[發(fā)明專利]一種具有背面正負電極的VCSEL器件及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010045300.7
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111211481B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁維遵;梁棟
• 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: H01S5/042
• 分類號: H01S5/042;H01S5/183
• 代理公司: 北京華創(chuàng)智道知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11888
• 代理人: 彭隨麗

本發(fā)明提供了一種具有背面正負電極的VCSEL器件，包括外延層，所述外延層下表面的正極18和負極17；所述外延層上表面通過氧化溝道22限定出的含P型歐姆金屬層5的臺面結(jié)構(gòu)24和所述臺面結(jié)構(gòu)24內(nèi)的氧化層19限定出的發(fā)光區(qū)組成VCSEL器件單元；所述臺面結(jié)構(gòu)24水平方向一側(cè)的外延層上形成有凹槽23，與凹槽23對應(yīng)的外延層下表面設(shè)有凹部14；所述臺面結(jié)構(gòu)24的P型歐姆金屬5層通過金屬層與凹槽23和凹部14電連接至所述外延層下表面形成所述正極18。本發(fā)明通過利用刻蝕正面時先定義與刻蝕凹槽，減少背面刻蝕所需深度，提高刻蝕晶圓均勻性且不增加黃光道數(shù)，同時達成P型金屬連接效果。

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，尤其涉及一種具有面正負電極的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器件為了封裝時不打線，且易與外部各種不同組件整合，趨向于采用正負電極共同位于器件背面結(jié)構(gòu)，制備工藝需要先在正面鍵合透明頂襯，再由背面刻蝕至正面金屬層做鍍金連結(jié)，但此工藝步驟具有以下缺點：(1)因刻蝕深度較深工藝上晶圓中心與邊緣差異較難控制，且隨著刻蝕圖形面積不同整片晶圓中心與外圍差異也不同，均勻性難控制；(2)刻蝕完成后制程工序由于高地落差大(約9～10um)，后續(xù)黃光作業(yè)也因此增加難度，容易有曝光不完全使得顯影后，容易出現(xiàn)光阻殘留影響制程良率；(3)在金屬制程選擇上，因高度差較高需要厚度較厚，一般只能選擇電鍍作業(yè)。

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)明提出一種具有背面正負電極的VCSEL器件，包括

外延層，所述外延層下表面的正極18和負極17；所述外延層上表面通過氧化溝道(22)限定出的含P型歐姆金屬層5的臺面結(jié)構(gòu)24和所述臺面結(jié)構(gòu)24內(nèi)的氧化層19限定出的發(fā)光區(qū)組成VCSEL器件單元；所述臺面結(jié)構(gòu)24水平方向一側(cè)的外延層上形成有凹槽23，與凹槽23對應(yīng)的外延層下表面設(shè)有凹部14；所述臺面結(jié)構(gòu)的P型歐姆金屬層5通過金屬層與凹槽23和凹部14電連接至所述外延層下表面形成所述正極18。

電流注入時電子與電洞于量子阱復(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)其他光子當增益大于共振腔內(nèi)部損耗最后于正面出光。

優(yōu)選的，所述外延層上設(shè)有透明頂襯12。

優(yōu)選的，所述凹槽23形狀為圓形、矩形及其它任意形狀。

優(yōu)選的，所述外延層包括多個所述VCSEL器件單元組成的VCSEL陣列。

優(yōu)選的，所述凹槽23設(shè)置于所述VCSEL陣列外側(cè)的外延層上。

優(yōu)選的，所述凹槽23設(shè)置于所述VCSEL陣列的列之間的外延層上。

優(yōu)選的，所述臺面結(jié)構(gòu)24自下而上依次包括N型DBR層3、量子阱層2、氧化層19、P型DBR層1和P型歐姆金屬層5；所述臺面結(jié)構(gòu)24還包括位于所述P型DBR層1上的第一鈍化層4、第二鈍化層9和金屬層，所述金屬層包括正面種子金屬層10和電鍍金屬層11。

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，所述光學(xué)元件選自漫射器、超表面、透鏡、光柵及衍射光學(xué)組件，用以實現(xiàn)遠場光學(xué)效果，如長方形平頂、超大出射角度、小角度及近準直光束、非垂直出射方向和周期性散斑點陣。

優(yōu)選的，所述外延層下表面包括N+高摻雜半導(dǎo)體層6、N型歐姆金屬層13；所述凹部設(shè)有第三鈍化層15和背面種子金屬層16。