CN117498150A - 一种集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器及其制备方法 - Google Patents
一种集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117498150A CN117498150A CN202311450737.9A CN202311450737A CN117498150A CN 117498150 A CN117498150 A CN 117498150A CN 202311450737 A CN202311450737 A CN 202311450737A CN 117498150 A CN117498150 A CN 117498150A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- contact electrode
- metal
- surface emitting
- emitting laser
- cavity surface
- 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.)
- Pending
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 65
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 65
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 44
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 11
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 6
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QCEUXSAXTBNJGO-UHFFFAOYSA-N [Ag].[Sn] Chemical compound [Ag].[Sn] QCEUXSAXTBNJGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 17
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching 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
- H01S5/10—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
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
-
- 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
- H01S5/02453—Heating, e.g. the laser is heated for stabilisation against temperature fluctuations of the environment
-
- 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
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器及其制备方法，该垂直腔表面发射激光器包括至少一个VCSEL芯片，VCSEL芯片包括层叠设置的衬底、N型分布式布拉格反射镜、有源层、氧化层、P型分布式布拉格反射镜、聚光结构，衬底上靠近N型分布式布拉格反射镜的一侧设有加热电阻、测温电阻、N型接触电极和P型接触电极，分别通过金属柱与所述金属凸点连接。相比常规垂直腔表面发射激光器相比，本发明具有更小的体积、更高的集成度、更好的可靠性和更低的使用成本，是一种体积小、集成度高、可靠性高、生产成本低的新型垂直腔表面发射激光器，对于满足消费电子市场中低成本小型化的需求具有重要的促进作用。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，涉及一种集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器及其制备方法。
背景技术
垂直腔表面发射激光器(VCSEL)具有短的光学增益腔长度、功耗低等优点，作为新一代光存储和光通信应用的核心器件，已在光识别、光存储等领域得到了广泛的应用，特别是，随着技术的发展，消费电子市场中低成本小型化的需求日益增长，因而对VCSEL的尺寸、集成度和生产成本提出了更高的要求。然而，现有VCSEL芯片在使用时通常需要芯片上端添加透镜聚焦准直，下端需要半导体制冷器(TEC)和热敏电阻进行控温调节，额外的器件一方面造成了空间上的资源浪费，不利于封装小型化的趋势，另一方面后期的贴片封装，增加了器件的生产使用成本和生产良率。除此之外，现有VCSEL芯片的接触电极存在一定的高度差，因而常采用引线来完成电流的加载，同时，为了驱动TEC和VCSEL的工作，需要利用引线对焊盘进行打线，具体是，进行金丝键合来完成芯片的电路连接，一方面，在生产和使用的过程中金属引线焊接时容易对VCSEL芯片造成损伤，导致传输电信号时存在延迟滞后的现象，另一方面，金属引线连接可靠性低，而且焊点连接处强度相对较弱，易出现断裂、焊点连接处因产生有集聚热而导致焊点失效等可靠性问题。因此，获得一种体积小、集成度高、可靠性高、生产成本低的垂直腔表面发射激光器，对于促进垂直腔表面发射激光器的广泛使用具有重要意义。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种体积小、集成度高、可靠性高、生产成本低的集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器，所述垂直腔表面发射激光器包括至少一个VCSEL芯片，所述VCSEL芯片包括层叠设置的衬底、N型分布式布拉格反射镜、有源层、氧化层、P型分布式布拉格反射镜、聚光结构；所述衬底上靠近所述N型分布式布拉格反射镜的一侧设有加热电阻、测温电阻、N型接触电极和P型接触电极；所述衬底中贯穿有金属柱，所述衬底上远离所述N型分布式布拉格反射镜的一侧设有金属凸点；所述加热电阻、测温电阻、N型接触电极和P型接触电极分别通过所述金属柱与所述金属凸点连接。
上述的垂直腔表面发射激光器，进一步改进的，所述加热电阻、测温电阻、N型接触电极和P型接触电极上还分别连接有金属焊盘；所述加热电阻、测温电阻、N型接触电极和P型接触电极分别通过金属焊盘与所述金属柱连接。
上述的垂直腔表面发射激光器，进一步改进的，所述金属焊盘为金属材料；所述金属材料为金、银、铝中的至少一种。
上述的垂直腔表面发射激光器，进一步改进的，所述加热电阻和测温电阻均为金属材料；所述金属材料为铜、金、银、铝中的至少一种。
上述的垂直腔表面发射激光器，进一步改进的，所述金属柱的材质为铜；所述金属凸点的材质为金、锡、锡银合金中的至少一种。
上述的垂直腔表面发射激光器，进一步改进的，所述衬底为半导体基板；所述半导体基板的材质为GaAs材料。
上述的垂直腔表面发射激光器，进一步改进的，所述N型分布式布拉格反射镜与所述N型接触电极电连接；所述N型分布式布拉格反射镜的反射率在90％以上。
上述的垂直腔表面发射激光器，进一步改进的，所述有源层的材料为InGaAs、AlGaAs、AlGaN、InGaAsP、InGaP、AlGaInP中的至少一种。
上述的垂直腔表面发射激光器，进一步改进的，所述P型分布式布拉格反射镜与所述P型接触电极电连接；所述P型分布式布拉格反射镜的反射率在90％以上。
上述的垂直腔表面发射激光器，进一步改进的，所述P型分布式布拉格反射镜上还设有P型环境接触电极。
上述的垂直腔表面发射激光器，进一步改进的，所述聚光结构包括支撑层，以及设于支撑层上的聚光层。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器的制备方法，包括以下步骤：
S1、对衬底进行干法刻蚀，形成TSV通孔，往TSV通孔中填充金属材料，在衬底中形成若干个金属柱；
S2、在衬底上依次外延制备N型分布式布拉格反射镜、有源层、氧化层、P型分布式布拉格反射镜、聚光结构和P型环境接触电极；
S3、在衬底上制备加热电阻、测温电阻、N型接触电极和P型接触电极，使所述加热电阻、测温电阻、N型接触电极和P型接触电极分别与对应的金属柱连接；
S4、在衬底上远离所述加热电阻、测温电阻、N型接触电极和P型接触电极的一侧制备金属凸点，使金属柱连接，完成对垂直腔表面发射激光器的制备。
上述的制备方法中，步骤S1中，采用电镀金属的方法往TSV通孔中填充金属材料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
针对现有垂直腔表面发射激光器存在的体积大、集成度低、成本高、可靠性差等不足，本发明创造性的提出了一种集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器，在衬底堆叠设置N型分布式布拉格反射镜、有源层、氧化层、P型分布式布拉格反射镜、聚光结构，以及在衬底上靠近N型分布式布拉格反射镜的一侧设置加热电阻、测温电阻、N型接触电极和P型接触电极，并通过贯穿衬底的金属柱将加热电阻、测温电阻、N型接触电极和P型接触电极分别与金属凸点连接，即可形成集光学装置、加热功能及无引线封装为一体的垂直腔表面发射激光器。本发明中，通过在衬底上靠近N型分布式布拉格反射镜的一侧设置加热电阻、测温电阻，即可实现对温度的调控，且加热电阻和测温电阻的使用不会增加整个器件的使用体积，同时加热电阻和测温电阻的镀膜简单、成本低，有利于降低器件的生产使用成本，更为重要的是，以衬底外侧设置的金属凸点为信号连接点，可实现器件光电子集成的无引线封装，不仅可以进一步增加器件的集成度，而且器件的可靠性也显著增加，有利于提高器件的使用寿命。与常规垂直腔表面发射激光器相比，本发明的垂直腔表面发射激光器，具有更小的体积、更高的集成度、更好的可靠性和更低的使用成本，是一种体积小、集成度高、可靠性高、生产成本低的新型垂直腔表面发射激光器，对于满足消费电子市场中低成本小型化的需求具有重要的促进作用。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1为本发明实施例中垂直腔表面发射激光器的截面结构示意图。
图2为本发明实施例中垂直腔表面发射激光器的俯视图。
图3为本发明实施例中聚光结构的结构示意图。
图例说明：
1、加热电阻；2、测温电阻；3、N型接触电极；4、P型接触电极；5、N型分布式布拉格反射镜；6、有源层；7、氧化层；8、P型分布式布拉格反射镜；9、P型环境接触电极；10、聚光层；11、聚光结构；12、金属凸点；13、金属柱；14、衬底；15、金属焊盘；16、支撑层。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中，若无特别说明，所采用的材料和仪器均为市售。所采用工艺为常规工艺，所采用设备为常规设备，且所得数据均是三次以上重复实验的平均值。
实施例
现有垂直腔表面发射激光器中，在使用时通常需要芯片上端添加透镜聚焦准直，下端需要半导体制冷器(TEC)和热敏电阻进行控温调节，额外的器件一方面造成了空间上的资源浪费，不利于封装小型化的趋势，另一方面后期的贴片封装，增加了器件的生产使用成本和生产良率；除此之外，现有VCSEL芯片的接触电极存在一定的高度差，因而常采用引线来完成电流的加载，同时，为了驱动TEC和VCSEL的工作，需要利用引线对焊盘进行打线，具体是，进行金丝键合来完成芯片的电路连接，一方面，在生产和使用的过程中金属引线焊接时容易对VCSEL芯片造成损伤，导致传输电信号时存在延迟滞后的现象，另一方面，金属引线连接可靠性低，而且焊点连接处强度相对较弱，易出现断裂、焊点连接处因产生有集聚热而导致焊点失效等可靠性问题。针对上述缺陷，本发明创造性的提出了一种集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器，在衬底堆叠设置N型分布式布拉格反射镜、有源层、氧化层、P型分布式布拉格反射镜、聚光结构，以及在衬底上靠近N型分布式布拉格反射镜的一侧设置加热电阻、测温电阻、N型接触电极和P型接触电极，并通过贯穿衬底的金属柱将加热电阻、测温电阻、N型接触电极和P型接触电极分别与金属凸点连接，即可形成集光学装置、加热功能及无引线封装为一体的垂直腔表面发射激光器。本发明中，通过在衬底上靠近N型分布式布拉格反射镜的一侧设置加热电阻、测温电阻，即可实现对温度的调控，且加热电阻和测温电阻的使用不会增加整个器件的使用体积，同时加热电阻和测温电阻的镀膜简单、成本低，有利于降低器件的生产使用成本，更为重要的是，以衬底外侧设置的金属凸点为信号连接点，可实现器件光电子集成的无引线封装，不仅可以进一步增加器件的集成度，而且器件的可靠性也显著增加，有利于提高器件的使用寿命。与常规垂直腔表面发射激光器相比，本发明的垂直腔表面发射激光器，具有更小的体积、更高的集成度、更好的可靠性和更低的使用成本，是一种体积小、集成度高、可靠性高、生产成本低的新型垂直腔表面发射激光器，对于满足消费电子市场中低成本小型化的需求具有重要的促进作用。
为了更好的理解本发明技术方案的创新所在，作为本发明技术方案中的其中一个案例，如图1所示，本实施例的集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器，垂直腔表面发射激光器包括至少一个VCSEL芯片，VCSEL芯片包括层叠设置的衬底14、N型分布式布拉格反射镜5、有源层6、氧化层7、P型分布式布拉格反射镜8、聚光结构11；衬底14)上靠近N型分布式布拉格反射镜5的一侧设有加热电阻1、测温电阻2、N型接触电极3和P型接触电极4；衬底14)中贯穿有金属柱13，衬底14)上远离N型分布式布拉格反射镜5的一侧设有金属凸点12；加热电阻1、测温电阻2、N型接触电极3和P型接触电极4分别通过金属柱13与金属凸点12连接。
如图2所示，本实施例中，加热电阻1、测温电阻2、N型接触电极3和P型接触电极4上还分别连接有金属焊盘15；加热电阻1、测温电阻2、N型接触电极3和P型接触电极4分别通过金属焊盘15与金属柱13连接。
本实施例中，金属焊盘15为金属材料，金属材料为金、银、铝中的至少一种，具体为金。金属焊盘15为金属材料溅射而成。
本实施例中，加热电阻1和测温电阻2均为金属材料，金属材料为铜、金、银、铝中的至少一种，具体为铂。制作工艺可以使用磁控溅射或者电子束蒸发而成。
本实施例中，金属柱13的材质为铜。
本实施例中，在衬底14内部存在TSV通孔结构，在TSV通孔利用金属柱13填充，将电信号从N型接触电极3、P型接触电极4以及金属焊盘15分别传递到下端金属凸点12上，金属凸点12的材料可以为金、锡或锡银合金，包括但不限于以上材料，具体可以为金。金属凸点12可直接焊接在硅基材料或陶瓷材料上的金属焊盘表面，实现了无引线的封装的光电子集成。
本实施例中，金属焊盘15是通过衬底内通孔内的金属柱13和金属凸点12连接，将电流传输到下方，电阻和焊盘可以采用激光器表面电极制备工艺中所采用的金属沉积工艺来完成，与制备激光器的工艺兼容程度高。
本实施例中，衬底14为半导体基板，具体是GaAs材料。
本实施例中，N型分布式布拉格反射镜5与N型接触电极3电连接；N型分布式布拉格反射镜5的反射率在90％以上。
本实施例中，有源层6的材料为InGaAs、AlGaAs、AlGaN、InGaAsP、InGaP、AlGaInP中的至少一种。
本实施例中，P型分布式布拉格反射镜8与P型接触电极4电连接；P型分布式布拉格反射镜8的反射率在90％以上。
本实施例中，P型分布式布拉格反射镜8上还设有P型环境接触电极9。
本实施例中，VCSEL芯片100包括产生光的有源层6、位于有源层6下面为N型分布式布拉格反射镜(DBR)5，在有源层6上面为氧化层7和P型分布布拉格反射镜(DBR)8，在P型分布布拉格反射镜(DBR)8的上方为给VCSEL加载电流的P型环境接触电极9，N型分布式布拉格反射镜(DBR)5、P型分布布拉格反射镜(DBR)8、有源层6是可以通过P型和N型DBR层加载电流提供外界能量输入引起有源层的粒子反转从而发生跃迁产生光谱，有源层6可以包括InGaAs、AlGaAs、AlGaN、InGaAsP、InGaP或AlGaInP的多量子阱结构，有源层可以包括量子点，有源层6不限于以上材料，具体的，本实施例中，N型分布式布拉格反射镜5、有源层6、氧化层7、P型分布式布拉格反射镜8的材质均为Inx(AlyGa(1-y))(1-x)As/AlxGa(1-x)As，其中x为0.8，y为0.2。通常而言，x系数取值较大，可以更有效的满足氧化条件。
N型分布式布拉格反射镜(DBR)5、P型分布布拉格反射镜(DBR)8需要反射率达到90％及以上，为确保光束可以从上端激发，对上下DBR的制作要求一般规定下层的DBR反射率要大于99％以上，上层DBR的反射率要大于98％以上，在上面的聚光结构通过上面的透镜形状完成聚光的作用，反射器的聚光作用针对有源层6的出射光波来确认焦距。
如图3，本实施例中，聚光结构11包括支撑层16(SiO2)，以及设于支撑层上的聚光层10(SiO2)，具体如下，聚光结构11一般为镀膜层材料SiO2，聚光层10通过湿法腐蚀完成。
为了更好的理解本发明技术方案的创新所在，作为本发明技术方案中的其中一个案例，上述本实施例的集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器的制备方法，包括以下步骤：
S1、对衬底14进行干法刻蚀开孔，形成若干个TSV通孔，在通孔中电镀生长金属材料，在衬底14中形成若干个金属柱13。
S2、在衬底14上使用外延设备MOCVD生长N型分布式布拉格反射镜5、有源层6、氧化层7、P型分布式布拉格反射镜8、聚光结构11和P型环境接触电极9。
S3、在衬底14上通过磁控溅射镀膜的方式制备加热电阻1、测温电阻2、N型接触电极3和P型接触电极4，使加热电阻1、测温电阻2、N型接触电极3和P型接触电极4、分别与对应的金属柱13连接。
S4、在衬底14上远离加热电阻1、测温电阻2、N型接触电极3和P型接触电极4的一侧制备金属凸点12，依靠金属柱13连接，完成对垂直腔表面发射激光器的制备。
经测试，相比常规的垂直腔表面发射激光器，本实施例中集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器的体积减少了80％以上，使用寿命提高了20％，具有更小的体积、更高的集成度、更好的可靠性和更低的使用成本，是一种体积小、集成度高、可靠性高、生产成本低的新型垂直腔表面发射激光器，对于满足消费电子市场中低成本小型化的需求具有重要的促进作用。
以上仅是本发明以较佳实施例揭示，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做任何的简单修改，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (9)
1.一种集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器，其特征在于，所述垂直腔表面发射激光器包括至少一个VCSEL芯片，所述VCSEL芯片包括层叠设置的衬底(14)、N型分布式布拉格反射镜(5)、有源层(6)、氧化层(7)、P型分布式布拉格反射镜(8)、聚光结构(11)；所述衬底(14)上靠近所述N型分布式布拉格反射镜(5)的一侧设有加热电阻(1)、测温电阻(2)、N型接触电极(3)和P型接触电极(4)；所述衬底(14)中贯穿有金属柱(13)，所述衬底(14)上远离所述N型分布式布拉格反射镜(5)的一侧设有金属凸点(12)；所述加热电阻(1)、测温电阻(2)、N型接触电极(3)和P型接触电极(4)分别通过所述金属柱(13)与所述金属凸点(12)连接。
2.根据权利要求1所述的垂直腔表面发射激光器，其特征在于，所述加热电阻(1)、测温电阻(2)、N型接触电极(3)和P型接触电极(4)上还分别连接有金属焊盘(15)；所述加热电阻(1)、测温电阻(2)、N型接触电极(3)和P型接触电极(4)分别通过金属焊盘(15)与所述金属柱(13)连接。
3.根据权利要求2所述的垂直腔表面发射激光器，其特征在于，所述金属焊盘(15)为金属材料；所述金属材料为金、银、铝中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的垂直腔表面发射激光器，其特征在于，所述加热电阻(1)和测温电阻(2)均为金属材料；所述金属材料为铜、金、银、铝中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的垂直腔表面发射激光器，其特征在于，所述金属柱(13)的材质为铜；所述金属凸点(12)的材质为金、锡、锡银合金中的至少一种。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的垂直腔表面发射激光器，其特征在于，所述衬底(14)为半导体基板；所述半导体基板的材质为GaAs材料；
所述N型分布式布拉格反射镜(5)与所述N型接触电极(3)电连接；所述N型分布式布拉格反射镜(5)的反射率在90％以上；
所述有源层(6)的材料为InGaAs、AlGaAs、AlGaN、InGaAsP、InGaP、AlGaInP中的至少一种；
所述P型分布式布拉格反射镜(8)与所述P型接触电极(4)电连接；所述P型分布式布拉格反射镜(8)的反射率在90％以上；
所述P型分布式布拉格反射镜(8)上还设有P型环境接触电极(9)。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的垂直腔表面发射激光器，其特征在于，所述聚光结构(11)包括支撑层(16)，以及设于支撑层上的聚光层(10)。
8.一种集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对衬底(14)进行干法刻蚀，形成TSV通孔，往TSV通孔中填充金属材料，在衬底(14)中形成若干个金属柱(13)；
S2、在衬底(14)上依次外延制备N型分布式布拉格反射镜(5)、有源层(6)、氧化层(7)、P型分布式布拉格反射镜(8)、聚光结构(11)和P型环境接触电极(9)；
S3、在衬底(14)上制备加热电阻(1)、测温电阻(2)、N型接触电极(3)和P型接触电极(4)，使所述加热电阻(1)、测温电阻(2)、N型接触电极(3)和P型接触电极(4)分别与对应的金属柱(13)连接；
S4、在衬底(14)上远离所述加热电阻(1)、测温电阻(2)、N型接触电极(3)和P型接触电极(4)的一侧制备金属凸点(12)，使金属柱(13)连接，完成对垂直腔表面发射激光器的制备。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，采用电镀金属的方法往TSV通孔中填充金属材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311450737.9A CN117498150A (zh) | 2023-11-02 | 2023-11-02 | 一种集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311450737.9A CN117498150A (zh) | 2023-11-02 | 2023-11-02 | 一种集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117498150A true CN117498150A (zh) | 2024-02-02 |
Family
ID=89675749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311450737.9A Pending CN117498150A (zh) | 2023-11-02 | 2023-11-02 | 一种集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117498150A (zh) |
-
2023
- 2023-11-02 CN CN202311450737.9A patent/CN117498150A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8048700B2 (en) | Semiconductor light emitting element and manufacturing method thereof | |
| US7719017B2 (en) | Semiconductor light-emitting device and its manufacturing method | |
| US7804875B2 (en) | Vertical cavity surface emitting laser module having monitoring photodiode and method of fabricating the same | |
| US6687268B2 (en) | Surface emitting laser and photodiode, manufacturing method therefor, and optoelectric integrated circuit using the surface emitting laser and the photodiode | |
| US5796714A (en) | Optical module having a vertical-cavity surface-emitting laser | |
| US6507594B1 (en) | Optical device structure and fabrication method thereof | |
| US9735314B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
| US20090080485A1 (en) | Nitride semiconductor laser device | |
| US8300671B2 (en) | Surface emitting laser | |
| US7684459B2 (en) | Semiconductor laser apparatus and fabrication method of the same | |
| CN111969414B (zh) | Vcsel单元单独可控的激光器 | |
| JP4470583B2 (ja) | 光半導体装置 | |
| CN110829178B (zh) | 环形结构下分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器 | |
| JP2000040840A (ja) | 面型発光素子装置、その駆動方法およびこれを用いた光送受信装置、光インターコネクション装置および光記録装置 | |
| CN117498150A (zh) | 一种集成光学装置、加热功能及无引线封装的垂直腔表面发射激光器及其制备方法 | |
| JPH10308560A (ja) | 半導体発光素子および発光装置 | |
| JP5381198B2 (ja) | 面発光型半導体レーザ、光伝送装置およびその製造方法 | |
| KR100447413B1 (ko) | 반도체 발광장치 | |
| US10553742B2 (en) | Back-surface-incident type light-receiving device and optical module | |
| US7492801B2 (en) | Semiconductor laser element, manufacturing method thereof, optical disk apparatus and optical transmission system | |
| CN110289548B (zh) | flip chip型VCSEL芯片及其制造方法 | |
| JP2005197468A (ja) | 光半導体素子及びその製造方法 | |
| KR102559529B1 (ko) | 레이저 리프트 오프가 가능한 vcsel, 그 제조방법 및 vcsel 어레이 | |
| KR102422873B1 (ko) | Vcsel 칩, vcsel 어레이 및 그의 제조방법 | |
| KR102584094B1 (ko) | 광 특성을 향상시킨 vcsel 어레이 |
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 |