TWI840230B

TWI840230B - 光學收發系統及其雷射二極體裝置

Info

Publication number: TWI840230B
Application number: TW112119209A
Authority: TW
Inventors: 林黃譽; 李衡; 潘虹君
Original assignee: 緯創資通股份有限公司
Filing date: 2023-05-23
Publication date: 2024-04-21

Abstract

一種光學收發系統包含雷射二極體裝置，此雷射二極體裝置包含第一基板、第二基板、雷射二極體以及凸塊。第一基板包含第一電極。第二基板對應第一基板設置，且第二基板包含第二電極。雷射二極體位於第一基板與第二基板之間，雷射二極體之靠近第一基板的一側電性連接第一電極。雷射二極體具有波導，且波導位於雷射二極體之遠離第一基板的一側。凸塊對應波導，凸塊之一端電性連接第二電極，其中凸塊之高度實質上高於波導之高度。

Description

光學收發系統及其雷射二極體裝置

本發明涉及一種光學收發系統及其雷射二極體裝置，尤其是涉及一種具有波導的雷射二極體裝置及包含此雷射二極體裝置的光學收發系統。

隨著通訊速度的提高，目前對於可用於高速光通訊產品的雷射二極體及其發光效率的需求也日漸提高。而相對於傳統用於低速光通訊產品的雷射二極體，用於高速光通訊產品的雷射二極體之功率相對較高、所產生的熱也因此提高。甚至，在某些特定的需求下，有些雷射二極體還需於相對低溫下進行驅動。

有鑑於此，一些實施例提出一種雷射二極體裝置，其包含第一基板、第二基板、雷射二極體以及凸塊。第一基板包含第一電極。第二基板對應第一基板設置且包含第二電極。雷射二極體位於第一基板與第二基板之間，雷射二極體之靠近第一基板的一側電性連接第一電極。雷射二極體具有波導，且波導位於雷射二極體之遠離第一基板的一側。凸塊對應波導，凸塊之一端電性連接第二電極，其中凸塊之高度實質上高於波導之高度。

依據一些實施例，上述凸塊之另一端電性連接雷射二極體，以透過雷射二極體之靠近第一基板的一側電性連接第一電極。

依據一些實施例，上述凸塊為柱狀凸塊，柱狀凸塊之靠近雷射二極體的一側具有第一直徑，柱狀凸塊之靠近第二基板的一側具有第二直徑，且第一直徑對第二直徑之比值為0.9-1.1。

依據一些實施例，上述凸塊為柱狀凸塊，柱狀凸塊之靠近雷射二極體的一側具有第一直徑，柱狀凸塊具有自雷射二極體往第二基板延伸的高度，且第一直徑對柱狀凸塊之高度之比值為0.85-1.1。

依據一些實施例，上述第一基板、雷射二極體與第二基板之間具有容置空間。容置空間具有填充材料，填充材料包含絕緣主體及多個導電粒子。導電粒子分佈於絕緣主體，且一部分的導電粒子位於凸塊與第二基板之間。

依據一些實施例，上述凸塊為第二基板凸部，第二基板凸部延伸自第二基板，以電性連接雷射二極體及第二電極，雷射二極體之靠近第一基板的一側電性連接第一電極。

依據一些實施例，上述凸塊為導電膠，導電膠位於波導及雷射二極體之靠近第二基板的一側。

此外，一些實施例還提出一種光學收發系統，其包含：光纖、透鏡以及上述雷射二極體裝置。透鏡靠近光纖。雷射二極體裝置之雷射二極體透過光源通訊連接透鏡及光纖。

依據一些實施例，上述光學收發系統另包含雷射二極體驅動器。雷射二極體驅動器電性連接雷射二極體裝置，且雷射二極體驅動器發送驅動訊號至雷射二極體裝置，以使雷射二極體裝置之雷射二極體接收來自透鏡之該光源或傳送該光源至透鏡。

1a:未封蓋的雷射二極體裝置

1b:雷射二極體裝置(封蓋的雷射二極體裝置)

10:雷射二極體

100:雷射二極體晶片

102:波導

104:晶片中介層

11:第一基板

110:第一基板本體

112:第一頂板

114:第一連接層

116:第一電極

12:第二基板

120:第二基板本體

122:第二連接層

123:第二頂板

124:貫孔

126:第三頂板

128:第二電極

13:側板

130:側板本體

132:側板連接層

134:側板中介層

14:凸塊

140:柱狀凸塊

142:第二基板凸部

144:導電膠

15:填充材料

150:絕緣主體

152:導電粒子

2:光學收發系統

20:雷射二極體驅動器

22:透鏡

24:光纖

A1:柱狀凸塊之底部面積的總和

A2:雷射二極體之表面積

H1:凸塊之高度

H2:波導之高度

N:柱狀凸塊之數量

V:容置空間

X:座標之X方向

Y:座標之Y方向

Z:座標之Z方向

A-A’:剖面線

B-B’:剖面線

C-C’:剖面線

d1:第一直徑

d1’:第二直徑

d2:(波導之)底部寬度

d2’:(波導之)頂部寬度

圖1A繪示依據一些實施例，未封蓋的雷射二極體裝置之立體結構示意圖。

圖1B繪示如圖1A之未封蓋的雷射二極體裝置之A-A’剖面結構示意圖。

圖2A繪示依據一些實施例，封蓋的雷射二極體裝置於第一視角之立體結構示意圖。

圖2B繪示如圖2A之封蓋的雷射二極體裝置於第二視角之立體結構示意圖。

圖3A繪示如圖2A及圖2B之封蓋的雷射二極體裝置之B-B’剖面結構示意圖。

圖3B繪示如圖3A之封蓋的雷射二極體裝置之C-C’剖面結構示意圖。

圖4繪示如圖3A之雷射二極體之局部放大結構示意圖。

圖5繪示依據一些實施例，未封蓋的雷射二極體裝置與封蓋(且具有柱狀凸塊)的雷射二極體裝置之模擬表面溫度曲線圖。

圖6A繪示依據一些實施例，封蓋(且具有多個柱狀凸塊)的雷射二極體裝置之模擬表面溫度分佈圖。

圖6B繪示如圖6A，封蓋(且具有多個柱狀凸塊)的雷射二極體裝置之模擬表面溫度曲線圖。

圖7繪示依據一些實施例，封蓋的雷射二極體裝置於如圖3A之C-C’剖面結構示意圖。

圖8繪示依據一些實施例，封蓋的雷射二極體裝置於如圖3A之C-C’剖面結構示意圖。

圖9繪示依據一些實施例，封蓋的雷射二極體裝置於如圖3A之C-C’剖面結構示意圖。

圖10繪示依據一些實施例，封蓋的雷射二極體裝置於如圖3A之C-C’剖面結構示意圖。

圖11繪示依據一些實施例，封蓋的雷射二極體裝置於如圖3A之C-C’剖面結構示意圖。

圖12繪示依據一些實施例，光學收發系統之方塊示意圖。

請同時參考圖1A、圖1B、圖2A及圖2B，圖1A繪示依據一些實施例，未封蓋的雷射二極體裝置1a之立體結構示意圖；圖1B繪示如圖1A之未封蓋的雷射二極體裝置1a之A-A’剖面結構示意圖；圖2A繪示依據一些實施例，封蓋的雷射二極體裝置1b於第一視角之立體結構示意圖；圖2B繪示如圖2A之封蓋的雷射二極體裝置1b於第二視角之立體結構示意圖。為了更清楚說明，圖1A及圖1B所繪示的未封蓋的雷射二極體裝置1a與圖2A及圖2B所繪示的雷射二極體裝置1b基本上相同，二者之差異在於：圖1A及圖1B僅繪示封蓋的雷射二極體裝置1b的第一基板11及雷射二極體10(即本文所稱的「未封蓋」的雷射二極體裝置1a)，而圖2A及圖2B則進一步繪示第二基板12及凸塊14(此即本文所稱的「封蓋」的雷射二極體裝置1b；凸塊14可見於圖3A，容待後述)；甚至在一些實施例中，封蓋的雷射二極體裝置1b還包含側板13(容待後述)。需說明的是，若未特別標註「未封蓋」，則於本文中所使用的「雷射二極體裝置1b」即是指「封蓋的雷射二極體裝置1b」。

在圖1A、圖1B、圖2A及圖2B，雷射二極體裝置1b包含第一基板11、第二基板12(見於圖2A及圖2B)、雷射二極體10及凸塊14。第一基板11包含第一電極116(見於圖2B，例如為球型焊接點(ball of wire bond))。第二基板12對應第一基板11設置，且第二基板12包含第二電極128(見於圖2A及圖2B，例如為球型焊接點)。雷射二極體10位於第一基板11及第二基板12之間(見於圖2A及圖2B)，雷射二極體10之靠近第一基板11的一側電性連接第一電極116。雷射二極體10具有波導(waveguide)102，波導102位於雷射二極體10上(例如位於雷射二極體10之遠離第一基板11的一側)。波導102例如為光波導，以引導可見光及/或其電磁波(容待後述)。凸塊14對應波導102設置(例如鄰近波導102而位於雷射二極體10之遠離第一基板11的一側)。凸塊14之一端電性連接第二電極128(容待後述)。凸塊14之高度H1實質上高於波導102之高度H2(見於圖3A及圖4，容待後述)。凸塊14例如為導電及/或導熱材料，以將所產生的雷射二極體10之表面熱能(例如靠近波導102之一側的表面熱能)帶離雷射二極體10，而使得雷射二極體10之表面溫度可快速降低。同時，凸塊14可用以電性連接第二電極128，以接收並將來自第二電極128的電流導入至雷射二極體10，進而驅動雷射二極體10。此外，透過將凸塊14之高度H1設置為實質上高於波導102之高度H2，亦可避免波導102與第二基板12的直接接觸而損傷波導102。因此，雷射二極體裝置1b可有效地避免因第二基板12的封蓋而損傷波導102(及/或因第二基板12受熱膨脹而擠壓波導102)，進而影響其發光效率；同時，亦能有效地提高雷射二極體10之表面的散熱效能。

在一些實施例中，雷射二極體10為任何具有波導102之結構的雷射二極體，例如為(但不限於)分佈式回饋(Distributed Feedback,DFB)雷射、電致吸收調變雷射(Electro-absorption Modulated Laser,EML)、FP雷射(Fabry-Perot Laser)、分散式(或分佈式)布拉格反射器(distributed Bragg reflector,DBR)、量子點(Quantum dot,QD)雷射或其組合。亦即，雷射二極體10係選自由以下所組成的群組中至少一者的組合：分佈式回饋雷射、電致吸收調變雷射、FP雷射、分散式(或分佈式)布拉格反射器及量子點雷射，故雷射二極體10亦包含上述一種或二種、甚至二種以上的組合。因此，透過結合具有輸出功率高且調變速度快等特性的雷射二極體10，雷射二極體裝置1b可適於高速光通訊的應用，例如可適於中、長途的高速寬頻電信傳輸。

請同時參考圖1B及圖3A，圖3A繪示如圖2A及圖2B之封蓋的雷射二極體裝置1b之B-B’剖面結構示意圖。在圖1B及圖3A，雷射二極體10具有雷射二極體晶片100，雷射二極體晶片100之相對二端(例如圖3A之+Z方向的一端及-Z方向的一端)分別為帶有相反導電類型的二端。例如，雷射二極體晶片100之靠近第一基板11的一端為n型層，雷射二極體晶片100之遠離第一基板11的一端則為p型層，n型層與p型層之間為p-n接面層(p-n junction layer)(或稱為主動層(active layer))。當注入正向電流至雷射二極體晶片100時，p-n接面層內的電子-電洞將因而復合並產生相對應的能量光子。上述n型層、p型層及p-n接面層之材料可為任意匹配且能正常運作的材料組合，於本文中並未加以限制。

在圖3A，雷射二極體10之靠近第一基板11的一側(例如n型層)電性連接第一電極116；同時，雷射二極體10之遠離第一基板11的一側(例如p型層)電性連接第二電極128。因此，透過自第一電極116(或第二電極128)注入正向電流至雷射二極體晶片100，可使p-n接面層產生相對應的能量光子。第一電極116及第二電極128之材料可為任意匹配且能正常運作的材料組合，於本文中並未加以限制。第一電極116及第二電極128之數量、形狀及位置均可視不同需求而調整配置，於本文中並未加以限制。舉例來說，以圖2A及圖2B而言，第一電極116及第二電極128均包含沿+X方向配置的二個電極，且該些第一電極116中的任一第一電極116及對應的第二電極128可配置於同一YZ平面上。

依據一些實施例，第一基板11包含第一基板本體110、第一連接層114及第一電極116(見於圖3A)，雷射二極體10透過第一連接層114電性連接第一電極116。例如，在圖1B及圖3A，第一連接層114位於第一基板本體110與雷射二極體10之間(見於圖3A)，第一連接層114之第一端電性連接雷射二極體10，第一連接層114之第二端電性連接第一電極116。因此，當第一電極116為n型電極時，第一連接層114可用以將雷射二極體10之電流盡可能地帶離雷射二極體10。例如，第一連接層114係沿如圖3A之+Y方向延伸，以將雷射二極體10之電流帶至位於第二基板12之外部(例如圖3A之容置空間V之外部，容待後述)的第一電極116；反之亦然。第一基板本體110之材料可為玻璃、塑膠、橡膠、陶瓷或其組合，例如為(但不限於)陶瓷散熱材料；具體地，例如氮化鋁(AlN)、矽、藍寶石(sapphire)或III-V族半導體材料。第一連接層114之材料可為各種導電材料，例如為(但不限於)金、錫或金錫合金。第一電極116之材料可為各種導電材料，例如為(但不限於)金屬或合金。透過電性連接位於第二基板12之外部的第一電極116，即可快速電性連接位於第二基板12之內部的雷射二極體10；此外，亦無需再於第二基板12上另外設置可供電性連接至第一電極116的導電通道(例如貫孔)，而可減少製程所需的時間及成本。

在一些實施例中，第一基板11還包含第一頂板112，第一頂板112係位於雷射二極體10與第一基板本體110之間且電性連接第一連接層114。例如，在圖3A，第一頂板112係位於第一連接層114與第一基板本體110之間。或例如，第一頂板112係位於第一連接層114與雷射二極體10之間。因此，雷射二極體10可透過第一頂板112電性連接第一連接層114。第一頂板112之材料可為各種導電材料，例如為(但不限於)金、錫或金錫合金。

依據一些實施例，第二基板12包含第二基板本體120、第二連接層122、貫孔124及第二電極128，雷射二極體10透過第二連接層122電性連接第二電極128。例如，在圖2A、圖2B及圖3A，第二連接層122位於第二基板本體120之靠近雷射二極體10的一側。貫孔124貫穿地位於第二基板本體120之內部，且貫孔124電性連接分別位於第二基板本體120之相對兩側(即貫孔124之二端)的第二連接層122及第二電極128。例如，第二連接層122之第一端電性連接雷射二極體10(例如透過凸塊14電性連接雷射二極體10，容待後述)，第二連接層122之第二端電性連接貫孔124之第一端，貫孔124之第二端電性連接第二電極128。因此，當第二電極128為p型電極時，第二連接層122可用以將遠離而分散的電流盡可能地帶至雷射二極體10。例如，第二連接層122之延伸方向(例如圖3A之+Y方向)係沿實質上不同於第一連接層114的延伸方向(例如圖3A之-Y方向)，以將電流自位於第二基板12之外部(例如圖3A之容置空間V之外部，容待後述)的第二電極128帶至雷射二極體10；反之亦然。第二基板本體120之材料可為金屬、合金、塑膠、橡膠、陶瓷或其組合，例如為(但不限於)陶瓷散熱材料；具體地，例如AlN、氧化鋁(Al₂O₃)、碳化矽(SiC)、鋁、銅、鐵或不鏽鋼。第二連接層122之材料可為各種導電材料，例如為(但不限於)金、錫或金錫合金。第二電極128之材料可為各種導電材料，例如金屬或合金。藉此，透過電性連接位於第二基板12之外部的第二電極128，即可快速電性連接位於第二基板12之內部的雷射二極體10。

在一些實施例中，貫孔124具有填充材料，該填充材料例如為(但不限於)金屬或合金，例如鎢。藉此，貫孔124可電性連接分別位於第二基板本體120之相對兩側(即貫孔124之二端)的第二連接層122及第二電極128。上述貫孔124之數量、形狀及位置均可視不同需求而調整配置，於本文中並未加以限制。舉例而言，貫孔124可透過每組2個(即成對)的方式進行配置，例如可為具有至少一組(即2個)沿如圖2B之+X方向排列配置的貫孔124。在一些實施例中，貫孔124的配置位置可視第二電極128之配置調整，例如貫孔124係靠近第二電極128設置，而不必直接位於對應的第二電極128之上。因此，透過可以任意形狀及位置配置於第二基板本體120的貫孔124，雷射二極體10可提供更密集且複雜的配線，但同時亦能更有效地提高雷射二極體10的散熱效能。

在一些實施例中，第二基板12還包含第二頂板123，第二頂板123係位於第二連接層122之遠離雷射二極體10的一側且電性連接第二連接層122。因此，第二連接層122可透過第二頂板123電性連接第二電極128。例如，在圖3A，第二頂板123係位於第二連接層122與第二電極128之間。或例如，第二頂板123係位於第二連接層122與雷射二極體10之間。舉例而言，第二頂板123係位於第二連接層122之靠近雷射二極體10的一側且電性連接第二連接層122；因此，雷射二極體10可透過第二頂板123電性連接第二連接層122。第二頂板123之材料可為各種導電材料，例如為(但不限於)金、錫或金錫合金。

依據一些實施例，第二基板12還包含第三頂板126，第三頂板126係位於貫孔124與第二電極128之間且電性連接貫孔124，藉以電性連接貫孔124及第二電極128。例如，在圖3A，第三頂板126係位於第二基板本體120與第二電極128之間。第三頂板126之材料可為各種導電材料，例如為(但不限於)金、錫或金錫合金。

請繼續參考圖3A，依據一些實施例，雷射二極體裝置1b還包含一個或多個側板13。側板13位於第一基板11與第二基板12之間，以使第一基板11、雷射二極體10、第二基板12與側板13之間具有容置空間V。在圖3A，雷射二極體裝置1b還包含分別位於雷射二極體10之二側的二個側板13，且各側板13包含側板本體130及側板連接層132。各側板本體 130係位於第一基板11與第二基板12之間，各側板13之一端分別透過側板連接層132連接(例如可為焊接或黏接)第一基板11，各側板13之另一端則分別連接第二基板12。位於第二基板12之二側的側板本體130及其對應的側板連接層132於如圖3A之Z方向上的堆疊高度，均實質上相同於雷射二極體10及其對應的凸塊14於Z方向上的堆疊高度。側板本體130之材料可為玻璃、金屬、合金、塑膠、橡膠、陶瓷或其組合，例如為(但不限於)陶瓷散熱材料；具體地，例如AlN、Al₂O₃、SiC、鋁、銅、鐵或不鏽鋼。側板連接層132之材料可為各種金屬材料，例如為(但不限於)金、錫或其合金。藉此，透過側板13，雷射二極體裝置1b可提供具有足夠高度的容置空間V，以避免波導102與第二基板12的直接接觸而損傷波導102或因第二基板12受熱膨脹而擠壓波導102。在一些實施例中，側板13與第二基板12係一體成形，因而可避免二者之間的接合不良。

透過上述第一基板11及第二基板12，位於雷射二極體10之相對二端(即靠近第一基板11之一端和靠近第二基板12之一端)可分別形成二條散熱途徑(Double heat flow,DHF)，進而形成類似於並聯電路(而具有較低的整體電阻)，以再進一步與雷射二極體10之二端的接面元件(未繪示)電性連接。而由於以往的雷射二極體裝置(例如圖1A之未封蓋的雷射二極體裝置1a)僅具有例如第一基板11而不具有第二基板12及第二連接層122的封蓋，該接面元件將直接電性連接雷射二極體10之頂端而僅有單一條散熱途徑(Single heat flow,SHF)，故以往的雷射二極體10之相對二端將形成類似於串聯電路的雷射二極體(而具有較高的整體電阻)。因此，相較於以往未封蓋的雷射二極體裝置1a，雷射二極體裝置1b可具有整體電阻更低且所產生的熱能更低的特性。

依據一些實施例，雷射二極體10係透過凸塊14電性連接第二電極128。例如，在圖3A，凸塊14之一端(例如凸塊14之靠近雷射二極體10的一端)電性連接雷射二極體10，凸塊14之另一端(例如凸塊14之遠離雷射二極體10的一端)電性連接第二連接層122並透過貫孔124電性連接第二電極128。

在圖3A，凸塊14係靠近波導102設置而位於雷射二極體10上。例如，凸塊14與波導102之間於圖3A之+Y方向上的距離可為至少4μm，凸塊14與雷射二極體晶片100之邊緣的距離可為至少5μm，以避免干擾波導102及/或雷射二極體晶片100之運作。波導102之材料例如為(但不限於)任何可作為光阻之材料，例如高分子材料；具體地，例如矽、二氧化矽、磷化銦(InP)、砷化鎵(GaAs)或其組合。波導102之形狀例如為(但不限於)條形波導(例如矩形波導或脊狀(ridge)波導)或肋形波導。

請同時參考圖3A、圖3B及圖4，圖3B繪示如圖3A之封蓋的雷射二極體裝置1b之C-C’剖面結構示意圖，圖4繪示如圖3A之雷射二極體10之局部放大結構示意圖。在圖3A及圖4之側視圖，波導102具有自雷射二極體10往第二基板12延伸(例如圖3A之+Z方向)的高度H2，波導102之靠近雷射二極體10的一側及遠離雷射二極體10的一側分別具有於+Y方向上的底部寬度d2及頂部寬度d2’，波導102之頂部寬度d2’可實質上相同或不同於波導102之底部寬度d2。例如，當頂部寬度d2’小於或大於底部寬度d2時，波導102可為脊狀波導；當頂部寬度d2’實質上等於底部寬度d2時，波導102可為矩形波導。在圖3B之頂視圖，波導102可沿+X方向延伸於雷射二極體10(即雷射二極體晶片100)，而可形成沿+X方向延伸的長條狀波導。

凸塊14例如為(但不限於)柱狀凸塊140(見於圖3A及圖3B，容待後述)、第二基板凸部142(見於圖10，容待後述)、導電膠144(見於圖11，容待後述)或其組合。凸塊14之材料可為各種導熱及/或導熱材料。

在一些實施例中，凸塊14為柱狀凸塊140。柱狀凸塊140之材料例如為(但不限於)金、銅、銀、錫或金錫合金。請參考圖3A及圖4，柱狀凸塊140具有自雷射二極體10往第二基板12延伸(例如圖3A之+Z方向)的高度H1，且柱狀凸塊140之高度H1實質上高於波導102之高度H2。例如柱狀凸塊140之高度H1為約50μm至約60μm，波導102之高度H2為約1μm-3μm(例如約2μm)。柱狀凸塊140之靠近雷射二極體10的一側及遠離雷射二極體10的一側分別具有於+Y方向上的底部寬度(即第一直徑d1)及頂部寬度(即第二直徑d1’)。第一直徑d1可實質上相同或不同於第二直徑d1’；例如，第一直徑d1對第二直徑d1’之比值為0.9-1.1，即第一直徑d1與第二直徑d1’之關係符合下式(1)。

於如圖3B之X方向上，柱狀凸塊140可具有實質上相同或不同於Y方向上的幾何配置。例如，在圖3B，柱狀凸塊140之靠近雷射二極體10的一側及遠離雷射二極體10的一側亦分別具有X方向上的底部寬度及頂部寬度，且該X方向上的底部寬度及頂部寬度分別實質上相同於Y方向上的底部寬度(即第一直徑d1)及頂部寬度(即第二直徑d1’)，故可形成類似圓柱狀的柱狀凸塊140。此圓柱狀的柱狀凸塊140例如可透過打線接合(wire bond)的方式製作於雷射二極體10(即雷射二極體晶片100)。在一些實施例中，圓柱狀的柱狀凸塊140之第一直徑d1可實質上相同或不同於柱狀凸塊140之高度H1。例如，圓柱狀的柱狀凸塊140之第一直徑d1對柱狀凸塊140之高度H1之比值為0.85-1.1，即第一直徑d1與高度H1之關係符合下式(2)。例如，圓柱狀的柱狀凸塊140之第一直徑d1為約50μm至60μm、高度H1為約50μm至60μm。又例如，圓柱狀的柱狀凸塊140之第一直徑d1可為50μm至60μm，高度H1為約58μm，則柱狀凸塊140之第一直徑d1對高度H1之比值即例如可為0.86-1.03。

凸塊14可為一個或多個柱狀凸塊140，各柱狀凸塊140均靠近波導102且分佈於雷射二極體10之靠近第二基板12的一側。亦即，柱狀凸塊140之數量可為一個或多個，例如可為至少1個、1至18個、至少3個、3至18個、3至15個、3至12個、3至9個、或3至6個。例如，在圖3B，凸塊14為靠近波導102且沿X方向依序配置的3個柱狀凸塊140。在一些實施例中，一個或多個柱狀凸塊140之底部面積的總和(以下表示為A1)對雷射二極體10(即雷射二極體晶片100)之表面積(以下表示為A2)的比值為0.02-0.30，即柱狀凸塊140之底部面積的總和A1與雷射二極體10之表面積A2之關係符合下式(3)。例如，柱狀凸塊140之第一直徑d1可為50μm至60μm且可配置為3至18個，雷射二極體10之長和寬可分別為1000μm 和200μm，則柱狀凸塊140之底部面積的總和A1對雷射二極體10之表面積A2之比值即例如可為0.0294-0.254。

請同時參考圖1A、圖2A及圖5，圖5繪示依據一些實施例，未封蓋的雷射二極體裝置1a與封蓋(且具有柱狀凸塊140)的雷射二極體裝置1b之模擬表面溫度曲線圖。在圖5，未封蓋的雷射二極體裝置1a可參考如圖1A之未封蓋的雷射二極體裝置1a所繪示，封蓋(且具有三個柱狀凸塊140)的雷射二極體裝置1b(以下簡稱為封蓋的雷射二極體裝置1b)則可參考如圖2A(或圖2B)之雷射二極體裝置1b所繪示。分別施加功率477mW於未封蓋的雷射二極體裝置1a與封蓋的雷射二極體裝置1b，以使未封蓋的雷射二極體裝置1a與封蓋的雷射二極體裝置1b分別作為熱源，並待其充分散熱且與周圍環境達到熱平衡。接著，模擬得知未封蓋的雷射二極體裝置1a與封蓋的雷射二極體裝置1b之最高表面溫度，如圖5所示，分別為約70℃及50℃。亦即，相較於未封蓋的雷射二極體裝置1a，封蓋(且具有三個柱狀凸塊140)的雷射二極體裝置1b產生了28.6%的降溫效果。由此可知，透過封蓋(例如第二基板12)和柱狀凸塊140的配置，雷射二極體裝置1b確實有效地提高雷射二極體10之表面的散熱效能，而能大幅降低雷射二極體10之表面溫度。

請參考圖6A及圖6B，圖6A繪示依據一些實施例，封蓋(且具有多個柱狀凸塊140)的雷射二極體裝置1b之模擬表面溫度分佈圖；圖6B繪示如圖6A，封蓋(且具有多個柱狀凸塊140)的雷射二極體裝置1b 之模擬表面溫度曲線圖。圖6A及圖6B係使用與圖5相同的實驗方法及條件，在此不再詳述。在圖6A，分別繪示雷射二極體晶片100上配置有波導102及不同柱狀凸塊140之數量(以下表示為N)的雷射二極體晶片100之模擬表面溫度分佈，其中，N分別為0、3、6、9、12、15及18個。由圖6A之表面溫度分佈結果可知，當雷射二極體晶片100並未配置有柱狀凸塊140(即N=0)時，雷射二極體晶片100之表面溫度在鄰近波導102之相當大範圍均高於49.6℃(即紅色和橙色區域所示)，而其餘更大範圍的表面溫度則約為47.6℃至49.6℃(即黃橙色區域所示)，並僅在雷射二極體晶片100之四個邊角處具有稍低的45.6℃至47.6℃(即黃綠色區域所示)。亦即，若雷射二極體晶片100未配置有柱狀凸塊140(即N=0)，其雷射二極體10之表面溫度與波導102之溫度之間的差異僅為7℃左右。換句話說，未配置有柱狀凸塊140(即N=0)的雷射二極體晶片100難以有效地降低雷射二極體晶片100之表面溫度，而造成其散熱效能明顯不佳。相反地，當雷射二極體晶片100進一步配置有柱狀凸塊140(無論是N=3、6、9、12、15或18)時，雷射二極體晶片100之表面溫度在鄰近波導102僅有非常小範圍係高於41.2℃(即紅色和橙色區域所示)，且其餘範圍的表面溫度均約為30.9℃至36.1℃(即亮綠色區域所示)。因此，配置有柱狀凸塊140的雷射二極體晶片100之整體表面溫度分佈明顯地更為均一，雷射二極體晶片100之整體表面溫度也確實能被大幅且有效地降低。換句話說，雷射二極體晶片100之表面溫度及其分佈基本上可至少在特定數量範圍內(例如0<N

18)不受柱狀凸塊140之數量N的影響。並且，只需要配置有柱狀凸塊140，即可有效地提高雷射二極體10之表面的散熱效能，同時亦能避免雷射二極體10之表面熱能蓄積於特定位置。

再由對應於圖6A之圖6B所繪示的雷射二極體晶片100之最高表面溫度結果亦可得知，當雷射二極體晶片100並未配置有柱狀凸塊140(即N=0)時，雷射二極體晶片100之最高表面溫度為約55℃；而當雷射二極體晶片100進一步配置有柱狀凸塊140(無論是N=3、6、9、12、15或18)時，雷射二極體晶片100之最高表面溫度則為約40℃至43℃。因此，配置有柱狀凸塊140的雷射二極體晶片100之最高表面溫度確實均能被大幅且有效地降低。換句話說，雷射二極體晶片100之最高表面溫度基本上可至少在特定數量範圍內(例如0<N

18)不受柱狀凸塊140之數量N的影響。並且，只需要配置有柱狀凸塊140，即可有效地提高雷射二極體10之表面的散熱效能，進而大幅降低雷射二極體10之表面溫度。

請參考圖7，圖7繪示依據一些實施例，封蓋的雷射二極體裝置1b於如圖3A之C-C’剖面結構示意圖。例如，在圖7，第二基板12包含第二連接層122及第二電極128(而可不包含第二基板本體120、貫孔124及第三頂板126)，第二連接層122之二端分別位於側板13上，第二電極128位於第二連接層122上，雷射二極體10透過第二連接層122電性連接第二電極128。

在圖7，雷射二極體裝置1b的側板13係分別位於雷射二極體10之二側的二個側板13，各側板13包含側板本體130及一個或多個側板中介層(sidewall interposer layer)134。各側板本體130係位於第一基板11與第二基板12之間，各側板本體130之一端透過側板中介層134連接第一基板11，各側板本體130之另一端連接第二基板12。透過一個或多個側板中介層134的堆疊，可進一步調整各側板13的高度，以使得位於第二基板12之二側的側板本體130及其對應的側板中介層134於如圖7之Z方向上的堆疊高度實質上相同於雷射二極體10及其對應的凸塊14於Z方向上的堆疊高度。側板中介層134與側板本體130之材料可為彼此實質上相同或匹配的各種材料，例如玻璃、金屬、合金、塑膠、橡膠、陶瓷或其組合，例如為(但不限於)陶瓷散熱材料；具體地，例如AlN、Al₂O₃、SiC、鋁、銅、鐵或不鏽鋼。上述匹配是指二材料之間的物理及/或化學性質差異不明顯，例如二材料之熱膨脹係數相近。藉此，透過側板本體130及其側板中介層134的設置，雷射二極體裝置1b可提供具有足夠高度的容置空間V，以避免波導102與第二基板12的直接接觸而損傷波導102，亦可避免因第二基板12受熱膨脹而擠壓波導102。

在圖7，雷射二極體10還包含一個或多個晶片中介層(chip interposer layer)104，晶片中介層104位於雷射二極體晶片100與第一基板11之間。透過一個或多個晶片中介層104的堆疊，可進一步調整雷射二極體晶片100及凸塊14位於容置空間V中的高度，以使得位於第二基板12之二側的側板本體130於如圖7之Z方向上的堆疊高度實質上相同於雷射二極體10及其對應的凸塊14於Z方向上的堆疊高度。晶片中介層104之材料可為玻璃、金屬、合金、塑膠、橡膠、陶瓷或其組合，例如為(但不限於)陶瓷散熱材料；具體地，例如AlN、Al₂O₃、SiC、鋁、銅、鐵或不鏽鋼。藉此，透過晶片中介層104的設置，雷射二極體裝置1b可提供具有足夠高度的容置空間V，以使得凸塊14可更佳地電性連接第二基板12(即第二基板本體120)。

請參考圖8，圖8繪示依據一些實施例，封蓋的雷射二極體裝置1b於如圖3A之C-C’剖面結構示意圖。例如，在圖8，第二基板12包含第二基板本體120、第二連接層122及第二電極128(而可不包含貫孔124及第三頂板126)，第二連接層122之二端分別位於側板13上，第二基板本體120位於第二連接層122上。第二連接層122例如可沿如圖8之-Y方向延伸並暴露出一部分的第二連接層122，第二電極128位於該暴露出的一部分的第二連接層122。雷射二極體10透過第二連接層122電性連接第二電極128，以自位於第二基板12之外部(例如圖8之容置空間V之外部)的第二電極128將電流帶至雷射二極體10；反之亦然。

在圖8，雷射二極體裝置1b的側板13係分別位於雷射二極體10之二側的二個側板13，各側板13包含側板本體130及一個或多個側板中介層134。各側板本體130係位於第一基板11與第二基板12之間，各側板本體130之一端透過側板中介層134連接第一基板11，各側板本體130之另一端連接第二基板12。側板本體130與側板中介層134之配置實施例可參如前所述，在此不再詳述。

請參考圖9，圖9繪示依據一些實施例，封蓋的雷射二極體裝置1b於如圖3A之C-C’剖面結構示意圖。圖9之雷射二極體裝置1b的配置實施例可參如前所述，在此不再詳述。主要差異處在於，在圖9，一部分的或全部的容置空間V具有填充材料15。例如，至少於容置空間V之凸塊14(例如柱狀凸塊140)與第二基板12之間填充有填充材料15。填充材料15包含絕緣主體150及多個導電粒子152，導電粒子152分佈於絕緣主體150，且一部分的導電粒子152位於凸塊14與第二基板12之間。填充材料 15可為各種異方性(anisotropic)導電材料，例如為(但不限於)異方性導電膠(anisotropic conductive paste,ACP)或異方性導電膜(anisotropic conductive film,ACF)。當施加壓力在位於凸塊14與第二基板12之間的導電粒子152時，在凸塊14與第二基板12之間，該些受有施加壓力的導電粒子152會因熔融結合而彼此導通、進而形成至少一個可導電通道，凸塊14及第二基板12因而可透過該可導電通道而彼此電性連接。於此同時，由於其他並未受有施加壓力的導電粒子152之間仍填充有絕緣主體150而不會彼此導通，故即便凸塊14及第二基板12之間已形成可導電通道，填充有填充材料15的容置空間V亦不會因而短路。藉此，透過凸塊14及填充材料15，可更提升凸塊14及第二基板12之間的電性連接，以更有效地降低雷射二極體10之表面熱能。除此之外，填充材料15之絕緣主體150亦可作為底部填充劑(underfill)使用，而可進一步避免雷射二極體10受到水氣侵擾並能提高雷射二極體10的使用壽命。

請參考圖10，圖10繪示依據一些實施例，封蓋的雷射二極體裝置1b於如圖3A之C-C’剖面結構示意圖。圖10之雷射二極體裝置1b的配置實施例可參如前所述，在此不再詳述。主要差異處在於，在圖10，凸塊14為第二基板凸部142。第二基板凸部142係延伸自第二基板12(即第二基板本體120)，以電性連接第二電極128及雷射二極體10。第二基板凸部142之靠近第二基板12(即第二基板本體120)的一側與遠離第二基板12(即第二基板本體120)的一側分別具有頂部寬度及底部寬度，第二基板凸部142之頂部寬度可實質上相同或不同於第二基板凸部142之底部寬度。例如，在圖10，第二基板凸部142之頂部寬度大於第二基板凸部142 之底部寬度，而形成上寬下窄的倒脊狀之第二基板凸部142。該上窄下寬的倒脊狀之第二基板凸部142，可更有利於第二基板12及第二基板凸部142的製作，例如第二基板凸部142與第二基板本體120可為一體成形，而可透過減少複雜製程，亦可避免二者之間的接合不良，進而提供品質更穩定的第二基板12及第二基板凸部142。第二基板凸部142之材料可與第二基板本體120之材料實質上相同或匹配，例如可為金屬、合金、塑膠、橡膠、陶瓷或其組合，例如為(但不限於)陶瓷散熱材料；具體地，例如AlN、Al₂O₃、SiC、鋁、銅、鐵或不鏽鋼。上述匹配是指二材料之間的物理及/或化學性質差異不明顯，例如二材料之熱膨脹係數相近。在一些實施例中，第二基板12還包含第二連接層122，第二連接層122位於第二基板凸部142與雷射二極體10之間，以電性連接雷射二極體10及第二電極128(即第二基板本體120及第二基板凸部142)。第二連接層122之配置實施例可參如前所述，在此不再詳述。

請參圖11，圖11繪示依據一些實施例，封蓋的雷射二極體裝置1b於如圖3A之C-C’剖面結構示意圖。圖11之雷射二極體裝置1b的配置實施例可參如前所述，在此不再詳述。主要差異處在於，在圖11，凸塊14為導電膠144。導電膠144位於雷射二極體10之靠近第二基板12的一側，以電性連接雷射二極體10及第二基板12(即第二電極128)。導電膠144之材料例如為(但不限於)銀、錫、銅、金、碳或其合金，而可形成例如銀膠、銅膠、金膠、碳膠、其組合或錫球。由於導電膠144於製造過程中係呈流體狀態，因此，於流體狀態下之導電膠144除了可被直接配置於雷射二極體晶片100上之外，亦可同時被直接配置於波導102上。並且，固化後的導電膠144因具有實質上匹配於雷射二極體晶片100及波導102之外觀形狀，故除了具有良好的電性連接之外，亦不致在其固化後對雷射二極體晶片100及波導102造成損傷及擠壓。透過導電膠144，雷射二極體10及第二基板12(即第二電極128)之間更大面積的電性連接，因而可更有效地降低整體電阻，藉以產生更少的熱能。此外，透過導電膠144於製造過程中的流體特性，亦無需特意避開波導102，即可直接於雷射二極體晶片100上配置導電膠144，而可大幅減少以往製程所需的時間及成本。

請參考圖12，圖12繪示依據一些實施例，光學收發系統2之方塊示意圖。在圖12，一種光學收發系統2包含光纖24、透鏡22及雷射二極體裝置1b。光纖24係用以傳輸一光源(或光信號)，例如發送一光源(或光信號)及/或接收一光源(或光信號)。透鏡22靠近光纖24設置，以接收及/或發送該光源(或光信號)。雷射二極體裝置1b之配置實施例可參如前所述，在此不再詳述。雷射二極體10可被配置為透過該光線，通訊連接該透鏡22及光纖24；例如，雷射二極體10係用以接收來自透鏡22之該光源(或光信號)或發送該光源(或光信號)至透鏡22及光纖24。例如，當光纖24被配置為發送一光源(或光信號)時，透鏡22即被配置為接收來自光纖24的該光源(或光信號)，以將該光源(或光信號)發送至雷射二極體裝置1b；或例如，當光纖24被配置為接收一光源(或光信號)時，透鏡22即被配置為接收來自雷射二極體裝置1b的該光源(或光信號)，以將該光源(或光信號)發送至光纖24。在一些實施例中，透過雷射二極體10通訊連接該些光源(即接收來自光纖24之該些光源、及/或將該些光源發送至光纖24)，光學收發系統2可作為用於高速訊號傳輸的光學次模組 (Optical Subassembly,OSA)，例如可為光發射次模組(Transmitter Optical Subassembly,TOSA)、光接收次模組(Receiver Optical Subassembly,ROSA)或其組合。

在圖12，依據一些實施例，上述作為用於高速訊號傳輸的光學次模組(OSA)的光學收發系統2可再與電子次模組(Electrical Subassembly,ESA)組合，以受電子次模組(ESA)的驅動，進而組成可用於高速訊號傳輸的光傳輸模組。電子次模組(ESA)例如可為雷射二極體驅動器20。舉例而言，在圖12，光學收發系統2另包含雷射二極體驅動器20。雷射二極體驅動器20電性連接雷射二極體裝置1b，且雷射二極體驅動器20發送一驅動訊號(例如差分電壓信號或電流驅動信號)至雷射二極體裝置1b，以使雷射二極體裝置1b之雷射二極體10可透過光線來通訊連接透鏡22及光纖24。例如，雷射二極體裝置1b之雷射二極體10係用以接收來自透鏡22之該光源(或光信號)或發送該光源(或光信號)至透鏡22及光纖24。因此，透過具有更佳的散熱效能之雷射二極體裝置1b，光學收發系統2可因而具有更廣泛且多元的應用，而不會受限於以往散熱效能不佳的缺點。

綜合以上，在一些實施例中，透過凸塊、第一電極及第二電極的配置，位於凸塊之二端的雷射二極體(和第一電極)及第二電極可彼此電性連接而形成二條散熱途徑，並形成類似並聯迴路的整體電阻。因此，光學收發系統及其雷射二極體裝置可提供相較於以往串聯電阻來得更低的整體電阻，並產生更少的熱能，亦能同時有效地提高雷射二極體之表面的散熱效能。此外，透過凸塊之高度實質上高於波導之高度，光學收發系統及其雷射二極體裝置可避免因第二基板的封蓋而損傷波導及/或因第二基板受熱膨脹而擠壓波導。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，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，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。