[發(fā)明專利]一種具有透明頂襯與背面正負(fù)電極的VCSEL器件及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010045074.2
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111244759A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁棟;丁維遵;翁瑋呈;劉嵩
• 申請（專利權(quán)）人: 常州縱慧芯光半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/323;H01S5/343
• 代理公司: 北京中知法苑知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11226
• 代理人: 閻冬

本發(fā)明提供了一種具有透明頂襯與背面正負(fù)電極的VCSEL器件及其制備方法，包括：外延層上的氧化溝道和通過氧化層限定出的VCSEL單元臺面結(jié)構(gòu)；位于所述外延層上的透明頂襯及設(shè)置于透明頂襯上的光學(xué)元件；所述外延層背面形成的通孔；所述外延層背面包含正極與負(fù)極。本發(fā)明通過一次正面鍵合頂襯，然后移除背面襯底即可完成主要制程；該器件由于出光在正面，制程上對背面光刻的精準(zhǔn)度要求比較寬松；正負(fù)電極位于背面，封裝時(shí)無需打線，直接表面貼片，易與驅(qū)動等其他組件直接貼合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有透明頂襯與背面正負(fù)電極的VCSEL器件及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，在眾多智慧設(shè)備比如智慧手機(jī)中，對平頂紅外照明(IR)投影模塊具有巨大的市場需求，該模塊在TOF測量、安全攝像設(shè)備等具體應(yīng)用中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)則是平頂紅外照明投影模塊中最為核心的器件。

現(xiàn)有的VCSEL器件一般采用背面出光，正負(fù)電極位于正面，器件制備過程中，正面刻蝕結(jié)束后通常需要先在正面鍵合(Bonding)頂襯以保護(hù)正面結(jié)構(gòu)，然后移除背面襯底，進(jìn)行背面制程，將背面與透明襯底鍵合后，再移除正面鍵合的頂襯。此制備過程存在如下問題：一是需要進(jìn)行兩次襯底鍵合過程，工序復(fù)雜且表面質(zhì)量較難控制。采用背面出光的方式，背面襯底材料對激光波長有限制，例如GaAs襯底不適合使用940nm以下波長，對出光效率造成影響；二是背面制程所需精度高(精度小于5um)；三是封裝時(shí)需打線，增加電感影響高頻傳輸，大量生產(chǎn)時(shí)無法有效管控。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明提出一種新的正面出光，頂襯透明，背面貼裝型VCSEL器件，包括：外延層上的氧化溝道和通過氧化層19限定出的VCSEL單元臺面結(jié)構(gòu)；位于所述外延層上的透明頂襯12；所述外延層背面形成的連接正面種子金屬層10的通孔14；所述外延層背面包含負(fù)極17，所述通孔14包含正極18。

優(yōu)選的，所述臺面結(jié)構(gòu)包括量子阱層2，位于所述量子阱層2和所述氧化層19上的P型DBR層1，位于量子阱層2下的N型DBR層3，位于所述P型DBR層1上的P型歐姆金屬層5、第一鈍化層4、第二鈍化層9、正面種子金屬層10和電鍍金屬層11。電流注入時(shí)電子與電洞于量子阱層2復(fù)合產(chǎn)生光子，光子在P型DBR層與N型DBR層組成的高反射率共振腔內(nèi)來回反射并激發(fā)其他光子，當(dāng)增益大于共振腔內(nèi)部損耗后于正面出光。

優(yōu)選的，所述透明頂襯12為均一材料的單層結(jié)構(gòu)或不同材料的多層結(jié)構(gòu)；所述多層結(jié)構(gòu)的任一層結(jié)構(gòu)上設(shè)置光學(xué)元件20。

優(yōu)選的，所述光學(xué)元件20包括漫射器、超表面、透鏡、光柵、衍射光學(xué)組件。

優(yōu)選的，所述光學(xué)元件20用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場光學(xué)效果；所述效果包括：長方形平頂、超大出射角度、小角度及近準(zhǔn)直光束、非垂直出射方向、周期性散斑點(diǎn)陣。

優(yōu)選的，所述外延層背面包括N+高摻雜半導(dǎo)體層6、N型歐姆金屬層13、第三鈍化層15、背面種子金屬層16和負(fù)極17。

優(yōu)選的，所述通孔14設(shè)有第三鈍化層15、背面種子金屬層16和正極18。

優(yōu)選的，所述P型DBR層1、所述N型DBR層3材料選自Ⅲ-Ⅴ族化合物、SiN、SiO、SiON；所述Ⅲ-Ⅴ族化合物包括Al_xGa_(1-x) As，In_yGa_(1-y)AsP，AlN，GaN，InGaN，AlGaN。

優(yōu)選的，所述量子阱層2材料為Ⅲ-Ⅴ族化合物；所述Ⅲ-Ⅴ族化合物包括GaAs、AlGaAs、InGaAs、InGaP、InGaNAsP。

優(yōu)選的，所述透明頂襯12材料選自AlOx、SiOx、SiNx、有機(jī)聚合物。