TWI334676B - Method for fabricating optically pumped semiconductor device - Google Patents

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TWI334676B
TWI334676B TW095149778A TW95149778A TWI334676B TW I334676 B TWI334676 B TW I334676B TW 095149778 A TW095149778 A TW 095149778A TW 95149778 A TW95149778 A TW 95149778A TW I334676 B TWI334676 B TW I334676B
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Roland Schulz
Thomas Schwarz
Frank Singer
Ulrich Steegmueller
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Description

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• I . 修正本 - 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種光激升（0ptiCally pumped)半導體裝置之 製造方法。 【先前技術】 目前尙未發現相關的先前技術。 【發明內容】 φ 本發明的目的是以成本特別有利的方式提供一種製造半 導體裝置的方法。 依據本方法之至少一實施形式，本方法包括一步驟，此 步驟中提供一種連接載體複合體。此連接載體複合體較佳 是一種有效體，其包含多個連接載體。即，此連接載體複 合體包含多個連接載體，其以機械方式固定地互相連接 著。此連接載體複合體之每一連接載體在此連接載體複合 體被劃分之後形成分離的各別連接載體。此連接載體複合 φ 體較佳是包含相同形式的連接載體。在此複合體被劃分之 前，此連接載體複合體之各連接載體導電性地互相連接。 此連接載體複合體之一連接載體例如包含一基體，其由 電性絕緣-且導熱良好的材料所構成。在連接載體之表面上 施加多條由導電材料所構成的導電軌。施加在連接載體上 的半導體組件例如可經由各導電軌而達成電性上的接觸作 用。此連接載體複合體之全部之連接載體較佳是包含一種 共用的基體，此連接載體複合體之各連接載體可經由此基 體而在機械上互相連接。 1334676 1 » 修正本 依據本方法之至少一實施形式，一種’表面發射式半導體 本體配置在該連接載體複合體之一連接載體上。較佳是在 此連接載體複合體之每一連接載體上配置一種表面發射式 半導體本體。特別有利的情況是在連接載體複合體之每一 連接載體上恰巧配置一個表面發射式半導體本體。各個表 面發射式半導體本體較佳是相同形式的半導體本體，其具 有相同或近似的物理特性。例如，這些半導體本體可共同 地製成。 ® 此半導體本體較佳是具有一種輻射穿越面，電磁輻射經 由此輻射穿越面而入射至半導體本體中或由半導體本體中 發出。特別是可經由該輻射穿越面來對該半導體本體進行 激升。即，經由輻射穿越面之激升輻射可入射至半導體本 體中且在半導體本體中激發一種電磁輻射的產生，電磁輻 射又經由該輻射穿越面而離開。在使用一種外部配置（即， 配置成與半導體本體相隔開）之共振器鏡面時，半導體本體 適合用來產生雷射輻射。半導體本體較佳是配置在該連接 ® 載體上，使半導體本體之輻射穿越面遠離該連接載體。該 輻射穿越面平行於該連接載體時特別有利。 依據本方法之至少一實施形式，在下一步驟中該連接載 體複合體劃分成各別的連接載體。各別的連接載體是指各 別之光激升半導體裝置之連接載體。 依據本方法之至少一實施形式，本方法具有以下之步 驟：首先’製備一種連接載體複合體，其包含多個以機械 方式固定地相連接的連接載體。然後，將一種表面發射式 1334676 •· I r _ 修正本 半導體本體配置在該連接載體複合體之連接載體上。在最 後之步驟中，各別的半導體裝置例如藉由劃分該連接載體 複合體而製成。 依據本方法之至少一實施形式，本方法包含其它步驟， 此步驟中一種激升輻射源施加在該連接載體複合體之連接 載體上。激升輻射源例如可包含一種邊緣發射式半導體雷 射或邊緣發射式半導體雷射棒。此外，激升輻射源可包含 一種導熱元件，其上施加該半導體雷射。在該複合體之每 • 一連接載體上較佳是恰巧配置一個激升輻射源，其適合用 來以光學方式對配置在同一連接載體上之表面發射式半導 體本體進行激升。 依據本方法之至少一實施形式，在本方法之一步驟中一 種光學元件配置在該連接載體複合體之一連接載體上，該 光學元件適合用來使激升輻射轉向至半導體本體之輻射穿 越面上。在該連接載體複合體之每一連接載體上較佳是配 置至少一個如上所述的光學元件。此光學元件較佳是配置 ^ 在連接載體上，使此光學元件適合用來將激升輻射轉向至 半導體本體之輻射穿越面上。即，已製成的半導體裝置在 操作時由激升輻射源而來的激升輻射不是直接入射至半導 體本體之輻射穿越面上而是經由-或入射到至少一光學元 件’其使該激升輻射轉向至半導體本體之輻射穿越面上。 依據本方法之至少一實施形式，該光學元件適合用來使 激升輻射經由光學折射而轉向至半導體本體之輻射穿越面 上。即，激升輻射在穿越該光學元件之輻射穿越面時由於 1334676 * » _ 修正本 光學元件和周圍材料（例如，空氣）之折射.率不同而轉向，使 激升輻射在經過該光學元件之後即對準該半導體本體之輻 射穿越面。 依據本方法之至少一實施形式，該光學元件適合用來使 激升輻射經由反射而轉向至半導體本體之輻射穿越面上。 即，此光學元件是一種反射式光學元件。此光學元件較佳 是適合用來使該激升輻射經由唯一的反射而轉向至半導體 本體之輻射穿越面。即，較佳情況是此光學元件不是一種 ® 光導’光導中該激升輻射經由多次反射而轉向。例如，該 光學元件是一種高反射性之鏡面。 以本方法所製成的半導體裝置在操作時，激升輻射例如 至少以區段方式首先平行於該半導體本體之輻射穿越面而 傳送。此激升輻射例如可跨越該半導體本體之輻射穿越面 而傳送。即，激升輻射首先跨越半導體本體而傳送，但未 入射在半導體本體上。反射式光學元件在激升輻射之方向 中配置在半導體本體之後。激升輻射在橫越該半導體本體 ® 且因此亦橫越該半導體本體之輻射穿越面之後入射至此反 射式光學元件上。激升輻射由此反射式光學元件經由反射 而轉向至半導體本體之輻射穿越面上。已轉向的激升輻射 至少對一短路徑而言是以與該入射至反射式光學元件之前 之激升輻射之方向相反的方向而傳送。 依據本方法之至少一實施形式，須配置一光學元件，該 光學元件適合用來使激升輻射轉向至半導體本體之安裝面 之方向中。即，激升輻射在其入射至該光學元件上之前首 1334676
•V » t 修正本 先在一平行於安裝面之特定路段中傳送或由該安裝面離 開。在每一種情況下，該激升輻射在該路段中是在安裝面 上之一特定的高度中傳送且較佳是亦在該半導體本體之輻 射穿越面上傳送。該光學元件適合使激升輻射轉向至下 方，即，轉向至安裝面之方向中且因此亦轉向至半導體本 體之輻射穿越面之方向中。 依據本方法之至少一實施形式，該半導體本體在激升輻 射源和光學元件之間配置在半導體本體之安裝面中。即， # 激升輻射在轉向至半導體本體之輻射穿越面之前跨越該半 導體本體而傳送。例如，激升輻射源、半導體本體和光學 元件可依序地沿著一直線而配置著。 依據上述方法之至少一實施形式，各連接載體以矩陣形 式配置在連接載體複合體中。即，此連接載體複合體具有 多個列和行，其中連接載體複合體之每一連接載體形成一 矩陣元件。即，有一特定的列數和行數明確地配屬於該複 合體之每一連接載體。此連接載體複合體之矩陣形式的構 ® 造例如允許以特別簡單的方式使複合體中的多個元件同時 配置在該連接載體複合體上且因此配置在該複合體之每一 各別的連接載體上β 因此，依據上述方法的至少一實施形式，該複合體中相 同形式的兀件施加在該連接載體複合體上。例如，此處所 述之相同形式的元件可以是光學元件。這些光學元件例如 可形成條形的複合體。例如，每一複合體包含多個光學元 件，其對應於該連接載體複合體之行的編號。在該連接載 1334676 •v t · , 修正本 體複合體之至少二列中較佳是配置著此種相同形式的元件 所形成的複合體。特別有利的是在連接載體複合體之每_ 列中配置著相同形式的元件所形成的複合體。即，在該複 合體之每一連接載體上存在著相同數目的元件，例如，_ 種形式分別恰巧存在一個兀件。可依序地或同時設置該連 接載體複合體之各列。 依據至少一實施形式，該連接載體複合體具有至少二個 主調整標記。此連接載體複合體上的主調整標記藉由一種 Φ 圖像處理系統使該連接載體複合體定向在一種安裝用自動 機中。該連接載體複合體之各別的連接載體上之各別元件 之至少大致上的沈積位置可依據二個主調整標記之位置來 算出。”至少大致上”之意義是：由主調整標記開始，至少 各別的連接載體在複合體中之位置可被算出。在連接載體 本身上可配置該圖像處理系統用之其它之定向輔助件，例 如，副調整標記。 主調整標記例如在該連接載體複合體之對角線的二個相 ® 對的角隅中位於該連接載體複合體之上側上，該上側上設 置著上述各元件。主調整標記可以是該連接載體複合體之 結構或調整晶片，其在配備該連接載體複合體之前固定在 該連接載體複合體上。 依據至少一實施形式，該連接載體複合體之至少一連接 載體具有至少一副調整標記。此複合體之每一連接載體較 佳是具有至少一副調整標記。每一連接載體具有多個副調 整標記時特別有利。副調整標記例如由各沈積結構所形 L Si -10- 1334676
• I 修正本 成，其標記著各別元件在該連接載體上釣沈積位置。各沈 積結構例如可以是藉由光技術而已結構化的薄層。 依據上述方法之至少一實施形式，在一步驟中一種共振 器配件配置在該複合體之連接載體上。較佳是在該複合體 之每一連接載體上恰巧配置一共振器配件。須配置此共振 器配件，使其在半導體本體之主輻射方向中配置在半導體 本體之安裝面之後。 該共振器配件例如包含第二載體，其是一種單一載體， ♦ 其上固定著—共振器鏡面。此共振器配件較佳是平行於半 導體本體之安裝面而配置在半導體本體之安裝面上方。 例如’在每一連接載體上配置多個間隔元件，其上固定 著共振器配件。各間隔元件例如固定在連接載體上。在各 間隔元件上固定著該共振器配件。 依據至少一實施形式，該間隔元件包含一光學元件或該 間隔元件是由一光學元件所形成。例如，該間隔元件所包 含之光學元件適合用來將激升輻射轉向至半導體本體之穿 ® 越面上。 然而，此半導體裝置之間隔元件亦可執行其它之光學功 能。例如’各間隔元件之一可用來改變該激升輻射之方向， 使激升輻射在經過該間隔元件之後由該半導體本體之安裝 面離開。 依據上述方法之至少一實施形式，藉由下述步驟使一種 共振器配件配置在一連接載體上：首先，製備一載體複合 體。此載體複合體較佳是包含多個各別載體區，其以機械 -11- 1334676 • · 修正本 方式固定地互相連接著。 . 依據上述方法之至少一實施形式，在每一各別載體區上 配置一種共振器鏡面。較佳是在每一各別載體區上恰巧配 置一種共振器鏡面。在下一步驟中，此共振器配件例如藉 由該載體複合體被劃分成各別載體而製成。 依據上述方法之至少一實施形式，一輻射轉向元件配置 在該載體複合體之各別載體區上。此輻射轉向元件較佳是 一種轉向鏡，其對基頻波長之在共振器中運行的電磁輻射 • 而言具有高的反射性。在每一各別載體區上較佳是恰巧配 置著一轉向元件。此轉向元件例如可以是一種轉向鏡。半 導體本體操作時所發出的電磁輻射首先入射至該轉向元件 上且由該處入射至共振器鏡面。雷射輻射由共振器鏡面又 回到該轉向元件上，此轉向元件使該輻射經由該輻射穿越 面而轉向至半導體本體中。半導體本體例如包含一種反射 層序列，例如，佈拉格（Bragg)鏡面，其形成該已形成的雷 射共振器之另一共振器鏡面。 ^ 依據上述方法之至少一實施形式，各別載體以矩陣形式 配置在載體複合體中。即，該載體複合體包括多個列和行， 其中該載體複合體的每一各別載體區形成一矩陣元件。 即，該載體複合體之每一各別載體只明確地對應於一特定 的列-和行編號。此種矩陣形式的載體複合體例如允許以特 別簡單的方式將多個元件以複合體的形式同時配置在載體 複合體上且因此配置在每一各別載體區上。因此，依據本 方法之至少一實施形式，相同形式的元件以複合體的形式
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♦ I 修正本 施加在載體複合體上。例如，相同形式的元件可以是光學 元件’例如，共振器鏡面。各光學元件例如可形成條形的 複合體。此種條形的複合體較佳是包含多個光學元件，其 數目對應於載體複合體之行數。載體複合體之每一列中較 佳是配置相同形式的元件所形成的條形的複合體，以便在 複合體之每一各別載體區上配置相同數目的元件。因此， 可依序或同時設置該載體複合體之各別的列。 依據上述方法之至少一實施形式，在載體複合體之一各 # 別載體區上藉由接合而固定著至少一個元件。較佳是在每 一各別載體區上藉由接合而固定著至少一元件。例如，各 元件可藉由”直接接合”或陽極接合而固定著。各元件較佳 是以下各元件中之至少一種：轉向元件，共振器鏡面，頻 率轉換用之元件。特別是亦可藉由接合而同時使配置在載 體複合體上的元件被固定著。 依據上述方法之至少一實施形式，在載體複合體上配置 各元件之前，在各別載體區上施加一種已結構化的金屬 ® 層。較佳是在每一各別載體區上施加一種已結構化的金屬 層。此金屬層較佳是具有電性接觸區以作爲接觸用。每一 各別載體區較佳是具有一金屬層，藉此可使依據本方法所 製成的半導體裝置中的共振器配件之溫度提高及/或測出該 溫度。共振器配件之溫度較佳是可藉由該金屬層來提高且 測出。該金屬層較佳是—種已結構化的金屬層。例如，該 金屬層形成蜿蜒的形式或該金屬層具有多個凹口。該金屬 層較佳是包含以下各金屬中的至少一種：鉑’金。 m -13- 1334676 _ 修正本 此外，該金屬層較佳是具有多個接觸區，藉此可在電性 上接觸該金屬層。藉由金屬層中導入電流，則該共振器配 件之溫度可適當地提高。以此種方式，頻率轉換用的元件 例如可加熱至一可預定的操作溫度。此外，例如可藉由測 量該金屬層之與溫度有關的電阻來測出該金屬層的溫度， 且因此可測出該共振器配件和頻率轉換用之元件之溫度。 該金屬層較佳是與一控制裝置相連接，此控制裝置適合 用來調整該金屬層之可由外部來預設之溫度。此控制裝置 ♦ 例如可包含一微控制器。此控制裝置可配置在該半導體裝 置之連接載體上。在本方法的一步驟中，在連接載體複合 體之每一連接載體上配置一控制裝置。然而，此控制裝置 亦可配置在半導體裝置之外部且與此半導體裝置導電性地 相連接。 依據上述方法之至少一實施形式，該共振器配件是與該 連接載體導電性地相連接。這例如可藉由連接線來達成， 各連接線將該金屬層之各接觸區與該連接載體導電性地相 ® 連接著。 上述方法及其所製成的半導體裝置以下將依據各實施例 及圖式來詳述。 【實施方式】 在各實施例和圖式中，相同或作用相同的組件分別設有 相同的參考符號。所示的各元件未按比例來繪出。反之， 爲了更容易了解之故，各別的元件可過度地予以放大。 第1A圖顯示以本方法所製成的半導體裝置之第一實施 -14- 1334676
* I 修正本 例之激升單元之切面圖。 ’ 該激升單元包含一連接載體14»此處所描述之表面發射 式半導體裝置之基面，即，該連接載體14之基面，之大小 較佳是介於30和150平方毫米之間。此連接載體14包含一 基體12，一下側金屬層11和一已結構化之上側金屬層13。 此連接載體 14較佳是一種直接接合之銅（Direct Bonded Copper，DBC)複合體材料。此基體12例如由一種陶瓷材料 (例如，A1N)所構成。此基體12之厚度較佳是介於0.2和0.5 ^ m m之間，特別是0.3 8 m m。上側金屬層1 3和下側金屬層1 1 例如由銅所構成且例如具有一種介於0.1和0.3 mm之間的 厚度，較佳是0.2 mm。此銅具有一種高的導熱性’例如’ 400 W/m Kelvin，時是有利的。藉由與A1N-基體12之連接， 則該連接載體14之表面上的有效的熱膨脹係數可下降。這 適合安裝膨脹係數較小的半導體本體。 已結構化的上側金屬層1 3形成多條導電軌，藉此可對固 定在該連接載體14上之主動式半導體組件達成電性上的接 ^觸。 除了第1A圖所示的連接載體14之外’亦可使用一種包 含一陶瓷基體12之連接載體14’其例如由A1N所構成。在 基體12之上側上可施加一種上側金屬層13。於此’一種由 金構成之金屬層可藉由一光罩而直接在該基體12上例如藉 由濺鍍或蒸鍍而被結構化。此金層之厚度因此最多是1微 米，較佳是最多5 00奈米。此種連接載體相對於DBC·連接 載體之特徵而言是一種特別平滑的表面。此基體12之厚度 -15- 1334676
» I 修正本 « % 較佳是最多1毫米，特別優良時是0.7 mm。焊接材料用之 金屬阻件例如可由鉑或NiCr所構成或包含這些材料中的至 少一種。各金屬阻件可直接藉由蒸鍍或濺鍍而沈積在連接 載體14上且被結構化。 在該連接載體14上施加一種表面發射式半導體本體1。 此半導體本體1例如黏合或焊接在該連接載體14上。此半 導體本體1較佳是藉由焊接連接方式以固定在該連接載體 14上。於此，特別是可使用一種薄層焊劑。即，此表面發 # 射式半導體本體1藉由一種焊劑而固定著。此焊劑藉由濺 鍍或蒸鍍方式沈積而成。此焊劑較佳是含有以下之材料中 的至少一種：AuSn，Sn, SnAg，In，InSn。該焊劑層之厚度較 佳是介於1和5微米之間。 該表面發射式半導體本體1包含一種反射層序列和一種 產生輻射用之層序列。該反射層序列較佳是一種反射金屬 層，一種佈拉格鏡面或這些反射層之組合。該反射層序列 較佳是一種佈拉格鏡面，其具有多個折射率相差很多的半 ® 導體層對（pair)。該佈拉格鏡面較佳是具有20至30個或更 多的半導體層對，這樣可使該鏡面有一種99.9%或更大的特 別高的反射率。此佈拉格鏡面與該半導體本體1之其餘的 半導體層一起以磊晶方式製成時是有利的。此佈拉格鏡面 較佳是配置在該半導體本體1之面對該連接載體14之此側 上。 此半導體本體之產生輻射用之層序列包含一種活性區， 其具有pn-接面及/或單一量子井結構及/或較佳是多重式量 -16- m 1334676 . * 修正本 子井結構’特別好的情況是包含一種未摻雜&多重式量子 井結構，其適合用來產生輻射。此名稱”量子井結構”在本 說明書中特別是亦包含以下的結構，即，此結構中電荷載 體由於受到局限而使其能量狀態經歷一種量子化。此名稱 量子井結構特別是未指出量子化的維度，其因此可另外包 含量子槽，量子線和量子點以及這些結構的每一種組合。 該發出輻射用之層序列較佳是以III-V化合物半導體材 料爲主。即，該發出輻射用之層序列包含至少一種層，其 # 由ΠΙ-ν化合物半導體材料所構成。此發出輻射用之層序列 較佳是以氮化物-，磷化物-或特別是砷化物-化合物半導體 爲主。 所謂以”氮化物-化合物半導體爲主”在此處之意義是：該 發出輻射之層序列或其中至少一層包含一種氮化物-化合物 半導體材料，較佳是AlnGamlninN，其中OSnSl,OSmS 1且n + m $1。因此，此材料未必含有上述形式之以數學所 表示之準確的組成。反之，其可具有一種或多種摻雜物質 ^ 以及其它成份，這些成份基本上不會改變此AhGamlnmN-材料之物理特性。然而，爲了簡單之故，上述形式只含有 晶格（Al, Ga, In, N)之主要成份，這些主要成份之一部份亦 可由小量的其它物質來取代。 所謂以”磷化物·化合物半導體爲主”在此處之意義是：該 發出輻射之層序列或其中至少一層包含一種磷化物-化合物 半導體材料，較佳是AlnGamlni.i.mP，其中0SnSl，0Sm ‘ 1且n + m S 1。因此，此材料未必含有上述形式之以數學所 m -17- 1334676 I t 修正本 表示之準確的組成。反之，其可具有一種或多種摻雜物質 以及其它成份，這些成份不會改變此材料之物理特性。然 而，爲了簡單之故，上述形式只含有晶格（Al，Ga，In，P)之 主要成份，這些主要成份之一部份亦可由小量的其它物質 來取代。 所謂以”砷化物-化合物半導體爲主”在此處之意義是：該 發出輻射之層序列或其中至少一層包含一種砷化物-化合物 半導體材料，較佳是AKGanJmnAs，其中OSnSl, OSm φ S 1且n + mS 1。因此，此材料未必含有上述形式之以數學 所表示之準確的組成。反之，其可具有一種或多種摻雜物 質以及其它成份，這些成份不會改變此材料之物理特性。 然而，爲了簡單之故，上述形式只含有晶格（Al，Ga，In, As) 之主要成份，這些主要成份之一部份亦可由小量的其它物 質來取代。 上述各材料之特徵是可簡易地達成之高的內部量子效率 且這些材料適合用來發出紫外線範圍、經由可見光範圍直 ® 至紅外線光譜區範圍之輻射。 該半導體本體之產生輻射用之層較佳是以砷化物-化合 物半導體材料爲主。紅外線光譜區中的輻射，特別是波長 範圍介於800奈米和1 1〇〇奈米之間的輻射，可特別有效地 在此種材料系統中產生。例如，該載體包含砷化鎵且該發 出輻射之層序列或其中至少一層是以材料系統 AKGamlni-n.mAs ’ 其中 OSnS 1，1 且 n + mS 1 爲主。 此外’在該連接載體14上配置一種激升輻射源2。此激 -18 - 1334676 修正本 升輻射源2例如包含一種邊緣發射式半導體雷射和一導熱 元件2a。此導熱元件2a較佳是由一種導熱性良好的材料（例 如，鑽石，氮化鋁或碳化矽）所構成或含有這些材料中的至 少一種。激升輻射源2藉由連接線2b而導電性地連接至該 連接載體14»激升輻射源2較佳是藉由焊接連接方式以固 定至該連接載體14。於此，一種薄層焊劑特別適合。即， 該激升輻射源2藉由一種焊劑來固定著。此焊劑較佳是含 有以下各種材料中之至少一種：AuSn，Sn，SnAg, In, InSn。 # 該焊劑層之厚度較佳是介於1和5微米之間。 一透鏡3配置在該激升輻射源2之後。此透鏡3例如用 來使該激升輻射源2所發出之激升輻射17達成一種快速之 軸對準性（fast axis collimation, FAC)。此透鏡3例如具有一 種非球形之曲形輻射發射面且可由一種高折射率之材料， 例如，GaP，所構成。 另一光學元件4在該激升輻射源2之主發射方向中配置 在此透鏡3之後。此光學元件4較佳是用來使所穿過之激 ® 升輻射發生折射。例如，此光學元件4適合用來使激升輻 射17由該連接載體14偏離而發生折射或轉向。此光學元件 4較佳是含有一種玻璃。 一種圓柱透鏡5和一種球形透鏡6配置在該光學元件4 之後。透鏡5，6用來使穿過之激升輻射達成一種快速之軸 對準性（fast axis collimation, FAC)及/或慢速之軸對準性 (SAC)。例如’此二個透鏡5，6亦可由唯一的具有非球形 之曲形輻射穿越面之圓柱形透鏡來取代。激升輻射由透鏡 -19- 1334676 修正本 5，6到達一轉向元件7。 此轉向元件7例如含有一種玻璃，其中面對此表面發射 式半導體本體之面是一種對該激升輻射具有高反射性的塗 層。此轉向元件7使入射的激升輻射轉向至該表面發射式 半導體本體1之輻射穿越面la上，以使該激升輻射17較佳 是以一種銳角入射至該輻射穿越面la上。 此外，該間隔元件8配置在該載體14上。元件8，4，7 可以是同形式的元件且由相同的材料所構成，其不同處只 # 是反射性表面或非塗層的表面及其在該連接載體14上之方 位。 第1B圖顯示以上述方法所製成的第一實施例之半導體 裝置之激升單元之俯視圖。 如第1B圖所示，在該連接載體14上另外施加一種溫度 感測器9，其例如包含一種NTC-電阻。藉由此一溫度感測 器9，則可測得該連接載體14之平均溫度。依據此連接載 體14之平均溫度，則例如可藉助於一種熱電性之冷卻體來 ^ 調整該激升單元之操作溫度，該冷卻體可配置在該連接載 體14之下側上。該激升單元之操作溫度較佳是介於20和 3 5°C之間，特別好的情況是25°C。 第1C圖顯示第二實施例之以上述方法所製成的半導體 裝置之切面圖。 一種共振器配件40在該表面發射式半導體本體1之主發 射方向中配置在該激升單元之後。 該激升單元包含一連接載體14，已如上所述。此激升單 -20- 1334676 修正本 元另外包含一種激升輻射源2,其後配置一種FAC-透鏡3。 激升輻射由FAC-透鏡3經由一種光學元件4，其使激升輻 射17由該連接載體14偏離。然後，此激升輻射經由一種非 球形之透鏡16，其使該激升輻射達成一種準直作用。該激 升輻射由此處入射至一轉向元件7,其使該激升輻射轉向至 該表面發射式半導體本體1之輻射穿越面la上。此激升輻 射17在半導體本體1中激發一種基頻雷射輻射18之產生。 此基頻雷射輻射18經由一凹口 30而入射至共振器配件40 # 中，該凹口 30位於共振器配件40之載體34中。此雷射輻 射由該轉向元件33(其例如由鴿形·稜鏡所形成）轉向至共振 器鏡面31之方向中。此雷射共振器中較佳是配置一種光學 非線性之晶體31，其例如用來使所經過之雷射輻射之頻率 加倍。這樣所產生的已轉換之輻射1 9之大部份都經由該轉 向元件33而由該半導體裝置中發出。 光學非線性之晶體3 1較佳是包含以下各晶體中之至少一 種：LiB3〇5 (LBO), BiB3〇6 (BiBO), KTiOP〇4 (KTP), ® MgO:LiNb〇3 (MgO:LN), MgO:s-LiNb〇3 (MgO:SLN), MgO:LiTa〇3 (MgO:SLT), LiNbCh (SLN), LiTaOs (SLT), RTP (RbTiOPO^), KTA (KTiOAsCh), RTA (RbTiOAsCh)， CTA (CsTiOAs〇4)。 光學非線性之晶體較佳是用來使經由其之輻射之頻率加 倍。 此外，在雷射共振器中配置一種頻率選擇元件，例如一 種標準器（Etalon)或雙折射之濾波器，其可輕易地使雷射達 -21 - m 1334676 續· 修正本 成一種頻譜穩定-且狹頻帶之操作。 第1D圖顯示第二實施例之以上述方法製成的半導體裝 置之透視圖。 第1E圖顯示出在施加被動式光學元件之前第一或第二 實施例之以上述方法製成的半導體裝置之激升單元之切面 圖。 第1F圖顯示一種與第1E圖相關的俯視圖。 如第1E，1F圖所示，該連接載體14具有一種副調整標記 # 15。副調整標記15例如是一種沈積結構，其在光學技術上 以已結構化的薄層來構成。 副調整標記作爲一種圖像處理系統用之方位輔助，藉此 可測得該半導體裝置之各別元件在該連接載體14上之沈積 位置。各別元件之沈積準確性較佳是介於+/· 5微米至+/- 50 微米之間。此沈積準確性特別好的情況是至少爲+/- 1 〇微 米。 第2A圖顯示以本方法製成的第三實施例之半導體裝置 ® 之激升單元之透視圖。本實施例中該半導體裝置之基面， 即’連接載體14之面’較最初二個實施例大約小30%。相 對於第1A至1F圖之實施例而言，激升輻射源2，表面發射 式半導體本體1以及轉向元件7此處未沿著直線而配置。 激升輻射首先由激升輻射源2經過FAC -透鏡3。激升輻 射由此處經由一光學元件4’其例如可由一透鏡或一平行六 面體所形成。然後，激升輻射由轉向鏡45入射至非球形之 圓柱形透鏡46 ’其又使激升輻射成爲準直狀態。激升輻射 -22- 1334676 » * 修正本 由此處入射至該轉向透鏡7,其使激升輻射轉向至表面發射 式半導體本體1之輻射穿越面。 第2B圖顯示在第一角度觀看時以上述方式製成的第三 實施例之表面發射式半導體裝置之透視圖。第2C圖顯示在 第二角度觀看時第三實施例之以上述方法製成的表面發射 式半導體裝置之透視圖。相對於第1A至1F圖之實施例而 言，第三實施例中該轉向透鏡3 3不是由鴿形稜鏡所形成而 是由平行六面體所形成。 • 第2D圖顯示第三實施例之以上述方法製成的半導體裝 置之俯視圖。 第2E和2F圖顯示不同觀看方向中第三實施例之以上述 方法製成的半導體裝置之側視圖 由第2E圖可知，第二實施例中之半導體裝置中同樣是反 射至表面發射式半導體裝置之輻射穿越面la上的激升輻射 未入射至光學非線性晶體上。以此種方式，則可達成一種 特別穩定的頻率轉換，此乃因該光學非線性晶體32不可藉 ® 由已反射之激升輻射17來加熱。 第2G圖顯示出在設置被動式光學元件之前以上述方法 所製成的第三實施例之半導體裝置之激升單元之側視圖。 第2H圖顯示相關的俯視圖。 如第2G和2H圖所示，該連接載體14具有副調整標記 15。即，各沈積結構15在該連接載體14中已結構化’各沈 積結構15作爲圖像處理系統用之方位輔助。副調整標記15 例如可以是沈積結構，其在光學技術上以已結構化的薄層 U1 -23- 1334676 « 修正本 來構成。 副調整標記15作爲圖像處理系統用之方位輔助，藉此可 測得該半導體裝置之各別的元件在該連接載體14上之沈積 位置。各別元件之沈積準確性較佳是介於+/- 5微米至+/- 50 微米之間。此沈積準確性特別好的情況是至少爲+/- 1 〇微 米。 例如，該連接載體14之寬度y是介於9和13毫米之間， 較佳是大約10毫米。該連接載體14之長度X較佳是介於9 # 和1 4毫米之間，例如，其可以是1 2毫米。 第3A，3B, 3C和3D圖顯示此處所述之方法之一實施例之 共振器配件40製造時之俯視圖。第3E圖顯示已製成的共 振器配件40之側視圖。 第3A中顯示一種載體複合體80，其包含多個各別載體 區34所形成的矩陣形式的配置。此載體複合體80例如由矽 晶圓所形成。例如，此載體複合體80可以是6吋或8吋之 矽晶圓。每一各別載體區34具有一凹口 30(例如，鑽孔）》 ^ 此凹口 30允許雷射輻射射入至共振器配件40中且又由共振 器配件40中發出。 在下一步驟（第3B圖）中，已結構化的金屬層60在各別 載體區34上被結構化。此金屬層60例如由蜿蜒之鉑層所形 成’其可藉由各接觸區61來達成電性上的接觸作用。 在第3C圖所示的步驟中’光學元件（例如，轉向鏡33)， 光學非線性之晶體34以及共振器鏡面31配置在各別載體區 34上。光學元件較佳是以複合體形式（例如，條形，其包含 -24- 1334676 * < 修正本 多個共振器鏡面31)配置在載體複合體80上。以此種方式， 則同時可在多個各別載體區34上分別配置一個光學元件。 例如，可將各光學元件予以黏合。各光學元件較佳是藉由 接合，例如，陽極接合，以固定在各別載體區34上。 在下一步驟中，如第3D圖所示，該載體複合體80可沿 著該處所示的箭頭而被劃分。因此，配置在複合體中的光 學元件亦可被劃分。這樣可形成多個共振器配件40。此種 共振器配件例如顯示在第3E圖中。 # 第3F圖顯示已製成的共振器配件40之俯視圖。此共振 器配件40之長度較佳是介於c = 8和c=12毫米之間，例如， c = 10毫米。共振器配件40之寬度介於d=1.75毫米和d = 3 毫米之間，例如，d = 2. 15毫米。 第4A至4D圖顯示共振器鏡面31之一種製造方法，其已 應用於上述半導體裝置之一實施例中。本方法中，矽球例 如沖製在玻璃晶圓70中，使多個共振器鏡面31可產生於一 種陣列中。第4A圖顯示所產生的陣列之俯視圖。 ^ 第4B圖顯示該陣列70沿著各線72而劃分時的情況。於 是產生第4C圖所示的由微鏡面31所形成的條片。此種微 鏡面條片所具有的長度1例如大約是100毫米。各別的微鏡 面31之間的距離p大約是2毫米。條片之高度h較佳是2 毫米，寬度b較佳是介於0.7和2.5毫米之間。 第3A至3D圖顯示該載體複合體80上之微鏡面所形成的 條片，其與該載體複合體80 —起劃分。然而，各條片亦可 在施加至各別載體區34之前劃分成各別的共振器鏡面31。 -25- 1334676 * t 修正本 各共振器鏡面31之俯視圖和切面圖顯示在第4D圖中。 第5圖顯示一種連接載體複合體50，其具有多個以矩陣 形式而配置的連接載體14，其例如已應用於上述方法之一 實施例中。 此連接載體複合體50具有主調整標記51，其在對角線上 配置在該連接載體複合體50之二個角隅上。主調整標記51 例如可以是以連接載體複合體50之材料所構成的薄層結 構。此外，主調整標記亦可以是各種調整晶片，其例如由 # 矽，玻璃或陶瓷所構成。各調整晶片可具有薄層結構。主 調整標記用來調整該連接載體複合體50上的全部元件。此 連接載體複合體50因此形成一種有效體。由於此有效體中 的各別元件是一種單元，則可進行以下的安裝過程： -各元件在一步驟中安裝成條片狀且在稍後與該有效體 一起劃分， •施加稜鏡條片或透鏡條片， •安裝各別零件，其以矩陣形式及自我調整的方式放入一 ® 種抽吸工具中。 由於該連接載體14以規則的矩陣形式配置在該連接載體 複合體50中，則可在一步驟中依序地或同時配置多個元件。 連接載體複合體之劃分例如可藉由切鋸或刻劃和折斷來 達成。連接載體複合體50較佳是在一種框架中緊壓在一種 黏合箔上。 連接載體複合體50之大小較佳是由50 mmx50 mm至200 mmx200 mm，其可爲圓形或長方形。該連接載體之表面準 -26- 1334676 修正本 確性較佳是小於1微米。這樣可使各別元件特別準確地在 該連接載體上進行調整》 第6A圖顯示連接載體複合體50之俯視圖，其具有多個 以矩陣形式而配置的連接載體14，其例如已用於上述方法 之另一實施例中。 此連接載體複合體50之長度f例如介於1〇〇和120毫米 之間，較佳是110毫米。此連接載體複合體50之寬度e較 佳是介於45和65毫米之間，例如55毫米。本實施例中此 • 連接載體複合體50包含44個連接載體14。 第6B圖顯示連接載體複合體50之背面之俯視圖。 第6C圖顯示連接載體複合體50之側視圖。由氮化鋁所 構成之基體12之寬度j較佳是介於0.25 mm和0.45 mm之 間，例如可爲0.38 mm。例如，由銅所構成的下側金屬層11 之厚度i較佳是介於0.2 mm和0.4 mm之間，例如可爲0.3 mm。由例如銅所構成的已結構化之上側金屬層1 3之厚度g 較佳是介於0·2 mm和0.3 mm之間，例如可爲0.25 mm" ® 第6D圖顯示該連接載體複合體50之連接載體14之俯視 圖。此連接載體14包含線接合面163，其藉由接合線來與 連接載體14上之各組件達成電性上的接觸。此外，此連接 載體14具有焊接面164，其上施加主動式組件。又，此連 接載體14具有一焊接停止層165。 以此處所述之方法製成的半導體裝置之其它特徵是其特 別緊密的造型。這例如可使共振器的長度爲數毫米，較佳 是最多是15毫米，特別優良的是10毫米。此種短的共振器 -27- 1334676 修正本 長度可在雷射產生時達成一種特別快速的反應時間，其例 如在光學投影應用時是有利的。此外，此處所述的半導體 裝置之其它特徵是··特別是操作時產生熱量的各組件，例 如，激升輻射源和表面發射式半導體本體，以平面安裝方 式施加在一種導熱性較高的載體上。因此，操作時所產生 的熱量可直接傳送至載體上而不必以偏離一特定的角度來 傳送。又，由激升單元和共振器配件使熱排除時可使光學 非線性晶體達成一種特別穩定的溫度。以上述方式，則可 # 在可見光譜區中產生特別均勻的雷射輻射。 本發明當然不限於依據各實施例中所作的描述。反之， 本發明包含每一新的特徵和各特徵的每一種組合，特別是 包含各申請專利範圍-或不同實施例之各別特徵之每一種組 合’當相關的特徵或相關的組合本身未明顯地顯示在各申 請專利範圍中或各實施例中時亦同。 本專利申請案主張德國專利申請案1〇 2 005 063 103.7和 10 2 00 6 017 293.0之優先權，其已揭示的整個內容在此—倂 ® 作爲參考。 【圖式簡單說明】 第1A圖以本方法所製成的半導體裝置之第一實施例 之激升單元之切面圖。 第1B圖以本方法所製成的半導體裝置之第一實施例之 激升單元之俯視圖。 第1C圖以本方法所製成的半導體裝置之第二實施例之 切面圖。 -28- 1334676 _ 修正本 第ID圖以本方法所製成的半導體裝置之第二實施例 之透視圖。 第1E圖以本方法所製成的半導體裝置之第—或第二實 施例之激升單元之切面圖。 第1F圖以本方法所製成的半導體裝置之第一或第二實 施例之激升單元之俯視圖。 第2A圖以本方法所製成的半導體裝置之第三實施例 之激升單元之透視圖。 # 第2B圖在第一角度觀看時以本方法製成的半導體裝置 之透視圖。 第2C圖在第二角度觀看時以本方法製成的第三實施例 之半導體裝置。 第2D圖以本方法製成的第三實施例之半導體裝置之 俯視圖。 第2E, 2F圖由不同角度觀看時以本方法製成的第三實 施例之半導體裝置之側視圖。 ® 第2G圖在設置被動式光學元件之前，以本方法製成的 第三實施例之半導體裝置之激升單元的側視圖。 第2H圖是與第2G圖相關的俯視圖。 第3A, 3B，3C及3D圖依據本方法之一實施例來製造共 振器配件40時之俯視圖。 第3E圖已製成的共振器配件40之側視圖。 第3F圖已製成的共振器配件40之俯視圖。 第4A~4D圖使用此處所述方法的一實施例所描述之共 -29- 1334676 -· 修正本 振器鏡面31之製造方法。 第5圖具有多個配置成矩陣形式之連接載體14之連接 載體複合體50，其用在此處所述方法的一實施例中。 第6A圖具有多個配置成矩陣形式之連接載體14之連 接載體複合體50之俯視圖，其用在此處所述方法的一實施 例中。 第6B圖連接載體50之背面之俯視圖。 第6C圖連接載體50之側視圖。 • 第6D圖連接載體複合體50之連接載體14之俯視圖。 【主要元件符號說明】 1 半 導 體 本 體 2 激 升 輻 射 源 2a 導 熱 元 件 2b 連 接 線 3 透 鏡 4 光 學 元 件 5, 6 透 鏡 7 轉 向 元 件 8 間 隔 元 件 9 溫 度 感 測 器 11 下 側 金 屬 層 12 基 體 13 上 側 金 屬 層 14 連 接 載 體 -30- 1334676 λ 修正本
15 副 16 透 163 線 164 焊 165 焊 17 激 18 雷 19 幅 30 凹 3 1 共 32 晶 33 轉 34 各 40 共 45 轉 46 圓 50 連 5 1 主 60 金 70 玻 72 線 80 載 調整標記 鏡 接合面 接面 接停止層 升輻射 射輻射 射 □ 振器鏡面 體 向元件 別載體區 振器配件 向鏡 柱形透鏡 接載體複合體 調整標記 屬層 璃晶圓 體複合體 -31 -

Claims (1)

1334676 ·- 修正本 第95 14977 8號「光激升半導體裝置之製造方法」專利申請案 (2010年3月12日修正） 十、申請專利範圍： 1_—種光激升（optically pumped)半導體裝置之製造方法’其 包括以下各步驟： -fe供一連接載體複合體（50)，其包含多個連接載體（μ)， 該等連接載體（14)以機械方式固定地互相連接著，其中在 該連接載體複合體（50)的連接載體（14)係以矩陣形式配置； ^ -在該連接載體複合體（50)之每一個連接載體（14)上，配置 恰巧一個表面發射式半導體本體（1); -在該連接載體複合體（50)之每一個連接載體（14)上，配置 恰巧一個激升輻射源（2)，其中該激升輻射源（2)係適合用於 光激升該表面發射式半導體本體（1)，其係配置於與該激升 輻射源（2)相同的連接載體（14);以及 •至少局部製成此半導體裝置。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中包括以下的步驟： -在連接載體複合體（5 0)之一連接載體（14)上配置至少一光 ® 學元件（7)，其適合用來使激升輻射（2)轉向至半導體本體（1) 之輻射穿越面（la)上。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中一由相同形式的元件 所形成的複合體設定在該連接載體複合體（5〇)上。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該連接載體複合體（50) 具有二個主調整標記（51)。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該連接載體複合體（5 0) 之一連接載體（14)具有至少一種副調整標記U5) ° 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在一連接載體（14)上 1334676 修正本 配置一共振器配件（40)。 7.—種共振器配件之製造方法，該共振器配件係用於如申請 專利範圍第1至6項中任一項之製造方法所製成的光激升 半導體裝置，該共振器配件之製造方法包括以下各步驟： -提供一載體複合體（80)，其包含多個各別載體區（34)，各 別載體以機械方式固定地互相連接著； -在各別載體區上配置一共振器鏡面（31);以及 -製成各別的共振器配件（40)。 8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中在該載體複合體（80) 之一各別載體區（34)上配置一種輻射轉向元件（33) » 9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中各別載體區（34)在該 載體複合體（8 0)中以矩陣形式配置著。 10. 如申請專利範圍第7項之方法，其中—由相同形式的元件 所形成的複合體設置在該載體複合體（80)上。 11. 如申請專利範圍第7項之方法，其中在該載體複合體（80) 之一各別載體區（34)上藉由接合而固定著至少一元件。 12. 如申請專利範圍第7項之方法’其中—已結構化之金屬層 (60)施加在該載體複合體（80)之一可被電性接觸的各別載 體區上。 13.如申請專利範圍第6項之方法，其中每—共振器配件（4〇) 都導電性地與所屬的連接載體（14)相連接。
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