一种垂直腔面发射激光器阵列模块的生产方法技术

本发明专利技术公开了一种垂直腔面发射激光器阵列模块的生产方法，在目标晶圆衬底上外延生长p‑n结量子发光薄膜层；外延生长第一层分布式布拉格反射光栅；在硅晶圆衬底上制作具有脉冲宽度调制的有源矩阵控制电路；将量子发光外延片粘合在有源矩阵显示控制电路上；衬底剥离；选择性地等离子刻蚀形成半导体发光量子层阵列；用介质填平表面，选择性介质等离子刻蚀形成金属电极阵列；再次用介质填平表面，并将表面平整；镀上一层透明通用电极；外延生长第二层分布式布拉格反射光栅，得到垂直腔面发射激光器阵列模块。本发明专利技术可以规模生产垂直腔面发射激光器阵列模块。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直腔面发射激光器阵列模块的生产方法
本专利技术涉及垂直腔面发射激光器领域，尤其涉及的是，一种垂直腔面发射激光器阵列模块的生产方法。
技术介绍
垂直腔面发射激光器亦称垂直腔表面发射激光器(verticalcavitysurfaceemittinglaser，VCSEL)是很有发展前景的新型光电器件，是一种出光方向垂直与谐振腔表面的f-p激光器。垂直腔表面发射激光器的优越性已经引起广泛关注，已在结构、材料、波长和应用领域都得到了飞速的发展。垂直腔面发射激光器主要由三部分组成，包括激光工作物质、泵浦源和光学谐振腔。工作物质是发出激光的物质，但不是任何时刻都能发出激光，必须通过泵浦源对其进行激励，形成粒子数反转，发出激光，但这样得到的激光寿命很短，强度也不会太高，并且光波模式多，方向性很差。所以，还必须经过顶部反射镜(topmirror)和底部反射镜(bottommirror)组成的谐振腔，在激光腔(lasercavity)内放大与振荡，并由顶部反射镜输出，而且输出的光线只集中在中间不带有氧化层的部分输出。这样就形成了垂直腔面的激光发射，从而得到稳定、持续、有一定功率的高质量激光。垂直腔面发射激光器与常规的侧向出光的端面发射激光器在结构上有着很大的不同。端面发射激光器的出射光垂直于芯片的解理平面；与此相反，垂直腔面发射激光器的发光束垂直于芯片表面并由此易于实现二维平面列阵。但如何规模生产垂直腔面发射激光器阵列模块，仍是需要改进的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种新的垂直腔面发射激光器阵列模块的生产方法。本专利技术的技术方案如下：一种垂直腔面发射激光器阵列模块的生产方法，其包括步骤：在目标晶圆衬底上外延生长p-n结量子发光薄膜层；在p-n结量子发光薄膜层表面外延生长第一层分布式布拉格反射光栅作为垂直腔面发射激光器的底部反射层，得到带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片；在硅晶圆衬底上制作具有脉冲宽度调制的有源矩阵控制电路；将带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片粘合在有源矩阵显示控制电路上；将带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片的衬底剥离；在剥离衬底后的量子发光外延片上选择性地等离子刻蚀形成与有源矩阵显示控制电路相对应的半导体发光量子层阵列；用介质填平表面，选择性介质等离子刻蚀形成对应于有源矩阵显示控制电路的金属电极阵列；再次用介质填平表面，并将表面平整；在平整后的表面镀上一层透明通用电极；在透明通用电极表面外延生长第二层分布式布拉格反射光栅作为顶部反射层，得到垂直腔面发射激光器阵列模块。优选的，所述目标晶圆包括蓝宝石晶圆、硅晶圆与氮化镓晶圆。优选的，所述p-n结量子发光薄膜层为半导体发光器件。优选的，所述p-n结量子发光薄膜层为电场致量子点发光器件、有机半导体发光器件、无机半导体发光器件、氮化镓半导体发光器件、砷化镓半导体发光器件、磷化铟半导体发光器件、在蓝宝石衬底上外延生长的III-V族化合物半导体发光器件、在砷化镓衬底上外延生长的III-V族化合物半导体发光器件。优选的，将带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片粘合在有源矩阵显示控制电路上之前，还包括步骤：对两个晶圆衬底表面进行清洁处理，及/或，在两个晶圆衬底表面进行等离子表面激活处理。优选的，将带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片的衬底剥离之后，还包括步骤：将带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片的n电极层减薄。优选的，所述选择性地等离子刻蚀为有方向性的等离子体化学气相刻蚀。优选的，选择性介质等离子刻蚀形成对应于有源矩阵显示控制电路的金属电极阵列，包括：沉淀防金属扩散壁形成阻隔空心柱，沉淀填入导电金属形成铆钉式电极阵列。优选的，所述用介质填平表面，包括：采用化学气相沉积或者物理气相沉积方式，沉积氧化硅或者氮化硅作为透明介质填平表面。优选的，所述将表面平整，包括：采用化学机械研磨方式，磨平表面；或者，采用无方向性等离子化学腐蚀方式，刻蚀表面使其平整化。采用上述方案，本专利技术提供了能够规模生产的高密度的垂直腔面发射激光器阵列模块的生产方法，可以规模生产垂直腔面发射激光器阵列模块，因具有垂直腔面发射激光器的特点，从表面出光无须像常规端面发射激光器那样必须在外延片解理封装后才能测试，由此可以实现在生产过程中进行测试，因此能够简化工艺，降低制作成本；可用于多种应用，包括光通信、3D地形感应、显示和打印等。附图说明图1为本专利技术的一个实施例的示意图；图2至图4分别为本专利技术的另一个实施例的流程分解示意图；图5为本专利技术的另一个实施例的采用硅衬底的带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片示意图；图6为本专利技术的另一个实施例的采用蓝宝石衬底的带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片示意图；图7为本专利技术的另一个实施例的在硅晶圆衬底上制作具有脉冲宽度调制的有源矩阵控制电路示意图；图8为本专利技术的另一个实施例的具有脉冲宽度调制的有源矩阵控制电路的硅晶圆衬底示意图；图9为图6所示实施例预清洁和翻转后的示意图；图10为图8所示实施例沉积共晶金属薄膜的示意图；图11为图9所示实施例与图10所示实施例的进行粘合示意图；图12为图11所示实施例剥离的带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片的衬底示意图；图13为图12所示实施例进行图案化和平面化的示意图；图14为图13所示实施例制造介电孔的示意图；图15为图14所示实施例进行ITO沉积以形成公共电极的示意图；图16为图15所示实施例沉积DBR多层薄膜的示意图；图17为图16所示实施例进行介电层保护和BGA封装的示意图；图18为图17所示实施例的另一角度示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例，对本专利技术进行更详细的说明。但是，本专利技术可以采用许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本专利技术。本说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。如图1所示，本专利技术的一个实施例是，一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列模块的生产方法，其包括步骤：在目标晶圆衬底上外延生长p-n结量子发光薄膜层；在p-n结量子发光薄膜层表面外延生长第一层分布式布拉格反射光栅作为垂直腔面发射激光器的底部反射层，得到带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片；在硅晶圆衬底上制作具有脉冲宽度调制的有源矩阵控制电路；将带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片粘合在有源矩阵显示控制电路上；将带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片的衬底剥离；在剥离衬底后的量子发光外延片上选择性地等离子刻蚀形成与有源矩阵显示控制电路相对应的半导体发光量子层阵列；用介质填平表面，选择性介质等离子刻蚀形成对应于有源矩阵显示控制电路的金属电极阵列；再次用介质填平表面，并将表面平整本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直腔面发射激光器阵列模块的生产方法，其特征在于，包括步骤：在目标晶圆衬底上外延生长p‑n结量子发光薄膜层；在p‑n结量子发光薄膜层表面外延生长第一层分布式布拉格反射光栅作为垂直腔面发射激光器的底部反射层，得到带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片；在硅晶圆衬底上制作具有脉冲宽度调制的有源矩阵控制电路；将带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片粘合在有源矩阵显示控制电路上；将带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片的衬底剥离；在剥离衬底后的量子发光外延片上选择性地等离子刻蚀形成与有源矩阵显示控制电路相对应的半导体发光量子层阵列；用介质填平表面，选择性介质等离子刻蚀形成对应于有源矩阵显示控制电路的金属电极阵列；再次用介质填平表面，并将表面平整；在平整后的表面镀上一层透明通用电极；在透明通用电极表面外延生长第二层分布式布拉格反射光栅作为顶部反射层，得到垂直腔面发射激光器阵列模块。

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面发射激光器阵列模块的生产方法，其特征在于，包括步骤：在目标晶圆衬底上外延生长p-n结量子发光薄膜层；在p-n结量子发光薄膜层表面外延生长第一层分布式布拉格反射光栅作为垂直腔面发射激光器的底部反射层，得到带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片；在硅晶圆衬底上制作具有脉冲宽度调制的有源矩阵控制电路；将带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片粘合在有源矩阵显示控制电路上；将带有第一层分布式布拉格反射光栅的量子发光外延片的衬底剥离；在剥离衬底后的量子发光外延片上选择性地等离子刻蚀形成与有源矩阵显示控制电路相对应的半导体发光量子层阵列；用介质填平表面，选择性介质等离子刻蚀形成对应于有源矩阵显示控制电路的金属电极阵列；再次用介质填平表面，并将表面平整；在平整后的表面镀上一层透明通用电极；在透明通用电极表面外延生长第二层分布式布拉格反射光栅作为顶部反射层，得到垂直腔面发射激光器阵列模块。2.根据权利要求1所述生产方法，其特征在于，所述目标晶圆包括蓝宝石晶圆、硅晶圆与氮化镓晶圆。3.根据权利要求1所述生产方法，其特征在于，所述p-n结量子发光薄膜层为半导体发光器件。4.根据权利要求3所述生产方法，其特征在于，所述p-n结量子发光薄膜层为电场致量子点发光器件、有机半导体发光器件、无机半导体发光器件、氮化镓半导体发光器件、砷...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘小和，
申请(专利权)人：矽照光电厦门有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35