TWI556534B - 覆晶式雷射二極體及覆晶式雷射二極體封裝結構 - Google Patents

覆晶式雷射二極體及覆晶式雷射二極體封裝結構 Download PDF

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Description

覆晶式雷射二極體及覆晶式雷射二極體封裝結構
本發明是有關於一種雷射二極體及雷射二極體封裝結構，且特別是有關於一種覆晶式雷射二極體及覆晶式雷射二極體封裝結構。
圖1是習知的一種雷射二極體的剖面示意圖。請參閱圖1，習知的雷射二極體10包括一基板11、一第一型半導體層12、一發光層13、一第二型半導體層14、一圖案化絕緣層15、一第一電極16、一第二電極17及兩導線18。第一型半導體層12配置於基板11上。發光層13配置於局部的第一型半導體層12上。第二型半導體層14配置於發光層13上並形成一脊狀平台(ridge mesa)。圖案化絕緣層15覆蓋於第二型半導體層14的一部分。第一電極16配置於第一型半導體層12上，第二電極17配置於第二型半導體層14上未被圖案化絕緣層15覆蓋的區域，兩導線18的一端分別從第一電極16及第二電極17向外延伸。
如圖1所示，習知的雷射二極體10是透過打線(bonding wire)的方式電性連接至外部，因為打線結構較佔空間，舉例而言，打線結構的單一焊墊寬度便佔了100微米，而使得習知的雷射二極體在空間上難以縮減。
本發明提供一種覆晶式雷射二極體，其具有較窄的寬度。
本發明提供一種覆晶式雷射二極體封裝結構，其包括上述的覆晶式雷射二極體。
本發明的一種覆晶式雷射二極體，包括一第一基板、一第一型半導體層、一發光層、一第二型半導體層、至少一電流傳導層、一圖案化絕緣層、一第一電極及一第二電極。第一型半導體層配置於第一基板上。發光層配置於局部的第一型半導體層上。第二型半導體層配置於發光層上並形成一脊狀平台。至少一電流傳導層配置於局部的第一型半導體層上，電流傳導層電性連接於第一型半導體層並且隔離於第二型半導體層。圖案化絕緣層覆蓋於第一型半導體層、發光層、第二型半導體層及電流傳導層，且包括一第一區及一第二區。第一區露出部分的電流傳導層，且第二區露出部分的第二型半導體層。第一電極配置於圖案化絕緣層的第一區，第二電極配置於圖案化絕緣層的第二區。脊狀平台在第一基板上的投影分別涵蓋第一電極與第二電極在第一基板上的投影的一部分。
在本發明的一實施例中，上述的至少一電流傳導層的數 量為一個且位於脊狀平台的一側。
在本發明的一實施例中，上述的至少一電流傳導層的數量為兩個，且兩電流傳導層位於脊狀平台的兩側。
在本發明的一實施例中，上述的覆晶式雷射二極體在橫截脊狀平台以及電流傳導層的截面的寬度小於100微米。
在本發明的一實施例中，上述的脊狀平台的寬度與覆晶式雷射二極體在橫截脊狀平台以及電流傳導層的截面的寬度的比值約在0.01至0.5之間，且脊狀平台的寬度範圍約在1微米至50微米之間。
在本發明的一實施例中，上述的第一電極及第二電極與一封裝基底的一第三電極及一第四電極電性連接。
本發明的一種覆晶式雷射二極體封裝結構，包括一封裝基底及倒覆於封裝基底而與封裝基底電性連接的一覆晶式雷射二極體。一種覆晶式雷射二極體，包括一第一基板、一第一型半導體層、一發光層、一第二型半導體層、至少一電流傳導層、一圖案化絕緣層、一第一電極及一第二電極。第一型半導體層配置於第一基板上。發光層配置於局部的第一型半導體層上。第二型半導體層配置於發光層上並形成一脊狀平台。至少一電流傳導層配置於局部的第一型半導體層上，電流傳導層電性連接於第一型半導體層並且隔離於第二型半導體層。圖案化絕緣層覆蓋於第一型半導體層、發光層、第二型半導體層及電流傳導層，且包括一第一區及一第二區。第一區露出部分的電流傳導層，且第二區露出 部分的第二型半導體層。第一電極配置於圖案化絕緣層的第一區，第二電極配置於圖案化絕緣層的第二區。脊狀平台在第一基板上的投影分別涵蓋第一電極與第二電極在第一基板上的投影的一部分。封裝基底包括一第二基板、一第三電極及一第四電極。第三電極配置於局部的第二基板上且接觸第一電極。第四電極配置於局部的第二基板上且與第三電極之間間隔一距離，第四電極接觸第二電極。
在本發明的一實施例中，上述的至少一電流傳導層的數量為一個且位於脊狀平台的一側。
在本發明的一實施例中，上述的至少一電流傳導層的數量為兩個，且兩電流傳導層位於脊狀平台的兩側。
在本發明的一實施例中，上述的覆晶式雷射二極體在橫截脊狀平台以及電流傳導層的截面的寬度小於100微米。
在本發明的一實施例中，上述的脊狀平台的寬度與覆晶式雷射二極體在橫截脊狀平台以及電流傳導層的截面的寬度的比值約在0.01至0.5之間，且脊狀平台的寬度範圍約在1微米至50微米之間。
基於上述，本發明的覆晶式雷射二極體透過第一電極與第二電極以直接接合(directly bonding)的方式與封裝基底接合而封裝成覆晶式雷射二極體封裝結構，上述設計可省略傳統以打線方式連接時打線結構所佔有的區域，大幅降低覆晶式雷射二極體的寬度。此外，本發明的覆晶式雷射二極體透過圖案化絕緣層的 第一區與第二區沿著脊狀平台的延伸方向排列，且圖案化絕緣層在第一區露出部分的電流傳導層，在第二區露出部分的第二型半導體層的配置方式，而使得第一電極與第二電極能夠沿著脊狀平台的延伸方向配置。也就是說，覆晶式雷射二極體在任一個橫截脊狀平台與電流傳導層的截面上只會存在單一個電極，而更進一步地縮減了覆晶式雷射二極體的寬度。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10‧‧‧習知的雷射二極體
11‧‧‧基板
12‧‧‧第一型半導體層
13‧‧‧發光層
14‧‧‧第二型半導體層
15‧‧‧圖案化絕緣層
16‧‧‧第一電極
17‧‧‧第二電極
18‧‧‧導線
20‧‧‧覆晶式雷射二極體封裝結構
30‧‧‧封裝基底
32‧‧‧第二基板
34‧‧‧第三電極
36‧‧‧第四電極
100、200‧‧‧覆晶式雷射二極體
110‧‧‧基板
120、220‧‧‧第一型半導體層
130‧‧‧發光層
140、240‧‧‧第二型半導體層
142、242‧‧‧脊狀平台
150、250‧‧‧電流傳導層
160、260‧‧‧圖案化絕緣層
161、261‧‧‧第一區
162、164、262、264‧‧‧鏤空區
163、263‧‧‧第二區
170、270‧‧‧第一電極
180、280‧‧‧第二電極
圖1是習知的一種雷射二極體的示意圖。
圖2是依照本發明的一實施例的一種覆晶式雷射二極體的上視示意圖。
圖3是圖2的覆晶式雷射二極體的A-A線段的剖面示意圖。
圖4是圖2的覆晶式雷射二極體的B-B線段的剖面示意圖。
圖5是依照本發明的一實施例的一種覆晶式雷射二極體封裝結構的側視示意圖。
圖6是依照本發明的另一實施例的一種覆晶式雷射二極體的上視示意圖。
圖7是圖6的覆晶式雷射二極體的C-C線段的剖面示意圖。
圖8是圖6的覆晶式雷射二極體的D-D線段的剖面示意圖。
圖2是依照本發明的一實施例的一種覆晶式雷射二極體的上視示意圖。圖3是圖2的覆晶式雷射二極體的A-A線段的剖面示意圖。圖4是圖2的覆晶式雷射二極體的B-B線段的剖面示意圖。請參閱圖2至圖4，本實施例的覆晶式雷射二極體100包括一第一基板110、一第一型半導體層120、一發光層130、一第二型半導體層140、至少一電流傳導層150、一圖案化絕緣層160、一第一電極170及一第二電極180。
在本實施例中，基板110以藍寶石基板為例，但基板110也可以為其他種類的基板，例如是矽(Si)、玻璃(SiO2)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、尖晶石(spinnel)、碳化矽(SiC)、砷化鎵(GaAs)、三氧化二鋁(Al2O3)、二氧化鋰鎵(LiGaO2)、二氧化鋰鋁(LiAlO2)或四氧化鎂二鋁(MgAl2O4)等，但基板110的種類不以此為限制。
如圖3與圖4所示，第一型半導體層120配置於基板110上。在本實施例中，第一型半導體層120為N型半導體層。發光層130配置於局部的第一型半導體層120上。更精確地說，發光層130配置於第一型半導體層120位於中央的位置上。第二型半導體層140配置於發光層130上並形成凸起的一脊狀平台142(ridge mesa)。在本實施例中，脊狀平台142沿著圖2中覆晶式雷射二極體100的長度方向延伸，且第二型半導體層140為P型 半導體層。
至少一電流傳導層150配置於局部的第一型半導體層140上，在本實施例中，至少一電流傳導層150為兩個電流傳導層150，兩電流傳導層150分別配置於脊狀平台142的兩側。電流傳導層150電性連接於第一型半導體層120並且隔離於第二型半導體層140。
請回到圖2，圖案化絕緣層160包括沿著脊狀平台142的延伸方向(也就是在圖2中覆晶式雷射二極體100的長度方向)排列的一第一區161及一第二區163。第一區161具有兩個鏤空區162，第二區163具有一鏤空區164。第一電極170配置於圖案化絕緣層160的第一區161，且第二電極180配置於圖案化絕緣層160的第二區163。在本實施例中，第一電極170為N型電極，且第二電極180為P型電極。
更詳細地說，如圖3所示，圖案化絕緣層160的第一區161的各鏤空區162露出了對應的電流傳導層150的一小部分，且圖案化絕緣層160的第一區161覆蓋了電流傳導層150的其他部分、第二型半導體層140與各電流傳導層150之間的第一型半導體層120以及第二型半導體層140。位於第一區161上的第一電極170透過電流傳導層150導通於第一型半導體層120。
如圖4所示，圖案化絕緣層160的第二區163的鏤空區164露出了第二型半導體層140的脊狀平台142的頂面，且圖案化絕緣層160的第二區163覆蓋了第二型半導體層140的其他部分、 第二型半導體層140與各電流傳導層150之間的第一型半導體層120以及兩電流傳導層150。位於第二區163上的第二電極180直接接觸且導通於第二型半導體層140。在本實施例中，由於脊狀平台142沿著覆晶式雷射二極體100的長度方向延伸，脊狀平台142在第一基板110上的投影分別涵蓋第一電極170與第二電極180在第一基板110上的投影的一部分。
需說明的是，在圖2中，由於圖案化絕緣層160的第一區161與第二區163會被第一電極170與第二電極180覆蓋住，因此，圖案化絕緣層160的第一區161與第二區163以與第一電極170與第二電極180輪廓相近的虛線表示。當然，在其他實施例中，圖案化絕緣層160的第一區161與第二區163的範圍也可以小於或是大於第一電極170與第二電極180的範圍，圖案化絕緣層160的第一區161、第二區163、第一電極170與第二電極180的尺寸及相對位置關係並不以此為限制。
本實施例的覆晶式雷射二極體100透過第一電極170與第二電極180以直接接合的方式與封裝基底(如圖5中的封裝基底30)接合，而可省略傳統以打線方式連接外部時打線結構所佔有的區域，詳細而言，雷射二極體的實質發光區域只有位在中央的一條脊狀平台的所在區域，因此，理論上雷射二極體可具有較小的寬度。然而，傳統的雷射二極體在寬度上無法縮減的原因是因為打線結構相當佔空間(例如單一焊墊寬度便佔了100微米)，本實施例覆晶式雷射二極體100以能夠與封裝基底直接接合的第 一電極170與第二電極180來替代打線結構，可有效地降低覆晶式雷射二極體100的寬度。
此外，請回到圖2，在本實施例中，透過圖案化絕緣層160的第一區161與第二區163沿著脊狀平台142的延伸方向排列，且第一電極170與第二電極180配置在第一區161與第二區163的設計，而使得第一電極170與第二電極180能夠沿著覆晶式雷射二極體100的長度方向(脊狀平台142的延伸方向)配置。換句話說，覆晶式雷射二極體100在寬度方向只會存在單一個電極(如圖3與圖4所示，任一個橫截脊狀平台142與電流傳導層150的截面上只會存在單一個電極)，而更進一步地縮減了覆晶式雷射二極體100的寬度。
相較於習知的雷射二極體，光是打線結構的焊墊便佔了約100微米的寬度，本實施例的覆晶式雷射二極體100透過上述配置，覆晶式雷射二極體100的整體寬度(也就是在橫截脊狀平台142以及電流傳導層150的截面寬度)可降低至小於100微米的尺寸。此外，脊狀平台142的寬度範圍可約在1微米至50微米之間，在本實施例中，脊狀平台142的寬度與覆晶式雷射二極體100在橫截脊狀平台142以及電流傳導層150的截面的寬度的比值可在0.01至0.5之間。
由於本實施例的覆晶式雷射二極體100具有較小的寬度，在製作時可在單一片晶圓上製備出更多個覆晶式雷射二極體100，而降低覆晶式雷射二極體100的生產成本。另外，如圖3與 圖4所示，在本實施例中，兩電流傳導層150連接於第一型半導體層120且配置在發光層130與第二型半導體層140的兩側，可使得電流向兩側均勻且低阻抗地傳導，而提升了元件效率。本實施例的覆晶式雷射二極體100由於不是透過打線的方式與封裝基底連接，不具有斷線疑慮，有效地提升了元件可靠度。
圖5是依照本發明的一實施例的一種覆晶式雷射二極體封裝結構的側視示意圖。請參閱圖5，覆晶式雷射二極體封裝結構20包括一封裝基底30以及倒覆於封裝基底30而與封裝基底30電性連接的覆晶式雷射二極體100。在本實施例中，覆晶式雷射二極體100以圖2的覆晶式雷射二極體100為例，但覆晶式雷射二極體100的種類並不以此為限制。
封裝基底30包括一第二基板32、一第三電極34及一第四電極36。在本實施例中，第三電極34為N型電極，且第四電極36為P型電極。第三電極34配置於局部的第二基板32上且接觸第一電極170。第四電極36配置於局部的第二基板32上，第四電極36與第三電極34之間間隔一距離，且第四電極36接觸第二電極180。
在本實施例中，覆晶式雷射二極體100透過第一電極170與第二電極180以直接接合的方式與封裝基底30的第三電極34與第四電極36連接，以封裝成覆晶式雷射二極體封裝結構20，由於覆晶式雷射二極體100可具有較小的寬度，覆晶式雷射二極體封裝結構100的整體寬度也可被縮減。
此外，在本實施例中，封裝基底30的第二基板32可採用散熱性佳的材質，而使覆晶式雷射二極體100在運作中所產生的熱量透過第一電極170與第二電極180傳至封裝基底30。第二基板32可選用熱傳導係數高的材料，例如是氮化鋁等，以輔助覆晶式雷射二極體100散熱。
圖6是依照本發明的另一實施例的一種覆晶式雷射二極體的上視示意圖。圖7是圖6的覆晶式雷射二極體的C-C線段的剖面示意圖。圖8是圖6的覆晶式雷射二極體的D-D線段的剖面示意圖。請參閱圖6至圖8，圖6的覆晶式雷射二極體200與圖2的覆晶式雷射二極體100的主要差異在於，在圖2的覆晶式雷射二極體100中，覆晶式雷射二極體100包括兩個電流傳導層150，脊狀平台142位於覆晶式雷射二極體100的中央，且兩電流傳導層150分別位於脊狀平台142的兩側。在本實施例中，覆晶式雷射二極體200包括單一個電流傳導層250，脊狀平台242偏離於覆晶式雷射二極體200的中央，且此電流傳導層250位於脊狀平台242的一側。
在圖7中，圖案化絕緣層260的第一區261具有單一個鏤空區262，鏤空區262位於圖面上靠近右方的位置而露出了電流傳導層250的一小部分，圖案化絕緣層260的第一區261覆蓋了電流傳導層250的其他部分、第二型半導體層240與電流傳導層250之間的第一型半導體層220以及第二型半導體層240。在圖8中，圖案化絕緣層260的第二區263具有一鏤空區264，鏤空區 264位於圖面上靠近左方的位置而露出了第二型半導體層240的脊狀平台242的頂面，且圖案化絕緣層260的第二區263覆蓋了第二型半導體層240的其他部分、第二型半導體層240與電流傳導層250之間的第一型半導體層220以及電流傳導層250。
同樣地，在本實施例中，覆晶式雷射二極體200透過圖案化絕緣層260的第一區261與第二區263沿著脊狀平台242的延伸方向排列，且圖案化絕緣層260在第一區261露出部分的電流傳導層250，在第二區263露出部分的第二型半導體層240的配置方式，以讓第一電極270與第二電極280沿著覆晶式雷射二極體200的長度方向配置，而使得覆晶式雷射二極體200在寬度方向只會存在單一個電極。此外，相較於圖2的覆晶式雷射二極體100，本實施例的覆晶式雷射二極體200由於在寬度方向上僅具有單一個電流傳導層250，可使得覆晶式雷射二極體200的寬度再度縮減。
綜上所述，本發明的覆晶式雷射二極體透過第一電極與第二電極以直接接合的方式與封裝基底接合而封裝成覆晶式雷射二極體封裝結構，上述設計可省略傳統以打線方式連接時打線結構所佔有的區域，大幅降低覆晶式雷射二極體的寬度。此外，本發明的覆晶式雷射二極體透過圖案化絕緣層的第一區與第二區沿著脊狀平台的延伸方向排列，且圖案化絕緣層在第一區露出部分的電流傳導層，在第二區露出部分的第二型半導體層的配置方式，而使得第一電極與第二電極能夠沿著脊狀平台的延伸方向配 置。也就是說，覆晶式雷射二極體在寬度的方向上只會存在單一個電極，而進一步地縮減了覆晶式雷射二極體的寬度。另外，覆晶式雷射二極體更可僅具有單一個電流傳導層，而再度降低覆晶式雷射二極體的寬度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧覆晶式雷射二極體
142‧‧‧脊狀平台
160‧‧‧圖案化絕緣層
161‧‧‧第一區
162、164‧‧‧鏤空區
163‧‧‧第二區
170‧‧‧第一電極
180‧‧‧第二電極

Claims (11)

  1. 一種覆晶式雷射二極體，包括：一第一基板；一第一型半導體層，配置於該第一基板上；一發光層，配置於局部的該第一型半導體層上；一第二型半導體層，配置於該發光層上並形成一脊狀平台(ridge mesa)；至少一電流傳導層，配置於局部的該第一型半導體層上，該至少一電流傳導層電性連接於該第一型半導體層並且隔離於該第二型半導體層；一圖案化絕緣層，覆蓋於該第一型半導體層、該發光層、該第二型半導體層及該至少一電流傳導層，且包括一第一區及一第二區，其中該第一區露出部分的該至少一電流傳導層，且該第二區露出部分的該第二型半導體層；一第一電極，配置於該圖案化絕緣層的該第一區；以及一第二電極，配置於該圖案化絕緣層的該第二區，其中該脊狀平台在該第一基板上的投影分別涵蓋該第一電極與該第二電極在該第一基板上的投影的一部分，其中該第一電極與該第二電極的極性相反，且位在該第一基板的同一側。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式雷射二極體，其中該至少一電流傳導層的數量為一個且位於該脊狀平台的一側。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式雷射二極體，其中該 至少一電流傳導層的數量為兩個，且該兩電流傳導層位於該脊狀平台的兩側。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式雷射二極體，其中該覆晶式雷射二極體在橫截該脊狀平台以及該至少一電流傳導層的截面的寬度小於100微米。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式雷射二極體，其中該脊狀平台的寬度與該覆晶式雷射二極體在橫截該脊狀平台以及該至少一電流傳導層的截面的寬度的比值約在0.01至0.5之間，且該脊狀平台的寬度範圍約在1微米至50微米之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式雷射二極體，其中該第一電極及該第二電極與一封裝基底的一第三電極及一第四電極電性連接。
  7. 一種覆晶式雷射二極體封裝結構，包括：一覆晶式雷射二極體，包括：一第一基板；一第一型半導體層，配置於該第一基板上；一發光層，配置於局部的該第一型半導體層上；一第二型半導體層，配置於該發光層上並形成一脊狀平台(ridge mesa)；至少一電流傳導層，配置於局部的該第一型半導體層上，該至少一電流傳導層電性連接於該第一型半導體層並且隔離於該 第二型半導體層；一圖案化絕緣層，覆蓋於該第一型半導體層、該發光層、該第二型半導體層及該至少一電流傳導層且包括一第一區及一第二區，其中該第一區露出部分的該至少一電流傳導層，且該第二區露出部分的該第二型半導體層；一第一電極，配置於該圖案化絕緣層的該第一區；以及一第二電極，配置於該圖案化絕緣層的該第二區，其中該脊狀平台在該基板上的投影分別涵蓋該第一電極與該第二電極在該基板上的投影的一部分，其中該第一電極與該第二電極的極性相反，且位在該第一基板的同一側；以及一封裝基底，該覆晶式雷射二極體倒覆於該封裝基底而與該封裝基底電性連接，包括：一第二基板；一第三電極，配置於局部的該第二基板上且接觸該第一電極；一第四電極，配置於局部的該第二基板上且與該第三電極之間間隔一距離，該第四電極接觸該第二電極。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的覆晶式雷射二極體封裝結構，其中該至少一電流傳導層的數量為一個且位於該脊狀平台的一側。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的覆晶式雷射二極體封裝結 構，其中該至少一電流傳導層的數量為兩個，且該兩電流傳導層位於該脊狀平台的兩側。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的覆晶式雷射二極體封裝結構，其中該覆晶式雷射二極體在橫截該脊狀平台以及該至少一電流傳導層的截面的寬度小於100微米。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的覆晶式雷射二極體封裝結構，其中該脊狀平台的寬度與該覆晶式雷射二極體在橫截該脊狀平台以及該至少一電流傳導層的截面的寬度的比值約在0.01至0.5之間，且該脊狀平台的寬度範圍約在1微米至50微米之間。
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