集成在硅控制底板上的竖直发射器制造技术

本发明专利技术公开了一种制造方法，该方法包括：通过在III‑V族半导体基板(20)上沉积多个外延层而制造竖直发射器(32)的阵列(22)，以及在硅基板(26)上制造用于竖直发射器的控制电路(30)。将竖直发射器的相应前侧(52)粘结到硅基板，与控制电路对准。在粘结相应前侧之后，从竖直发射器的相应后侧(50)减薄III‑V族半导体基板，并在竖直发射器上方沉积金属迹线(78)，以将竖直发射器连接到控制电路。

Vertical emitter integrated on silicon control panel

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】集成在硅控制底板上的竖直发射器相关申请的交叉引用本申请要求2016年9月19日提交的美国临时专利申请62/396,253的权益，该申请以引用方式并入本文。
本专利技术整体涉及半导体装置，具体地讲，涉及光电装置及其制造方法。
技术介绍
在常规的顶部发射光电装置(诸如竖直腔面发射激光器(VCSEL))中，半导体基板不仅用作发射器的制造基础，而且用作制造后发射器装置的机械支撑载体。在本说明书和权利要求书中，术语“顶部”和“前部”在本领域使用这些术语的常规意义上被同义地使用，是指在其上(通常通过外延层生长和蚀刻)形成VCSEL的半导体基板的侧面。术语“底部”和“后部”是指半导体基板的相对侧。这些术语是任意的，因为一旦制造，VCSEL将向任何期望方向发射光。底部发射VCSEL装置也是本领域已知的。在此类装置中，在晶片基板(诸如GaAs晶片)上制造外延层之后，将基板减薄到低于VCSEL的发射底表面。顶表面通常附接到散热器，散热器也可提供机械支撑。
技术实现思路
下文描述的本专利技术的实施方案提供了改进的光电装置及其制造方法。因此，根据本专利技术的一个实施方案，提供了一种制造方法，该方法包括：通过在III-V族半导体基板上沉积多个外延层而制造竖直发射器阵列，以及在硅基板上制造用于竖直发射器的控制电路。将竖直发射器的相应前侧粘结到硅基板，与控制电路对准。在粘结所述相应前侧之后，从竖直发射器的相应后侧减薄III-V族半导体基板。在减薄III-V族半导体基板之后，在竖直发射器上方沉积金属迹线以将竖直发射器连接到控制电路。在一些实施方案中，制造竖直发射器阵列包括，在减薄III-V族半导体基板之后，蚀刻外延层以限定单个发射器区域，以及处理发射器区域以产生竖直腔面发射激光器(VCSEL)。附加地或另选地，该方法包括将III-V族半导体基板切割成压模，每个压模包含竖直发射器中的一个或多个，其中粘结相应前侧包括在硅基板上的相应位置处对准并粘结压模中的每一个。附加地或另选地，制造阵列包括，在竖直发射器的前侧的上方沉积金属层，其中金属层充当竖直发射器的前侧和控制电路之间的第一接触件，而金属迹线充当控制电路和竖直发射器的后侧之间的第二接触件。在本专利技术所公开的实施方案中，粘结相应前侧包括在竖直发射器的前侧和硅基板之间施涂聚合物胶。另选地，制造阵列包括在竖直发射器的前侧的上方沉积金属层，并且其中粘结相应前侧包括将竖直发射器的前侧上的金属层以金属与金属粘结的方式粘结到硅基板上沉积的另一金属层。进一步另选地，粘结相应前侧包括在竖直发射器的前侧和硅基板之间形成氧化物粘结。在一些实施方案中，沉积金属迹线包括将单个接触件附接到竖直发射器，使得竖直发射器中的每个均可由控制电路单独控制。附加地或另选地，沉积金属迹线包括将相应共享接触件附接到竖直发射器的预定义的组，使得组中的每个可由控制电路共同控制。通常，所沉积的金属迹线中的至少一些在竖直发射器的后侧和硅基板上的控制电路之间延伸。在本专利技术所公开的实施方案中，该方法包括在沉积金属迹线之后，切割硅基板以形成多个芯片，每个芯片包括竖直发射器中的一个或多个和连接到竖直发射器中的一个或多个的控制电路。在一些实施方案中，该方法包括在所选择的位置上在硅基板上制造光电检测器，使得在将竖直发射器的相应前侧粘结到硅基板之后，光电检测器位于芯片上的竖直发射器的旁边。在公开的实施方案中，制造光电检测器包括，在硅基板上以矩阵几何形状布置光电检测器，以及在硅基板上形成耦接到光电检测器的读出电路，以便从每个芯片输出图像数据。附加地或另选地，该方法包括在竖直发射器的后侧上形成微透镜。根据本专利技术的一个实施方案，还提供了一种光电装置，包括硅基板和硅基板上制造的控制电路。竖直发射器阵列包括在III-V族半导体基板上形成的多个外延层。竖直发射器具有相应的前侧，该相应前侧与控制电路对准地粘结到硅基板并被配置为通过竖直发射器的相应后侧发射辐射。金属迹线设置在竖直发射器上方并且将竖直发射器连接至控制电路。结合附图，从下文中对本专利技术的实施方案的详细描述将更全面地理解本专利技术，在附图中：附图说明图1A-图1F示意性地示出了根据本专利技术的一个实施方案的制造基于VCSEL的投影仪的阶段；图2是根据本专利技术的一个实施方案的VCSEL中各层的示意性横截面视图；图3A-图3C是示出了根据本专利技术的一个实施方案的生产VCSEL装置各阶段的示意性横截面视图；图4A是根据本专利技术的一个实施方案的具有集成电气连接的VCSEL阵列的示意性横截面视图；图4B是根据本专利技术的一个实施方案的VCSEL阵列和控制电路的电路示意图；图5A和图5B是根据本专利技术的其他实施方案的具有集成电气连接的VCSEL装置阵列的示意性横截面视图；图6是根据本专利技术的另一个实施方案的具有集成电气连接的VCSEL装置阵列的示意性横截面视图；图7A-图7C是根据本专利技术的其他实施方案的具有集成电气连接的VCSEL装置阵列的示意性横截面视图；图7D-图7F分别是图7A-图7C的阵列的示意性顶视图；图8A和图8B是根据本专利技术的另选实施方案的具有集成电气连接的VCSEL装置阵列的示意性横截面视图；图9A和图9B是根据本专利技术的实施方案的共享电接触件的示意性顶视图；图10是根据本专利技术的一个实施方案的具有集成微透镜的VCSEL的示意性横截面视图；图11A是根据本专利技术的一个实施方案的基于VSEL阵列的投影仪的示意性侧视图；图11B-图11D是根据本专利技术的另选实施方案的集成投影仪和检测器阵列的示意性侧视图；图12是根据本专利技术的另选实施方案的集成投影仪和检测器阵列的示意性横截面视图；以及图13A和图13B分别是根据本专利技术的一个实施方案的示意性横截面视图和顶视图，示出了在半导体基板上制造的集成VCSEL阵列和控制电路。具体实施方式在半导体光电装置中，竖直发射器(诸如VCSEL)具有输出功率高和光学几何形状方便以及晶片级制造和测试的优点。然而，将发射器粘结到散热器和控制电路的现有过程是复杂且昂贵的。下文描述的本专利技术的实施方案提供了用于晶片规模生产发射器和发射器阵列的改进方法以及由这种方法生产的光电装置。发射器与控制电路集成在单个芯片中，该芯片是通过将发射器制造在其上的III-V族半导体基板和用于发射器的控制电路制造在其上的硅基板粘结在一起而形成的。在一些实施方案中，在硅基板上以及发射器的位置旁边制造光电检测器。读出电路可在基板上形成并耦接到光电检测器以输出图像数据，从而在单个芯片上提供集成照明器和相机。例如，这种集成装置可用于将图案化光投射到目标上并捕获被投影图案的图像，用于深度映射的目的。在下文所述的实施方案中，为了简洁和清晰起见，假定III-V族半导体基板为GaAs晶片，并且假定竖直发射器为VCSEL，包括沉积在GaAs基板上的多个外延层。还假定控制电路是使用CMOS工艺制造的，如本领域中所公知的(在这种情况下，在一些实施方案中使用的光电检测器可方便地包括通过CMOS工艺形成的光电二极管)。然而，本领域的技术人员在阅读本说明书之后将明了，本专利技术的原理可另选地应用于生产其他类型的竖直发射器和/或使用其他种类的III-V族基板以及其他硅制造工艺。所有此类另选实施方案被视为在本专利技术的范围内。图1A-图1F示意性地示出了根据本专利技术的一个实施方案的制造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造方法，包括：通过在III‑V族半导体基板上沉积多个外延层来制造竖直发射器阵列；在硅基板上制造用于所述竖直发射器的控制电路；将所述竖直发射器的相应前侧粘结到所述硅基板，与所述控制电路对准；在粘结所述相应前侧之后，从所述竖直发射器的相应后侧减薄所述III‑V族半导体基板；以及在减薄所述III‑V族半导体基板之后，在所述竖直发射器上方沉积金属迹线以将所述竖直发射器连接到所述控制电路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.19 US 62/396,2531.一种制造方法，包括：通过在III-V族半导体基板上沉积多个外延层来制造竖直发射器阵列；在硅基板上制造用于所述竖直发射器的控制电路；将所述竖直发射器的相应前侧粘结到所述硅基板，与所述控制电路对准；在粘结所述相应前侧之后，从所述竖直发射器的相应后侧减薄所述III-V族半导体基板；以及在减薄所述III-V族半导体基板之后，在所述竖直发射器上方沉积金属迹线以将所述竖直发射器连接到所述控制电路。2.根据权利要求1所述的方法，其中制造所述竖直发射器阵列包括，在减薄所述III-V族半导体基板之后，蚀刻所述外延层以限定单个发射器区域，以及处理所述发射器区域以产生竖直腔面发射激光器(VCSEL)。3.根据权利要求1所述的方法，包括将所述III-V族半导体基板切割成压模，每一个所述压模包含所述竖直发射器中的一个或多个，其中粘结所述相应前侧包括在所述硅基板上的相应位置处对准并粘结所述压模中的每一个。4.根据权利要求1所述的方法，其中粘结所述相应前侧包括在所述竖直发射器的所述前侧和所述硅基板之间施涂聚合物胶。5.根据权利要求1所述的方法，其中制造所述阵列包括，在所述竖直发射器的所述前侧的上方沉积金属层，其中所述金属层充当所述竖直发射器的所述前侧和所述控制电路之间的第一接触件，而所述金属迹线充当所述控制电路和所述竖直发射器的所述后侧之间的第二接触件。6.根据权利要求1所述的方法，其中制造所述阵列包括在所述竖直发射器的所述前侧的上方沉积金属层，并且其中粘结所述相应前侧包括将所述竖直发射器的所述前侧上的所述金属层以金属与金属粘结的方式粘结到所述硅基板上沉积的另一金属层。7.根据权利要求1所述的方法，其中粘结所述相应前侧包括在所述竖直发射器的所述前侧和所述硅基板之间形成氧化物粘结。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中沉积所述金属迹线包括将单个接触件附接到所述竖直发射器，使得所述竖直发射器中的每一个均可由所述控制电路单独控制。9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中沉积所述金属迹线包括将相应共享接触件附接到所述竖直发射器的预定义的组，使得所述组中的每一个可由所述控制电路共同控制。10...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·德拉德，A·拉弗莱奎尔，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国,US