CN110197992A - 一种高效vcsel芯片及其制造方法 - Google Patents
一种高效vcsel芯片及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110197992A CN110197992A CN201910523158.XA CN201910523158A CN110197992A CN 110197992 A CN110197992 A CN 110197992A CN 201910523158 A CN201910523158 A CN 201910523158A CN 110197992 A CN110197992 A CN 110197992A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- ohmic contact
- dbr
- layers
- sinx
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 claims abstract description 52
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims abstract description 30
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 35
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 35
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 13
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 7
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 7
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 5
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 5
- 230000026267 regulation of growth Effects 0.000 claims description 5
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 10
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 10
- 239000011799 hole material Substances 0.000 description 47
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000007771 core particle Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000005439 thermosphere Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/024—Arrangements for thermal management
- H01S5/02469—Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/185—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL]
- H01S5/187—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL] using Bragg reflection
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
- H01S5/3432—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs the whole junction comprising only (AI)GaAs
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明涉及激光芯片技术领域,尤其涉及一种高效VCSEL芯片及其制造方法,该VCSEL芯片包括散热层、外延片,散热层包括多层Cu层,散热层的底层成型有若干散热孔,外延片包括N‑DBR、量子阱、氧化层、P‑DBR和第一欧姆接触层,外延片背离第一欧姆接触层的一侧依次生长有第二SiNx层、ITO层和N‑contact,第一欧姆接触层上生长有第一SiNx层,第一SiNx层被蚀刻出欧姆接触孔,欧姆接触孔内填充有第二欧姆接触层,第二欧姆接触层的截面呈倒T字形且覆盖在第一SiNx层上,第二欧姆接触层与散热层连接。本发明制造得到的VCSEL芯片通过散热层和散热孔提高了芯片本身的散热能力,从而提高了饱和电流值,使得功率效率和斜率效率均得以提高,且电流集中注入时能够得到均匀分布,减少横模的产生。
Description
技术领域
本发明涉及激光芯片技术领域,尤其涉及一种高效VCSEL芯片及其制造方法。
背景技术
自1977年提出VCSEL的概念至今,VCSEL在各个方面的研究均获得了长足的进展。VCSEL的光学谐振腔与半导体芯片的衬底垂直,能够实现芯片表面的激光发射,具有阈值电流低、稳定单波长工作、易高频调制、易二维集成、无腔面阈值损伤、动态单模工作、圆形对称光斑和光纤耦合效率高等优点。
典型的VCSEL为顶发射结构,其结构示意图如图1所示,其包括有源层、P型和N型布拉格反射镜和位于两者之间的谐振腔。P型和N型布拉格反射镜都由多层外延片组成,以达到99%的反射率。为了达到低的阈值电流,通常含有一层过渡层15,将过渡层15采用蚀刻技术制作出氧化窗口以暴露出待氧化部分。通过氧化窗口将过渡层的待氧化部分氧化形成氧化铝绝缘层,即图1中的氧化层16,作为高阻值限制区,用于进行电流限制和光学限制,这样可以减小阈值电流和提高电光转换效率。
VCSEL芯片由于电流注入较集中,常常存在散热效果不佳、出现横模现象的问题,而VCSEL器件的阈值电流及输出功率对温度很敏感,阈值电流随有源区温度的升高呈现指数增长,电光转换效率随有源区温度上升呈现指数下降;且有源区温度升高,激光器的平均和最大输出功率都会减少,其激射波长一般随着有源区温度的升高而出现红移等现象,并伴随着跳模;有源区内部温度的不均匀性,使能级间出现能量差异,导致输出谱线展宽,更容易出现多模激射情况。其次,由于温度的影响,各层材料之间热膨胀系数的差别会在内部产生应力,各层之间扩散加剧,使器件退化,缩短激光器的使用寿命。
因而解决VCSEL芯片的散热问题,降低激光器的工作温度,对于提高VCSEL芯片的工作特性和延长使用寿命有着很大的帮助。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种高效VCSEL芯片及其制造方法,该VCSEL芯片通过散热层和散热孔提高了芯片本身的散热能力,从而提高了饱和电流值,使得功率效率和斜率效率均得以提高,且电流集中注入时能够得到均匀分布,减少横模的产生。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题:
本发明的一方面在于提供一种高效VCSEL芯片,包括散热层、外延片,所述散热层包括重叠生长的多层Cu层,所述散热层的底层成型有若干散热孔,所述外延片包括依次重叠生长的N-DBR、量子阱、氧化层、P-DBR和第一欧姆接触层,所述外延片背离第一欧姆接触层的一侧依次生长有第二SiNx层、ITO层和N-contact;
所述第一欧姆接触层上生长有第一SiNx层,所述第一SiNx层被蚀刻出欧姆接触孔,所述欧姆接触孔内填充有第二欧姆接触层,所述第二欧姆接触层的截面呈倒T字形且覆盖在第一SiNx层上,所述第二欧姆接触层与散热层连接。
可选的,所述散热层包括重叠生长的厚度为4000埃的薄Cu层、厚度为70um的厚Cu层和多孔Cu层,所述多孔Cu层分布有若干散热孔。薄Cu层为后续厚Cu层的附着做基础。
可选的,所述散热孔为圆形、方形、三角形中的一种。
可选的,所述N-DBR、量子阱、氧化层的侧面被蚀刻至P-DBR形成台柱,所述第二SiNx层蒸镀形成在台柱的侧面和顶面以及P-DBR的上表面,所述第二SiNx层在N-DBR顶面形成出光孔,所述ITO层的截面呈T字形且填充出光孔并覆盖在第二SiNx层上,所述第二SiNx层和ITO层上均蒸镀有金属材料作为N-contact,所述N-contact在ITO层顶面于出光孔对应的位置形成有孔。
可选的,所述N-DBR包括30对层叠生长的反射单元,所述P-DBR包括40对层叠生长的反射单元,所述反射单元为AlGaAs层。
可选的,所述氧化层包括未氧化段和包围所述未氧化段的氧化段,所述未氧化段由Al0.98GaAs生长形成。
本发明的另一方面在于提供了上述高效VCSEL芯片的制造方法,包括以下步骤:生长外延片,先在GaAs衬底上依次生长截止层、N-DBR、量子阱、Al0.98GaAs层、P-DBR和第一欧姆接触层;在第一欧姆接触层上生长第一SiNx层,并对第一SiNx层进行蚀刻,得到欧姆接触孔,在欧姆接触孔位置以及第一SiNx层上表面蒸镀一层金属作为第二欧姆接触层;蒸镀散热层;
去除GaAs衬底和截止层,翻转片源使N-DBR朝上,蚀刻N-DBR、量子阱、氧化层的侧面至P-DBR,形成台柱,并对Al0.98GaAs层进行部分氧化处理形成氧化段和未氧化段,氧化段和未氧化段构成氧化层;
在N-DBR上生长第二SiNx层并在第二SiNx层的中间位置通过蚀刻形成出光孔,在出光孔位置和第二SiNx层镀上ITO层;
在第二SiNx层和ITO层上蒸镀金属形成N-contact。
可选的,所述蒸镀散热层具体操作如下:在第二欧姆接触层上使用Cu蒸镀形成4000埃厚的薄Cu层,接着用Cu电镀形成70um厚的厚Cu层,在厚Cu层上生长分布有若干散热孔的多孔Cu层。
可选的,所述多孔Cu层的生长操作如下:电镀厚Cu层后用键合机台进行高温压合,再对厚Cu层的表面进行上胶,并光刻形成若干独立的胶柱,在若干胶柱之间的空隙内电镀一层Cu,去除胶柱,形成分布有散热孔的多孔Cu层。这里采用Cu材料制成的散热层既可以用来散热,又可以用来作为P-contact。
可选的,所述生长外延片步骤具体为:先在GaAs衬底上生长AlInP作为截止层,在截止层上生长30对以AlGaAs为材料的N-DBR,在N-DBR上生长量子阱,量子阱上生长Al0.98GaAs氧化层,随后在氧化层上生长40对以AlGaAs为材料的P-DBR,最后生长以GaAs为材料的第一欧姆接触层,即在截止层上得到外延片。
本发明的高效VCSEL芯片的制造方法中,一方面,电镀的厚Cu层以及使用Cu做出的散热孔使芯片更容易散热,这样可以提高饱和电流值,进而提高功率效率及斜率效率。另一方面,欧姆接触孔及ITO层有着电流强制扩散的效果,使得当电流集中注入时分布更加均匀,减少了横模的产生。此外,氧化后的氧化层、欧姆接触孔以及N-DBR上ITO层出光孔的限制,使电流注入时有三次注入范围限制,这样电流注入更加集中,减小收缩发光角度。
附图说明
图1是现有技术的VCSEL芯片的结构示意图;
图2是本发明一种高效VCSEL芯片中的外延片结构示意图;
图3-图7是本发明一种高效VCSEL芯片的制造方法中各步骤对应的结构示意图;
图8是本发明一种高效VCSEL芯片中多孔Cu层的放大结构示意图;
图9是本发明一种高效VCSEL芯片的电流扩展方向示意图;
其中,衬底10、截止层20、N-DBR 30、量子阱40、Al0.98GaAs层5、氧化层50、未氧化段51、氧化段52、P-DBR 60、第一欧姆接触层70、第一SiNx层80、第二欧姆接触层90、薄Cu层101、厚Cu层102、多孔Cu层103、第二SiNx层110、出光孔120、散热孔130、ITO层140、N-contact 150。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明作进一步的详细说明。
需要说明的是,在附图或说明书描述中,相似或相同的部分都使用相同的图号,附图中未绘示或描述的实现方式,为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外,虽然本文可提供包含特定值的参数的示范,但应了解,参数无需确切等于相应的值,而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语,例如“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”等,仅是参考附图的方向,并非用来限制本发明的保护范围。
如图7所示,本发明的一种高效VCSEL芯片,包括散热层、外延片,散热层包括重叠生长的多层Cu层,散热层的底层成型有若干散热孔130,具体地,散热层包括重叠生长的厚度为4000埃的薄Cu层101、厚度为70um的厚Cu层102和多孔Cu层103,多孔Cu层103分布有若干散热孔130。散热孔的形状设置可以是但不限于圆形、方形、三角形,本实施例优选圆形。
外延片包括依次重叠生长的N-DBR 30、量子阱40、氧化层50、P-DBR 60和第一欧姆接触层70,其中,N-DBR 30包括30对层叠生长的反射单元,P-DBR 60包括40对层叠生长的反射单元,反射单元为采用AlGaAs材料制成的AlGaAs层,每个反射单元的厚度与VCSEL芯片出射的光线的波长的关系为:反射单元的厚度=VCSEL芯片出射的光线的波长的四分之一。氧化层50包括未氧化段51和包围所述未氧化段51的氧化段52,未氧化段51由Al0.98GaAs生长形成。
第一欧姆接触层70采用GaAs材料生长形成,本实施例不对第一欧姆接触层70的生长原料作具体限定。第一欧姆接触层70上生长有第一SiNx层80,第一SiNx层80被蚀刻出欧姆接触孔,欧姆接触孔内填充有金属材料第二欧姆接触层90,此处的金属材料包括但不限于Ti、Pt、Au,第二欧姆接触层90的截面呈倒T字形且覆盖在第一SiNx层80上,第二欧姆接触层90与薄Cu层101连接。
外延片背离第一欧姆接触层70的一侧依次生长有第二SiNx层110、ITO层140和N-contact 150,具体地,N-DBR 30、量子阱40、氧化层50的侧面被蚀刻至P-DBR 60表面形成台柱,第二SiNx层110蒸镀形成在台柱的侧面和顶面以及P-DBR的上表面,第二SiNx层110的截面呈Z字形,第二SiNx层110在N-DBR 30顶面形成出光孔120,ITO层140的截面呈T字形且填充出光孔120并覆盖在第二SiNx层110上,第二SiNx层110和ITO层140上均蒸镀有金属材料作为N-contact 150,N-contact 150使用的金属材料包括但不限于AuGe、Au,N-contact150在ITO层140顶面于出光孔120对应的位置形成有孔。本实施例优选地欧姆接触孔、未氧化段51、出光孔120的大小尺寸相同。
上述实施例的VCSEL芯片的电流扩展方向如图9中的箭头指示方向所示,其中的欧姆接触孔因填充有金属材料例如Ti、Pt、Au等,具有电流强制扩散的效果,使得当电流集中注入时分布更加均匀,能够减少横模的产生。氧化层中未氧化的未氧化段、欧姆接触孔、以及N-DBR上ITO层出光孔的限制,使电流注入时有三次注入范围限制,这样使得电流注入更加集中,减小收缩发光角度。
上述高效VCSEL芯片的制造方法具体如下:
S1.如图2所示,生长外延片,先在GaAs衬底10上按照常规的方法生长AlInP作为截止层20,截止层20的设计是为了后续在衬底10去除时可以终止衬底10的继续去除,防止伤害外延作业区域,在截止层20上生长30对以AlGaAs为材料的N-DBR 30,在N-DBR 30上生长量子阱40,量子阱40采用常规设计,量子阱40上生长Al0.98GaAs层5,随后在Al0.98GaAs层5上生长40对以AlGaAs为材料的P-DBR 60,最后生长以GaAs为材料的第一欧姆接触层70,即在截止层20上得到外延片。
S2.如图3所示,在第一欧姆接触层70上生长第一SiNx层80,并对第一SiNx层80进行蚀刻,得到欧姆接触孔,在欧姆接触孔位置以及第一SiNx层80上表面蒸镀一层Ti/Pt/Au作为第二欧姆接触层90,欧姆接触孔主要作用为限制电流注入范围。
S3.如图3所示,蒸镀散热层,在第二欧姆接触层上使用Cu蒸镀形成4000埃厚的薄Cu层101,薄Cu层的设计为后续电镀Cu的附着做基础,接着用Cu电镀形成70um厚的厚Cu层102,电镀厚Cu层后用键合机台进行高温压合,使得厚Cu层结构更加紧密,再对厚Cu层的表面进行上胶,并光刻形成若干独立的胶柱,在若干胶柱之间的空隙内电镀一层Cu,去除胶柱,形成分布有散热孔的多孔Cu层103,多孔Cu层103的结构示意图如图8所示,散热孔130可以增大芯粒接通电流后的散热面积。这里采用Cu材料制成的散热层既可以用来散热,又可以用来作为P-contact。
S4.如图4所示,采用常规方法将形成的片源中的GaAs衬底10和截止层20去除,使用NH4OH和H2O2去除GaAs衬底,使用HCl和H3PO4去除截止层,如图5所示,翻转片源使N-DBR 30朝上,使用ICP干蚀刻的方式将N-DBR 30、量子阱40、氧化层50的侧面至P-DBR 60,形成台柱,并对Al0.98GaAs层5进行氧化处理,形成未氧化段51和氧化段52,未氧化段51和氧化段52构成氧化层50,用来限制电流注入范围。
S5.如图6所示,在N-DBR 30上生长一层第二SiNx层110,并在第二SiNx层110的中间位置通过蚀刻形成出光孔120,用来限制电流注入范围,使用E-ITO在出光孔120位置和第二SiNx层110镀上ITO层140作为电流扩展层。
S6.如图7所示,在第二SiNx层110和ITO层140上,采用材料AuGe、Au蒸镀形成N-contact150。
上述制造方法制造得到的VCSEL芯片中电镀的厚Cu层以及使用Cu做出的散热孔使芯片更容易散热,这样可以提高饱和电流值,进而提高功率效率及斜率效率。欧姆接触孔及ITO层有着电流强制扩散的效果,使得当电流集中注入时分布更加均匀,减少了横模的产生。此外,氧化后的氧化层、欧姆接触孔以及N-DBR上ITO层出光孔的限制,使电流注入时有三次注入范围限制,这样电流注入更加集中,减小收缩了发光角度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (10)
1.一种高效VCSEL芯片,其特征在于,包括散热层、外延片,所述散热层包括重叠生长的多层Cu层,所述散热层的底层成型有若干散热孔,所述外延片包括依次重叠生长的N-DBR、量子阱、氧化层、P-DBR和第一欧姆接触层,所述外延片背离第一欧姆接触层的一侧依次生长有第二SiNx层、ITO层和N-contact;
所述第一欧姆接触层上生长有第一SiNx层,所述第一SiNx层被蚀刻出欧姆接触孔,所述欧姆接触孔内填充有第二欧姆接触层,所述第二欧姆接触层的截面呈倒T字形且覆盖在第一SiNx层上,所述第二欧姆接触层与散热层连接。
2.根据权利要求1所述的一种高效VCSEL芯片,其特征在于,所述散热层包括重叠生长的厚度为4000埃的薄Cu层、厚度为70um的厚Cu层和多孔Cu层,所述多孔Cu层分布有若干散热孔。
3.根据权利要求2所述的一种高效VCSEL芯片,其特征在于,所述散热孔为圆形、方形、三角形中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高效VCSEL芯片,其特征在于,所述N-DBR、量子阱、氧化层的侧面被蚀刻至P-DBR形成台柱,所述第二SiNx层蒸镀形成在台柱的侧面和顶面以及P-DBR的上表面,所述第二SiNx层在N-DBR顶面形成出光孔,所述ITO层的截面呈T字形且填充出光孔并覆盖在第二SiNx层上,所述第二SiNx层和ITO层上均蒸镀有金属材料作为N-contact,所述N-contact在ITO层顶面于出光孔对应的位置形成有孔。
5.根据权利要求1所述的一种高效VCSEL芯片,其特征在于,所述N-DBR包括30对层叠生长的反射单元,所述P-DBR包括40对层叠生长的反射单元,所述反射单元为AlGaAs层。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种高效VCSEL芯片,其特征在于,所述氧化层包括未氧化段和包围所述未氧化段的氧化段,所述未氧化段由Al0.98GaAs生长形成。
7.一种高效VCSEL芯片的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
生长外延片,先在GaAs衬底上依次生长截止层、N-DBR、量子阱、Al0.98GaAs层、P-DBR和第一欧姆接触层;
在第一欧姆接触层上生长第一SiNx层,并对第一SiNx层进行蚀刻,得到欧姆接触孔,在欧姆接触孔位置以及第一SiNx层上表面蒸镀一层金属作为第二欧姆接触层;
蒸镀散热层;
去除GaAs衬底和截止层,翻转片源使N-DBR朝上,蚀刻N-DBR、量子阱、氧化层的侧面至P-DBR,形成台柱,并对Al0.98GaAs层进行部分氧化处理形成氧化段和未氧化段,氧化段和未氧化段构成氧化层;
在N-DBR上生长第二SiNx层并在第二SiNx层的中间位置通过蚀刻形成出光孔,在出光孔位置和第二SiNx层镀上ITO层;
在第二SiNx层和ITO层上蒸镀金属形成N-contact。
8.根据权利要求7所述的一种高效VCSEL芯片的制造方法,其特征在于,所述蒸镀散热层具体操作如下:在第二欧姆接触层上使用Cu蒸镀形成4000埃厚的薄Cu层,接着用Cu电镀形成70um厚的厚Cu层,在厚Cu层上生长分布有若干散热孔的多孔Cu层。
9.根据权利要求8所述的一种高效VCSEL芯片的制造方法,其特征在于,所述多孔Cu层的生长操作如下:电镀厚Cu层后用键合机台进行高温压合,再对厚Cu层的表面进行上胶,并光刻形成若干独立的胶柱,在若干胶柱之间的空隙内电镀一层Cu,去除胶柱,形成分布有散热孔的多孔Cu层。
10.根据权利要求7-9任一所述的一种高效VCSEL芯片的制造方法,其特征在于,所述生长外延片步骤具体为:先在GaAs衬底上生长AlInP作为截止层,在截止层上生长30对以AlGaAs为材料的N-DBR,在N-DBR上生长量子阱,量子阱上生长Al0.98GaAs层,随后在Al0.98GaAs层上生长40对以AlGaAs为材料的P-DBR,最后生长以GaAs为材料的第一欧姆接触层,即在截止层上得到外延片。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910523158.XA CN110197992B (zh) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | 一种高效vcsel芯片及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910523158.XA CN110197992B (zh) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | 一种高效vcsel芯片及其制造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110197992A true CN110197992A (zh) | 2019-09-03 |
CN110197992B CN110197992B (zh) | 2024-01-26 |
Family
ID=67754518
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910523158.XA Active CN110197992B (zh) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | 一种高效vcsel芯片及其制造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110197992B (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111180995A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-05-19 | 浙江博升光电科技有限公司 | 基底转移垂直腔面发射激光器及其制造方法 |
CN112152076A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-12-29 | 威科赛乐微电子股份有限公司 | 可调谐激光器芯片 |
CN112152077A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-29 | 威科赛乐微电子股份有限公司 | 一种可调谐vcsel激光器芯片及其制造方法 |
CN112615256A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-06 | 厦门市三安集成电路有限公司 | 一种垂直腔面发射激光器 |
CN113314945A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-08-27 | 华芯半导体研究院(北京)有限公司 | 背面散热的vcsel芯片及其制备方法和应用 |
CN113725729A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-11-30 | 厦门市三安集成电路有限公司 | 高散热垂直腔面发射激光器及其制作方法 |
CN114204414A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-03-18 | 深圳市德明利光电有限公司 | 一种光学路径可控高导热、低电阻的vcsel制作方法及vcsel |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009054855A (ja) * | 2007-08-28 | 2009-03-12 | Fuji Xerox Co Ltd | 面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法 |
US20150078410A1 (en) * | 2013-09-18 | 2015-03-19 | Sae Magnetics (H.K.) Ltd. | Vertical cavity surface emitting laser device |
US20180233881A1 (en) * | 2015-08-10 | 2018-08-16 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Low impedance vcsels |
CN108808444A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-13 | 扬州乾照光电有限公司 | 一种倒装vcsel芯片及制作方法 |
CN109713566A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-05-03 | 厦门乾照半导体科技有限公司 | 一种vcsel阵列结构及其制备方法 |
CN209881091U (zh) * | 2019-06-17 | 2019-12-31 | 威科赛乐微电子股份有限公司 | 一种高效vcsel芯片 |
-
2019
- 2019-06-17 CN CN201910523158.XA patent/CN110197992B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009054855A (ja) * | 2007-08-28 | 2009-03-12 | Fuji Xerox Co Ltd | 面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法 |
US20150078410A1 (en) * | 2013-09-18 | 2015-03-19 | Sae Magnetics (H.K.) Ltd. | Vertical cavity surface emitting laser device |
US20180233881A1 (en) * | 2015-08-10 | 2018-08-16 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Low impedance vcsels |
CN108808444A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-13 | 扬州乾照光电有限公司 | 一种倒装vcsel芯片及制作方法 |
CN109713566A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-05-03 | 厦门乾照半导体科技有限公司 | 一种vcsel阵列结构及其制备方法 |
CN209881091U (zh) * | 2019-06-17 | 2019-12-31 | 威科赛乐微电子股份有限公司 | 一种高效vcsel芯片 |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111180995A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-05-19 | 浙江博升光电科技有限公司 | 基底转移垂直腔面发射激光器及其制造方法 |
TWI762036B (zh) * | 2019-11-19 | 2022-04-21 | 大陸商浙江博升光電科技有限公司 | 基底轉移垂直腔面發射雷射器及其製造方法 |
CN112152076A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-12-29 | 威科赛乐微电子股份有限公司 | 可调谐激光器芯片 |
CN112152077A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-29 | 威科赛乐微电子股份有限公司 | 一种可调谐vcsel激光器芯片及其制造方法 |
CN112615256A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-06 | 厦门市三安集成电路有限公司 | 一种垂直腔面发射激光器 |
CN113314945A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-08-27 | 华芯半导体研究院(北京)有限公司 | 背面散热的vcsel芯片及其制备方法和应用 |
CN113314945B (zh) * | 2021-07-30 | 2021-12-28 | 华芯半导体研究院(北京)有限公司 | 背面散热的vcsel芯片及其制备方法和应用 |
CN113725729A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-11-30 | 厦门市三安集成电路有限公司 | 高散热垂直腔面发射激光器及其制作方法 |
CN114204414A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-03-18 | 深圳市德明利光电有限公司 | 一种光学路径可控高导热、低电阻的vcsel制作方法及vcsel |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110197992B (zh) | 2024-01-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110197992A (zh) | 一种高效vcsel芯片及其制造方法 | |
CN101636887B (zh) | 垂直延伸腔表面发射激光器以及用于制造该激光器的发光部件的方法 | |
TWI334248B (en) | Vcsel system with transverse p/n junction | |
JP4860024B2 (ja) | InXAlYGaZN発光素子及びその製造方法 | |
KR101587669B1 (ko) | 전기적으로 펌핑된 반도체 지그재그 확장된 캐비티 표면 방출 레이저 및 초발광 led | |
TWI423543B (zh) | Photonic crystal laser and photonic crystal laser manufacturing method | |
JP6926205B2 (ja) | 半導体レーザーダイオード | |
JPS61127192A (ja) | 表面放射発光装置 | |
KR102518449B1 (ko) | 유전체 dbr을 갖는 인듐 인화물 vcsel | |
JP2009283920A (ja) | 面発光レーザ | |
JPH09172229A (ja) | 半導体ウェーハ・ボンディングによって製造された透明基板垂直共振型面発光レーザ | |
JPH06268330A (ja) | 横インデクス・ガイドを有するvcsel | |
JP2002353563A (ja) | 半導体発光素子およびその製法 | |
JP4673951B2 (ja) | 半導体レーザ及びその製造方法 | |
US20130032825A1 (en) | Resonant Optical Cavity Semiconductor Light Emitting Device | |
JP5455919B2 (ja) | 発光素子の製造方法および発光素子 | |
JP4909262B2 (ja) | 光ポンピング式半導体装置 | |
CN209881091U (zh) | 一种高效vcsel芯片 | |
JP2005311175A (ja) | 面発光レーザ及び光伝送システム | |
JP2004297064A (ja) | 垂直共振器面発光レーザ | |
JP2018098264A (ja) | 量子カスケード半導体レーザ | |
KR100446604B1 (ko) | 단일횡모드GaN계면발광레이저다이오드및그제조방법 | |
KR100446606B1 (ko) | 단일 모드 gan계 면발광 레이저 다이오드 및 그 제조방법 | |
CN209881094U (zh) | 高复合效率的vcsel芯片 | |
CN110289554B (zh) | 一种精简外延倒装vcsel芯片及其制造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |