接觸層上被製造出，該環狀的歐姆式接觸具有一開口部，其尺寸適合於不造成一雷射孔隙的超過的繞射損失；一序列之介電質或金屬層，沈積於該環狀的歐姆式接觸中的該開口部上，配置成當該序列之介電質或金屬層被使用作為一雷射空穴或一共振LED空穴之一部分時增加反射率，其中該序列之介電質或金屬層係被圖案化，以暴露該環狀的歐姆式接觸的一表面；複數個台面，藉由蝕刻多個在該第二腔內接觸層之上的層所製造出，俾能使該等台面的多個p-n接面區域被分離且使該第二腔內接觸層暴露，來建立電性接觸至該第二腔內接觸層的一表面，其中該等台面的某些是短路台面，且藉由在一短路台面結構的一頂端及多側上的沈積的金屬而電性地短路，俾能使電流係分流通過每個短路台面的每個p-n接面區域而直接地到達該腔內接觸層上的接觸金屬，且其中該等台面的某些係為多個雷射台面，並於每個雷射台面結構的一頂端具有一電性接觸，且於該雷射台面結構的多側上藉由一個避免每個雷射台面的每個p-n接面區域的短路的介電層來絕緣，俾能使電流流經每個雷射台面的每個p-n接面區域來發光；一金屬接觸部，沈積於該第二腔內接觸層上，配置成從靠近各該雷射台面側向地傳導電流，以連接至該等短路台面，以減少在該第二腔內接觸層中的電流傳播損失；一第一厚金屬塗層，塗佈至該等雷射台面以提供抗腐蝕保護、額外散熱及一第一穩固電性接觸表面；及一第二厚金屬塗層，塗佈至該等短路台面上，並與該金屬接觸部重疊，以提供一在該等短路台面與該第二腔內接觸層之間的電性連接，以及一第二穩固電性接觸表面；其中該等金屬覆蓋的台面允許多個陽極接觸部及多個陰極接觸部被建立於該半導體晶圓的一側，而使光從該半導體晶圓的一反側發射，其中該一側係受到一種使用一沈積的絕緣材料的平坦化製程並設有兩個以上的圖案化金屬焊墊，一第一圖案化金屬焊墊提供在兩個以上的該等短路台面的該等陰極接觸部之間的一第一平面的電性互連，且一第二圖案化金屬焊墊提供供該等雷射台面的一個或多個的該陽極接觸部用的一第二平面的電性互連，該第一平面的電性互連與該第二平面的互連分離；以及其中該一側係配置成在從該半導體晶圓切割出該半導體晶粒之後，直接焊接至一印刷電路板作為一表面安裝組件，而不需額外封裝。
如請求項41所述的陣列，更包含一溝槽或佈植區域或其組合，用於藉由渲染該第二腔內接觸層的一區域呈現不導電，以使該等雷射台面的一個或多個及該等短路台面的一個或多個與在該複數個台面之間的其他台面電性隔離，且其中該兩個以上的圖案化金屬焊墊在平坦化之後被圖案化，以使該等隔離的台面可經由來自該印刷電路板的多個金屬柱或多個凸塊而各自電性接觸。
如請求項41所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一機械或化學薄型化基板及一抗反射塗層。
如請求項41所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板包含多個透鏡，被蝕刻進入該基板中並對準於該等雷射台面，俾能使每個雷射台面的光束特性可經由一透鏡輪廓及每個透鏡的一偏移的選擇被改變，其中該偏移改變每個透鏡與一對應的雷射台面的一雷射軸線的對準關係。
如請求項41所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板包含一繞射光學元件，該繞射光學元件被蝕刻進入該基板中並對準於該等雷射台面，俾能使每個雷射台面的光束特性可被該繞射光學元件改變，其中該光束特性包含發散、形狀及方向。
如請求項41所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板包含多個通道（via），該等通道被蝕刻進入該基板並對準於該等雷射台面的該等孔隙，俾能在雷射傳輸期間，為於將被該基板吸收的波長的低的損失操作減少基板吸收。
如請求項41所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板係藉由機械及化學手段而被移除，且可被一個可被接合以供機械支撐的透明支撐基板置換。
如請求項41所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板係藉由機械及化學手段而被移除，且被一個包含多個透鏡或與該等雷射台面對準的其他繞射表面的透明支撐基板置換，俾能使光束特性可被改變，該光束特性包含發散、形狀及方向的一個或多個。
如請求項41所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板係藉由機械及化學手段而被移除並被一透明支撐基板置換，以為每個雷射台面提供一外部雷射空穴，其中該透明支撐基板包含多個反射塗層，該多個反射塗層可被接合至該腔內接觸層的該表面。
如請求項41所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板係藉由機械及化學手段而被移除並被一透明支撐基板置換，以為每個雷射台面提供一外部雷射空穴，其中該透明支撐基板包含多個凸狀或凹狀透鏡表面及多個可被接合至該腔內接觸層的該表面的反射塗層。
如請求項41所述的陣列，其中該半導體晶圓包含一基板，該基板係藉由機械及化學手段而被移除並被一置換支撐基板所置換，以提供一VCSEL泵浦的固態雷射陣列，該置換支撐基板包含一玻璃或晶體固態雷射增益介質，其具有多個可被接合至該第二腔內接觸層的該表面的反射塗層。
如請求項41所述的陣列，更包含多個導電金屬焊墊、柱或凸塊，被設置作為於該兩個以上的圖案化金屬焊墊上的多個電性接觸部，其中該兩個以上的圖案化金屬焊墊具有一尺寸、一間隔及一高度，俾能使習知印刷電路製造技術可使用該多個導電金屬焊墊、柱或凸塊作為焊料墊。
如請求項52所述的陣列，更包含：一凸塊下金屬化，位於該等陽極接觸部與該等陰極接觸部上，以避免金屬間的擴散；以及焊料，被預鍍錫至該等陽極接觸部與該等陰極接觸部的多個表面。
如請求項52所述的陣列，更包含：一凸塊下金屬化，位於該等陽極接觸部與該等陰極接觸部上，以避免金屬間的擴散；以及多個焊球，被預先裝設至該等陽極接觸部與該等陰極接觸部。
如請求項41所述的陣列，更包含一第二介電質平坦化層，被塗敷至該等陽極接觸部與該等陰極接觸部，以保護該等陽極接觸部與該等陰極接觸部之暴露側或至該處的電性連接，以提供額外機械支撐，並避免在該等陽極接觸部與該等陰極接觸部之間的空間的污染以及至該處的電性連接。
如請求項41所述的陣列，更包含一焊料潤濕止擋，被圖案化於該一側上，以限制焊料潤濕到該兩個以上的圖案化金屬焊墊，其中該兩個以上的圖案化金屬焊墊具有一尺寸、一間隔及一高度，俾能使習知印刷電路製造技術可使用該兩個以上的圖案化金屬焊墊當作焊料墊。
如請求項56所述的陣列，更包含焊料，被預鍍錫至該等陽極接觸部與該等陰極接觸部的多個表面。
如請求項56所述的陣列，更包含多個焊球，被預先裝設至該等陽極接觸部與該等陰極接觸部。
如請求項56所述的陣列，更包含一溝槽或佈植區域或其組合，用於藉由渲染該腔內接觸層的一區域呈現不導電，以使該等雷射台面的一個或多個及該等短路台面的一個或多個與在該複數個台面之間的其他台面電性隔離，且其中該兩個以上的圖案化金屬焊墊在平坦化之後被圖案化，所以可藉由該印刷電路板的焊墊各自電性接觸該等隔離的台面。
如請求項21所述的陣列，更包含一保護金屬塗層，位於至少該兩個以上的圖案化金屬焊墊上方，用於避免腐蝕及避免從共同焊料的擴散。