TW202019039A - 雷射元件 - Google Patents

雷射元件 Download PDF

Info

Publication number
TW202019039A
TW202019039A TW107139739A TW107139739A TW202019039A TW 202019039 A TW202019039 A TW 202019039A TW 107139739 A TW107139739 A TW 107139739A TW 107139739 A TW107139739 A TW 107139739A TW 202019039 A TW202019039 A TW 202019039A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
conductive
layer
conductive structure
transparent substrate
laser
Prior art date
Application number
TW107139739A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI701882B (zh
Inventor
鍾昕展
陳守龍
Original Assignee
晶智達光電股份有限公司
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 晶智達光電股份有限公司 filed Critical 晶智達光電股份有限公司
Priority to TW107139739A priority Critical patent/TWI701882B/zh
Priority to CN201910846928.4A priority patent/CN111162442B/zh
Priority to CN202310283343.2A priority patent/CN116454727A/zh
Priority to US16/678,805 priority patent/US11271365B2/en
Publication of TW202019039A publication Critical patent/TW202019039A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI701882B publication Critical patent/TWI701882B/zh
Priority to US17/585,015 priority patent/US20220149589A1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0281—Coatings made of semiconductor materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/0014—Measuring characteristics or properties thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/0215—Bonding to the substrate
    • H01S5/0216—Bonding to the substrate using an intermediate compound, e.g. a glue or solder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0282—Passivation layers or treatments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04254—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • H01S5/04257—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration having positive and negative electrodes on the same side of the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18305—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with emission through the substrate, i.e. bottom emission
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/17—Semiconductor lasers comprising special layers
    • H01S2301/176—Specific passivation layers on surfaces other than the emission facet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0201—Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/0213—Sapphire, quartz or diamond based substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/0217—Removal of the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0233—Mounting configuration of laser chips
    • H01S5/0234—Up-side down mountings, e.g. Flip-chip, epi-side down mountings or junction down mountings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18386—Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
    • H01S5/18391—Aperiodic structuring to influence the near- or far-field distribution

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

一種雷射元件包含一透明基板、一接著層以及一雷射單元。透明基板包含一導電層。接著層連接於透明基板。雷射單元包含一正導電結構以及一背導電結構。正導電結構連接於接著層。背導電結構與正導電結構相對，且背導電結構包含相互分離之複數偵測電極。其中複數偵測電極自背導電結構延伸並貫穿正導電結構以及接著層並連接一導電層。

Description

雷射元件
本發明是有關一種雷射元件，特別是一種整合監測電路的雷射元件。
這裡的陳述僅提供與本發明有關的背景資訊，而不必然地構成先前技術。
雷射模組是將雷射元件，例如：垂直腔表面發光雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers, VCSEL)，與相對應的光學元件組裝作為雷射光源，然而，在使用過程中，若雷射模組遭受外力碰撞或摔落，可能導致光學元件破裂，從而雷射元件所發射之雷射光線將未經任何光學處理即從破裂處外洩，可能直射到人眼。
有鑑於此，本發明部分實施例提供一種雷射元件及其製造方法。
本發明一實施例之雷射元件包含一透明基板、一接著層以及一雷射單元。透明基板包含一導電層。接著層連接於透明基板。雷射單元包含一正導電結構、一背導電結構以及一通孔。正導電結構連接於接著層。背導電結構與正導電結構相對，且背導電結構包含相互分離之複數偵測電極。通孔自背導電結構延伸並貫穿正導電結構以及接著層；其中通孔之兩端分別連接於複數偵測電極以及一導電層。
本發明另一實施例之雷射元件包含一透明基板、一接著層、一導電區域以及一雷射單元。接著層連接於透明基板。導電區域設於接著層之周緣。雷射單元包含一正導電結構、一背導電結構以及一通孔。正導電結構連接於接著層。背導電結構與導電結構相對，且背導電結構包含相互分離之複數偵測電極。通孔自背導電結構延伸並貫穿正導電結構；其中通孔之兩端分別連接於複數偵測電極以及一導電區域，導電區域環繞雷射單元且彼此電性分離。
以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
以下將詳述本發明之各實施例，並配合圖式作為例示。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下仍可實施。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。
請參照第1圖，本發明一實施例之雷射元件包含一透明基板1、一接著層2以及一雷射單元3。透明基板1包含一導電層10，舉例而言：透明基板包含藍寶石 (Sapphire)、玻璃或碳化矽 (SiC)。於部分實施例中，透明基板1為光學元件，亦可經由圖案化處理後產生特定的光學效果，但不以此為限。導電層10包含透明導電薄膜 (Transparent Conductive Oxide)或金屬，其中，透明導電薄膜可為氧化銦錫(indium tin oxide, ITO)或氧化銦鋅 (indium zinc oxide, IZO)。於本實施例中，導電層10是設於透明基板1與接著層2之間，但不以此為限。
接著層2其一側連接於透明基板1之導電層10，且其另一側連接於雷射單元3之出光側。舉例而言，接著層為苯環丁烯(Benzocyclobutene, BCB)、二氧化矽或透明導電薄膜，但不以此為限。
雷射單元3包含一正導電結構30、一第一型半導體層31、一活性層33、一第二型半導體層35、一保護層36、一背導電結構32，其中背導電結構32包含相互分離之一第一導電電極323以及一第二導電電極324。本文以第一型及第二型分別指稱不同電性的半導體結構，若半導體結構以電洞為多數載子即為p型半導體，若半導體結構以電子為多數載子即為n型半導體，舉例而言，第一型半導體層為n型半導體，且第二型半導體層為p型半導體，反之亦可。由於第二型半導體層35是成長在電性相異的第一型半導體層31上，因此，將在二者交界處形成pn介面(pn junction)產生空乏區而發光，可在pn介面鄰近區域定義出一活性層33。於部分實施例中，活性層33包含複數量子井層(Multiple Quantum Wells)，以增進發光效率，但不以此為限。於一實施例中，第一型半導體層31、第二型半導體層35及活性層33之材料包含三五族化合物半導體，例如可以為：GaAs、InGaAs、AlGaAs、AlInGaAs、GaP、InGaP、AlInP、AlGaInP、GaN、InGaN、AlGaN、AlInGaN、AlAsSb、InGaAsP、InGaAsN、AlGaAsP等。在本揭露內容之實施例中，若無特別說明，上述化學表示式包含「符合化學劑量之化合物」及「非符合化學劑量之化合物」，其中，「符合化學劑量之化合物」例如為三族元素的總元素劑量與五族元素的總元素劑量相同，反之，「非符合化學劑量之化合物」例如為三族元素的總元素劑量與五族元素的總元素劑量不同。舉例而言，化學表示式為AlGaAs即代表包含三族元素鋁(Al)及/或鎵(Ga)，以及包含五族元素砷(As)，其中三族元素(鋁及/或鎵)的總元素劑量可以與五族元素(砷)的總元素劑量相同或相異。另外，若上述由化學表示式表示的各化合物為符合化學劑量之化合物時，AlGaAs 即代表 Alx1 Ga(1-x1) As，其中，0≦x1≦1；AlInP 代表Alx2 In(1-x2) P，其中，0≦x2≦1；AlGaInP代表(Aly1 Ga(1-y1) )1-x3 Inx3 P，其中，0≦x3≦1，0≦y1≦1；AlGaN 代表Alx4 Ga(1-x4) N，其中，0≦x4≦1；AlAsSb 代表 AlAsx5 Sb(1-x5) ，其中，0≦x5≦1；InGaP代表Inx Ga1-x P，其中，0≦x6≦1；InGaAsP代表Inx Ga1-x6 As1-y2 Py2 ，其中，0≦x6≦1，0≦y2≦1；InGaAsN 代表 Inx Ga1-x8 As1-y3 Ny3 ，其中，0≦x8≦1，0≦y3≦1；AlGaAsP代表Alx9 Ga1-x9 As1-y4 Py4 ，其中，0≦x9≦1，0≦y4≦1；InGaAs代表Inx10 Ga1-x10 As，其中，0≦x10≦1。依據活性層33之材料，當半導體層31、35之材料為AlGaInP系列時，活性層33可發出峰值波長(peak wavelength)介於700及1700 nm 之間的紅外光、610 nm及700 nm之間的紅光、或是峰值波長介於530 nm及570 nm之間的黃光。當半導體層31、35之材料為InGaN系列時，活性層33可發出峰值波長介於400 nm及490 nm之間的藍光、深藍光，或是峰值波長介於490 nm及550 nm之間的綠光。當半導體層31、35之材料為AlGaN系列時，活性層33可發出峰值波長介於250 nm及400 nm之間的紫外光。
於本實施例中，第一型半導體層31與第二型半導體層35包含複數個交疊的層狀結構，以形成分散式布拉格反射鏡(distributed Bragg reflector, DBR)，使得由活性層33發射的雷射光線L可以在兩個分散式布拉格反射鏡中反射以形成同調光後，朝向第一型半導體層31的方向射出。
於一實施例中，保護層36設於背導電結構32與第二型半導體層35之間。保護層36可作為絕緣的功能，在一實施例中，保護層36的材料包含氧化矽。
於一實施例中，歐姆接觸(圖未示)設於背導電結構32與第二型半導體層35之間，以助於背導電結構32與第二型半導體層35形成歐姆接觸(Ohmic contact)。歐姆接觸形成機制為金屬功函數必須要小於半導體功函數，讓從半導體到金屬以及從金屬到半導體的電子都可以輕易地躍過此能階，電流能夠雙向地導通；舉例而言，背導電結構32之第二導電電極324的金屬成分以鈦鋁合金為主，因為鈦能夠與第二型半導體層35的三五族化合物(例如氮化鋁鎵)形成氮化鈦，使氮原子在表面成為n型摻雜的表面，經由高溫退火之後形成良好的歐姆接觸，但不以此為限。
於一實施例中，第一型半導體層31連接於正導電結構30，正導電結構30藉由導電通孔320連接於第一導電電極323，第二導電電極324與第一導電電極323相互分離以避免短路，且第二型半導體層35連接於第二導電電極324，藉由上述導電結構，雷射單元3接收外界驅動電壓/電流，提供活性層33產生雷射光線L所需之電能。正導電結構30設於雷射單元3之出光側且連接於接著層2，因此，雷射單元3所發射之雷射光線L將通過接著層2以及透明基板1而輸出至外界。
由於雷射元件所發出之同調光線具有較高的原始能量，需要相對應的光學元件，例如：透明基板1，處理以輸出適當強度的雷射光線L。為了有效監測雷射元件是否受損，避免未經由透明基板1進行光學處理之雷射光線L外洩而直射人眼，本實施例之雷射元件具有人眼安全(eye safety)監測電路，可即時監測雷射元件出光側之異常破損，以下例示說明部分實施例之雷射元件結構其工作原理。
於本實施例中，除了上述有關發射雷射光線所需之半導體結構外，雷射單元3更包含背導電結構32以通孔34。背導電結構32包含複數偵測電極321、322，且背導電結構32與正導電結構30相對配置於雷射單元3之兩側。通孔34自背導電結構32延伸並貫穿正導電結構30以及接著層2，並連接於導電層10，亦即，通孔34之兩端分別連接於複數偵測電極321、322以及導電層10。於部分實施例中，背導電結構32包含彼此相互分離且共平面的複數偵測電極321、322以及複數導電電極323、324，如第1圖所示，藉此，雷射元件適於覆晶(flip chip)封裝，無需打線製程，以節省封裝體積。在另一實施例中，背導電結構32包含複數偵測電極321、322，且複數偵測電極321、322自該背導電結構延伸並貫穿該正導電結構以及該接著層，並連接該導電層10。
請一併參照第1圖及第2圖，其中第2圖顯示沿第1圖所示AA’俯視面向下觀察之俯視示意圖，相互分離之複數偵測電極321、322是透過通孔34以跨接於導電層10之兩端，因此，將複數偵測電極321、322外接一控制電路，可即時監量導電層10的電阻值變化。當雷射元件受到外力衝擊而受損，特別是作為出光側的透明基板1受損時，導電層10也將隨之受損從而電阻值變大，甚至因破損而斷路，藉此，控制電路透過監測電路依據導電層10之電阻值變化決定是否切斷雷射單元3之電源供應，以避免雷射單元3所發射之雷射光線L經由透明基板1之破損縫隙外洩而直接照射人眼，從而達到即時監測異常狀況之功效。
於另一實施例中，為避免通孔34內填充之導電介質與雷射單元3之正導電結構30、第一型半導體層31或第二型半導體層35相接觸而形成短路，雷射單元3更包含一鈍化(passivation)層340，設於通孔34之內壁，以避免通孔所量測之電阻值受雷射單元3之電性干擾，降低量測雜訊。
由上述說明可知，本發明部分實施例之雷射元件係將由上述導電層、通孔以及偵測電極所構成之監測電路整合於雷射單元結構，透過一體成型之半導體製程，生產出內建監測電路之雷射元件，因此，可以節省模組端的封裝體積、簡化模組化工序以及降低生產成本。
請參照第3圖顯示沿第1圖所示AA’俯視面向下觀察之橫截面示意圖，於一實施例中，為了擴大監測範圍，導電層10具有較大的面積，幾乎覆蓋透明基板1。請參照第4圖顯示沿第1圖所示AA’俯視面向下觀察之橫截面示意圖，於一實施例中，導電層10環繞透明基板1的周緣且具有一中空區域對應於下方的雷射單元3出光孔(未繪示)，以避免雷射單元3所發射的雷射光線L受導電層10所遮蔽，此時，導電層10即可選用不透光的材質，例如：金屬導電層，而不限於採用透明導電層，於部分實施例中，採用金屬導電層可具有較佳的導電特性，從而提升監測的靈敏度，同時又不遮蔽雷射單元3所發射的光線。請參照第5A圖顯示沿第1圖所示AA’俯視面向下觀察之橫截面示意圖，於一實施例中，雷射單元3之複數出光孔為陣列排列，因此導電層10可避開此出光區域而形成條狀的結構，如第5A圖所示。請參照第5B圖顯示沿第1圖所示AA’俯視面向下觀察之橫截面示意圖，於本實施例中，雷射單元3之複數出光孔為交錯排列，因此導電層10可避開此出光區域而形成蛇行的幾何結構。上述部分實施例僅為如何設計導電層之例示說明，亦可適用於本文中其他實施例之雷射元件結構，但不以此為限。
請參照第6圖，於一實施例中，雷射元件與上述各種實施例的結構差異在於，導電層10是設於透明基板1上與接著層2相對之一側，亦即設於雷射元件之出光側。因此，接著層2其一側連接於透明基板1，且其另一側連接於雷射單元3之正導電結構30。為了有效監控導電層10的電阻值變化，通孔34進一步地貫穿接著層2以及透明基板1，藉此，相互分離之複數偵測電極321、322透過通孔34以跨接於導電層10之兩端，以利於監測導電層10的電阻值變化。其中，有關其他構件的結構特徵及其連結關係已如前述，在此不再冗述。
請參照第7圖，於一實施例中，雷射元件與上述各種實施例不同的結構在於，複數導電層10是同時設於透明基板1之相對兩側，且通孔34貫穿接著層2、透明基板1以及至少一導電層10，或者同時貫穿透明基板1兩側之導電層10，因此，當其中一側或兩側之導電層10受損時，複數偵測電極321、322所量測到的電阻值都會發生變化，藉此確保透明基板1(即光學元件)的兩側都無受損，避免未經透明基板1處理之雷射光線外洩。其中，有關其他構件的結構特徵及其連結關係已如前述。
請參照第8圖，於一實施例中，透明基板1更包含一光學結構12，設於透明基板1上與接著層2相反之一側，亦即設於雷射元件之出光側。舉例而言，光學結構12為繞射光學元件(diffractive optical element)，搭配雷射單元3，可產生數萬個雷射光點，適用於三維感測或人臉辨識，但不限於此。
請參照第9圖，本發明另一實施例之雷射元件包含一透明基板1、一接著層2、一導電區域10以及一雷射單元3。導電區域10包含透明導電薄膜 (Transparent Conductive Oxide)、金屬或一氧化矽，其中，透明導電薄膜可為氧化銦錫(indium tin oxide, ITO)或氧化銦鋅 (indium zinc oxide, IZO)，但不以此為限。雷射單元3包含一正導電結構30、一第一型半導體層31、一活性層33、一第二型半導體層35、一保護層36以及一背導電結構32。其中，有關雷射元件之透明基板1、正導電結構30、第一型半導體層31、活性層33、通孔34、鈍化層340、第二型半導體層35、保護層36以及背導電結構32的構件特徵、連結關係、功效優點及其相關實施例，已如前述。本實施例與上述各種實施例的差異在於，採用環狀的導電區域10替代整片的導電層以簡化半導體製程並提升生產良率，亦即，導電區域10設於接著層2之周緣。其中，導電區域10環繞雷射單元3且彼此電性分離，以避免導電區域10與雷射單元3相接觸而形成短路或干擾監測電路。於本實施例中，由於通孔34並未貫穿接著層以及透明基板1，因此在蝕刻製程中較好控制，此外，導電區域10是在形成通孔34後才形成，可避免欲填入導電區域10之導電材料在蝕刻製程中受影響。
請參照第10圖，於一實施例中，雷射元件與如第9圖所示實施例不同的結構在於，通孔34貫穿接著層2，且導電區域10兩側分別連接於透明基板1以及通孔34，其餘構件特徵請詳前述。於本實施例中，由於導電區域10直接連接於透明基板1，因此可敏銳地監測透明基板1之異常狀況，此外，導電區域10是在形成通孔34後才形成，可避免欲填入導電區域10之導電材料在蝕刻製程中受影響。
請參照第11圖，於一實施例中，雷射元件之透明基板1更包含一光學結構12，設於透明基板1上與接著層2相反之一側，亦即設於雷射元件之出光側。舉例而言，光學結構12為繞射光學元件或微透鏡(microlens)等光學元件，搭配雷射單元3，可產生數萬個雷射光點，相關優點功效已如前述。
請一併參照第12圖至第16圖，以下說明本發明再一實施例之雷射元件之製造方法。首先，形成一導電層10於一透明基板1，如第12圖所示，舉例而言，透明基板1包含相對之一第一表面1a以及一第二表面1b，導電層10設於第一表面1a，且透明基板1以第一表面1a朝向雷射單元3，但不以此為限。其中有關導電層10以及透明基板1之材料成分、結構特徵、構件間之連結關係及其相關實施例，已如前述。
以一接著層2黏合透明基板1與一雷射單元3，如第13圖所示。於一實施中，雷射單元3包含正導電結構30、第一型半導體層31、活性層33、第二型半導體層35以及保護層36依序堆疊在基板38上。於另一實施例中，基板38為晶圓基板，以成長複數雷射單元3。因此，本實施例可在晶圓層級(wafer level)進行下述的監測電路成長步驟以及後續的微型化封裝應用。
移除雷射單元3之一基板38，如第14圖所示，以露出保護層36，將有助於後續形成背導電結構步驟；透過蝕刻製程，蝕刻出通孔34貫穿雷射單元3以及接著層2，以露出部分之導電層10，如第15圖所示。
接著，請參照第16圖，在通孔34內壁形成一鈍化層340，有關鈍化層之作用及功效已如前述；透過蒸鍍製程，以一導電介質填充通孔34且連接導電層10；最後，在雷射單元3之保護層36表面形成背導電結構32，其中背導電結構32包含相互分離之複數偵測電極321、322，且複數偵測電極321、322分別連接通孔34。
於一實施例中，雷射單元3為覆晶結構，因此在形成背導電結構32步驟中，同時形成複數導電電極323、324，其與複數偵測電極321、322相互分離且共平面，此外，在蝕刻製程中，同時形成一導電通孔320，並透過蒸鍍製程填充鈍化層340以及導電介質，使導電通孔320之兩端分別連接正導電結構30與背導電結構32之第一偵測電極323。其中，有關各構件之結構特徵、連結關係、優點功效及其相關實施例已如前述。
於一實施例中，雷射元件之製造方法更包含形成一光學結構於透明基板上與接著層相反之一側，舉例而言，可以透過微影製程或黏合製程以形成光學結構，其中，有關光學結構之構件特徵及其相關實施例已如前述。
請參照第12圖，於部分實施例中，導電層10係形成於透明基板1之第一表面1a，且透明基板1以第二表面1b朝向雷射單元3而黏合於接著層2，如第6圖所示，亦即導電層10與接著層2分別設於透明基板1之相對兩側。於本實施例中，透過蝕刻製程，使通孔34更貫穿透明基板1，再透過蒸鍍製程，填充鈍化層340以及導電介質，使通孔34之兩端分別連接於正導電結構30與背導電結構32之複數偵測電極321、322，如第16圖所示。
請一併參照第17圖至第21圖，以下說明本發明再一實施例之雷射元件之製造方法。首先，以一接著層黏合一透明基板1與一雷射單元3，如第17圖所示。於一實施例中，雷射單元3包含正導電結構30、第一型半導體層31、活性層33、第二型半導體層35以及保護層36依序堆疊在基板38上。上述各構件之結構特徵、材料成分、優點功效及其相關實施例已如前述。
移除雷射單元3之一基板38，如第18圖所示，以露出保護層36，將有助於後續形成背導電結構步驟；透過蝕刻製程，蝕刻出通孔34貫穿雷射單元3，以露出部分之接著層2，如第19圖所示。
在雷射單元3之周緣形成一導電區域10環繞雷射單元3且彼此電性分離，如第20圖所示，以避免導電區域10受來自雷射單元3之電性干擾或彼此形成短路。
接著，請參照第21圖，在通孔34內壁形成一鈍化層340，有關鈍化層之作用及功效已如前述；透過蒸鍍製程，以一導電介質填充通孔34且連接導電區域10；最後，在雷射單元3之保護層36表面形成背導電結構32，其中背導電結構32包含相互分離之複數偵測電極321、322，且複數偵測電極321、322分別連接通孔34。
於一實施例中，雷射單元3為覆晶結構，因此在形成背導電結構32步驟中，同時形成複數導電電極323、324，其與複數偵測電極321、322相互分離且共平面，此外，在蝕刻製程中，同時形成一導電通孔320，並透過蒸鍍製程填充鈍化層340以及導電介質，使導電通孔320之兩端分別連接正導電結構30與背導電結構32之第一偵測電極323。其中，有關各構件之結構特徵、連結關係、優點功效及其相關實施例已如前述。
請參照第21圖，於一實施例中，雷射元件之製造方法更包含形成一光學結構(未繪示)於透明基板1上與接著層2相反之一側，舉例而言，可以透過微影製程或黏合製程以形成光學結構，其中，有關光學結構之構件特徵及其相關實施例已如前述。
請一併參照第22圖及第24圖，於部分實施例中，透過蝕刻製程，蝕刻出通孔34貫穿雷射單元3以及接著層，以露出部分之透明基板1，如第22圖所示。
請參照第23圖，於本實施例中，在雷射單元3之周緣形成一導電區域10環繞雷射單元3，且導電區域10直接設於透明基板1上，從而更靈敏地監測透明基板1有無破損等異常狀況。其中，導電區域10與雷射單元3彼此電性分離，以避免導電區域10受來自雷射單元3之電性干擾或彼此形成短路。
請參照第24圖，接著，在通孔34內壁形成一鈍化層340，有關鈍化層之作用及功效已如前述；透過蒸鍍製程，以一導電介質填充通孔34且連接導電區域10；最後，在雷射單元3之保護層36表面形成背導電結構32，其中背導電結構32包含相互分離之複數偵測電極321、322，且複數偵測電極321、322分別連接通孔34。
於一實施例中，雷射單元3為覆晶結構，因此在形成背導電結構32步驟中，同時形成複數導電電極323、324，其與複數偵測電極321、322相互分離且共平面，此外，在蝕刻製程中，同時形成一導電通孔320，並透過蒸鍍製程填充鈍化層340以及導電介質，使導電通孔320之兩端分別連接正導電結構30與背導電結構32之第一偵測電極323。其中，有關各構件之結構特徵、連結關係、優點功效及其相關實施例已如前述。
於一實施例中，雷射元件之製造方法更包含形成一光學結構(未繪示)於透明基板1上與接著層2相反之一側，舉例而言，可以透過微影製程或黏合製程以形成光學結構，其中，有關光學結構之構件特徵及其相關實施例已如前述。
綜合上述，本發明之部分實施例提供一種雷射元件及其製造方法，主要是將由上述導電層/導電區域、通孔以及偵測電極所構成之監測電路整合於同一雷射單元結構，透過外部控制電路連接雷射元件內之監測電路，依據導電層/導電區域之電阻值變化決定是否切斷雷射單元之電源供應，以避免雷射單元所發射之雷射光線經由透明基板之破損縫隙處外洩而直接照射人眼，從而達到人眼安全(eye safety)監測及保護之功效。同時，一體成型的元件製程可以節省模組端的封裝體積、簡化模組封裝工序以及降低生產成本。例如，透過晶圓級半導體製程，生產出內建監測電路之雷射元件，適於覆晶封裝，無需打線製程，以節省封裝體積，有利於後續的微型化應用。
以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以此限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
1:透明基板1a、1b:表面10:導電層、導電區域12:光學結構2:接著層3:雷射單元30:正導電結構31:第一型半導體層32:背導電結構320:導電通孔321、322:偵測電極323、324:導電電極33:活性層34:通孔340:鈍化層35:第二型半導體層36:保護層38:基板AA’:俯視面L:雷射光線
第1圖為本發明一實施例之雷射元件之一示意圖。 第2圖為本發明一實施例之雷射元件沿AA’俯視面之一示意圖。 第3圖為本發明一實施例之雷射元件沿AA’俯視面之一示意圖。 第4圖為本發明一實施例之雷射元件沿AA’俯視面之一示意圖。 第5A圖為本發明一實施例之雷射元件沿AA’俯視面之一示意圖。 第5B圖為本發明一實施例之雷射元件沿AA’俯視面之一示意圖。 第6圖為本發明一實施例之雷射元件之一示意圖。 第7圖為本發明一實施例之雷射元件之一示意圖。 第8圖為本發明一實施例之雷射元件之一示意圖。 第9圖為本發明一實施例之雷射元件之一示意圖。 第10圖為本發明一實施例之雷射元件之一示意圖。 第11圖為本發明一實施例之雷射元件之一示意圖。 第12圖至第16圖為本發明一實施例之雷射元件之製造步驟之示意圖。 第17圖至第21圖為本發明一實施例之雷射元件之製造步驟之示意圖。 第22圖至第24圖為本發明一實施例之雷射元件之製造步驟之示意圖。
1:透明基板
10:導電層
2:接著層
3:雷射單元
30:正導電結構
31:第一型半導體層
32:背導電結構
320:導電通孔
321、322:偵測電極
323、324:導電電極
33:活性層
34:通孔
340:鈍化層
35:第二型半導體層
36:保護層
AA’:俯視面
L:雷射光線

Claims (10)

  1. 一種雷射元件，包含： 一透明基板，包含一導電層； 一接著層，連接於該透明基板；以及 一雷射單元，包含： 一正導電結構，連接於該接著層；以及 一背導電結構，與該正導電結構相對，包含相互分離之複數偵測電極， 其中，該複數偵測電極自該背導電結構延伸並貫穿該正導電結構以及該接著層，並連接該導電層。
  2. 如請求項1所述之雷射元件，其中該背導電結構更包含相互分離之複數導電電極，與該複數偵測電極相互分離且共平面，且該雷射單元更包含一導電通孔，其兩端分別連接於該正導電結構與該背導電結構之該複數偵測電極其中之一。
  3. 如請求項1所述之雷射元件，其中該雷射單元更包含： 一鈍化層，設於該偵測通孔之內壁。
  4. 如請求項1所述之雷射元件，其中該導電層設於該透明基板上與該接著層相反之一側，且該偵測通孔貫穿該透明基板。
  5. 如請求項1所述之雷射元件，其中該透明基板更包含一光學結構，設於該透明基板上與該接著層相反之一側。
  6. 一種雷射元件，包含： 一透明基板； 一接著層，連接於該透明基板； 一導電區域，設於該接著層之周緣；以及 一雷射單元，包含： 一正導電結構，連接於該接著層； 一背導電結構，與該導電結構相對，包含相互分離之複數偵測電極；以及 偵測通孔，自該背導電結構延伸並貫穿該正導電結構；其中該偵測通孔之兩端分別連接於該複數偵測電極以及該導電區域，該導電區域環繞該雷射單元且彼此電性分離。
  7. 如請求項6所述之雷射元件，其中該背導電結構更包含相互分離之複數導電電極，與該複數偵測電極相互分離且共平面，且該雷射單元更包含一導電通孔，其兩端分別連接該正導電結構與該背導電結構之該複數偵測電極其中之一。
  8. 如請求項6所述之雷射元件，其中該雷射單元更包含： 一鈍化層，設於該偵測通孔之內壁。
  9. 如請求項6所述之雷射元件，其中該偵測通孔貫穿該接著層，且該導電區域連接於該透明基板。
  10. 如請求項6所述之雷射元件，其中該透明基板更包含一光學結構，設於該透明基板上與該接著層相反之一側。
TW107139739A 2018-11-08 2018-11-08 雷射元件 TWI701882B (zh)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107139739A TWI701882B (zh) 2018-11-08 2018-11-08 雷射元件
CN201910846928.4A CN111162442B (zh) 2018-11-08 2019-09-09 激光元件
CN202310283343.2A CN116454727A (zh) 2018-11-08 2019-09-09 激光元件
US16/678,805 US11271365B2 (en) 2018-11-08 2019-11-08 Laser element
US17/585,015 US20220149589A1 (en) 2018-11-08 2022-01-26 Laser element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107139739A TWI701882B (zh) 2018-11-08 2018-11-08 雷射元件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202019039A true TW202019039A (zh) 2020-05-16
TWI701882B TWI701882B (zh) 2020-08-11

Family

ID=70549990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107139739A TWI701882B (zh) 2018-11-08 2018-11-08 雷射元件

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11271365B2 (zh)
CN (2) CN111162442B (zh)
TW (1) TWI701882B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10971650B2 (en) * 2019-07-29 2021-04-06 Lextar Electronics Corporation Light emitting device
US11038088B2 (en) 2019-10-14 2021-06-15 Lextar Electronics Corporation Light emitting diode package
JPWO2023149087A1 (zh) * 2022-02-01 2023-08-10
WO2023176308A1 (ja) * 2022-03-15 2023-09-21 ソニーグループ株式会社 発光装置、測距装置及び車載装置
CN118891794A (zh) * 2022-03-24 2024-11-01 索尼集团公司 表面发射激光器、光源装置及电子设备
FR3146242A1 (fr) * 2023-02-27 2024-08-30 Soitec Structure semi-conductrice pour former des diodes laser a cavite verticale

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3440679B2 (ja) * 1996-03-01 2003-08-25 ソニー株式会社 半導体装置
US6872983B2 (en) * 2002-11-11 2005-03-29 Finisar Corporation High speed optical transceiver package using heterogeneous integration
JP4148321B2 (ja) * 2003-10-24 2008-09-10 パイオニア株式会社 半導体レーザ装置及び製造方法
JP4116587B2 (ja) * 2004-04-13 2008-07-09 浜松ホトニクス株式会社 半導体発光素子及びその製造方法
DE102007022947B4 (de) * 2007-04-26 2022-05-05 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronischer Halbleiterkörper und Verfahren zur Herstellung eines solchen
US20090140279A1 (en) * 2007-12-03 2009-06-04 Goldeneye, Inc. Substrate-free light emitting diode chip
JP4895993B2 (ja) * 2007-12-26 2012-03-14 ソニー株式会社 発光素子組立体及びその製造方法
US10651624B2 (en) * 2016-01-11 2020-05-12 Ams Sensors Singapore Pte. Ltd. Optoelectronic modules having features for improved alignment and reduced tilt
US10290993B2 (en) * 2016-06-03 2019-05-14 Princeton Optronics, Inc. VCSEL illuminator package
WO2018128904A1 (en) * 2017-01-06 2018-07-12 Princeton Optronics, Inc. Vcsel narrow divergence proximity sensor
TWI759289B (zh) * 2017-03-21 2022-04-01 晶元光電股份有限公司 發光元件

Also Published As

Publication number Publication date
TWI701882B (zh) 2020-08-11
US20200153197A1 (en) 2020-05-14
CN111162442A (zh) 2020-05-15
CN116454727A (zh) 2023-07-18
US20220149589A1 (en) 2022-05-12
US11271365B2 (en) 2022-03-08
CN111162442B (zh) 2023-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI701882B (zh) 雷射元件
US7620087B2 (en) Radiation-emitting semiconductor component
TWI734750B (zh) 發光元件
KR20080081934A (ko) 반도체 발광 소자 및 그 제법
KR20190008562A (ko) 자체(in situ) 실시간 강도 모니터링을 위한 일체형으로 통합된 광감지기들을 구비한 발광 다이오드(LED)
TW201818562A (zh) 發光元件及其製造方法
US20220393433A1 (en) Surface emission laser, surface emission laser array, electronic equipment, and surface emission laser manufacturing method
US20110019709A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2007150193A (ja) 半導体発光装置
TWI697076B (zh) 發光元件及其製造方法
CN108075353A (zh) 发光元件阵列和光传输装置
JP2007158215A (ja) 光半導体素子及びその製造方法
JP2007329193A (ja) 面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法
TWI657593B (zh) 發光元件及其製造方法
KR102645382B1 (ko) 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치
WO2024153132A1 (zh) 封装结构
US20220158413A1 (en) Semiconductor laser
TWI797044B (zh) 半導體元件
US12136799B2 (en) Surface emitting laser device and a light emitting device including the same
TW202431671A (zh) 封裝結構
TWI675522B (zh) 發光元件
US20210408310A1 (en) Semiconductor photo-detecting device
JP4356677B2 (ja) 光半導体素子
TW202220232A (zh) 半導體元件
TWI764528B (zh) 發光元件及其製造方法