背面散热的VCSEL芯片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了背面散热的VCSEL芯片及其制备方法和应用。该VCSEL芯片包括衬底和在所述衬底上逐层生长的N接触层、NDBR层、有源层、氧化层、PDBR层和P接触层，所述P接触层上形成有金属电极，其中，所述衬底上形成有散热孔，所述散热孔为开孔，所述散热孔的表面形成有金属层。该背面散热的VCSEL芯片不仅结构简单，而且散热效率高，可有效减缓热反转现象，提升VCSEL的外量子效率。

【技术实现步骤摘要】
背面散热的VCSEL芯片及其制备方法和应用
本专利技术属于芯片领域，具体而言，涉及背面散热的VCSEL芯片及其制备方法和应用。
技术介绍
目前高传输速率VCSEL器件，特别是应用于四电平脉冲幅度调制技术（PAM4）的VCSEL，在较高的连续电流驱动下容易产生热累积导致出射光功率出现热反转现象，针对应用于PAM4技术的VCSEL器件在工作中的散热问题，一般的解决方法是在器件封装阶段采用高导热系数银胶进行封装等，这样VCSEL有源区累积的热量需要经GaAs衬底、银胶传至基板，衬底厚度略大，导热系数相对较低，散热速度慢，导致热量无法及时传递。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出背面散热的VCSEL芯片及其制备方法和应用，该背面散热的VCSEL芯片不仅结构简单，而且散热效率高，可有效减缓热反转现象，提升VCSEL的外量子效率。根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种背面散热的VCSEL芯片。根据本专利技术的实施例，该VCSEL芯片包括：衬底和在所述衬底上逐层生长的N接触层、NDBR层、有源层、氧化层、PDBR层和P接触层，所述P接触层上形成有金属电极，其中，所述衬底上形成有散热孔，所述散热孔为开孔，所述散热孔的表面形成有金属层。本专利技术上述实施例的背面散热的VCSEL芯片至少具有以下优点：通过在衬底上形成背面开孔，并在孔的表面形成金属层，一方面可以利用开孔减薄结构结合散热效率较高的金属来进行热量快速传递，大大提高散热效率，另一方面，金属层本身是具有导电性的，即便在衬底表面形成开孔，通过金属层的设置也可以保证芯片的电性能；此外，通过在散热孔表面形成连续的金属层，还可以使金属层与衬底形成固相连接，从而能够借助金属层的连续结构来补给因衬底开孔导致的衬底结构不稳和机械强度减弱的问题，保证衬底的结构稳定性、机械强度和支撑效果；进一步地，散热孔还可以分布在VCSEL芯片的发射区和/或发光区，由此可以进一步提高VCSEL芯片的散热效率。由此，与现有技术相比，该VCSEL芯片不仅结构简单，而且散热效率更高，可有效减缓热反转现象，提升VCSEL的外量子效率。另外，根据本专利技术上述实施例的背面散热的VCSEL芯片还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，背面散热的VCSEL芯片满足以下条件中的至少之一：所述金属电极在所述衬底上的投影区域布置有所述散热孔；所述金属电极为金属圆环，所述金属电极下方刻蚀出有柱形面，所述柱形面在所述衬底上的投影位于所述散热孔的分布区域内；位于所述金属电极下方的氧化层中形成有氧化孔，所述氧化孔在所述衬底上的投影位于所述散热孔的分布区域内；所述衬底远离所述N接触层的一侧和所述散热孔的表面均形成有所述金属层。在本专利技术的一些实施例中，背面散热的VCSEL芯片满足以下条件中的至少之一：所述散热孔的个数为一个或多个；所述衬底厚度为140~160μm；位于所述散热孔表面的所述金属层的厚度为20~60μm；位于所述衬底表面上非散热孔区域的所述金属层的厚度为20~60μm。在本专利技术的一些实施例中，背面散热的VCSEL芯片满足以下条件中的至少之一：所述散热孔未贯穿所述衬底；所述散热孔贯穿所述衬底；所述散热孔延伸至所述N接触层。在本专利技术的一些实施例中，所述衬底的厚度与所述散热孔深度的差值不大于2μm；和/或，所述散热孔延伸至所述N接触层的深度不大于2μm。在本专利技术的一些实施例中，背面散热的VCSEL芯片满足以下条件中的至少之一：所述散热孔的孔径为5~80μm；所述散热孔的孔径为40~80μm；所述金属层为金层；所述金属层和所述散热孔之间形成有AuGeNi合金过渡层。根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种制备上述背面散热的VCSEL芯片的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：（1）在衬底上逐层生长N接触层、NDBR层、有源层、氧化层、PDBR层和P接触层，并在所述P接触层上制备P电极；（2）从所述P接触层开始将一部分外延层刻蚀至氧化层，并对所述氧化层进行氧化；（3）从所述P接触层开始将另一部分外延层刻蚀至NDBR层，并制备N电极；（4）从所述衬底上远离所述P接触层的一侧开始刻蚀散热孔，所述散热孔延伸至所述衬底另一侧或所述N接触层；（5）在所述散热孔表面形成金属层。本专利技术上述实施例的制备背面散热的VCSEL芯片的方法至少具有以下优点：1）不仅工艺简单，还能通过在衬底一侧设置散热孔并结合金属层来显著提高散热效率，同时保证VCSEL芯片的电性能和衬底的结构稳定性、机械强度和支撑效果，使得VCSEL有源区累积的热量能够及时传递出去，从而能够有效缓解VCSEL器件在较高的连续电流驱动下容易产生热累积导致出射光功率出现热反转的问题，提升VCSEL的外量子效率；2）可以将散热孔形成在VCSEL芯片的发射区和/或发光区来进一步提高VCSEL芯片的散热效率；3）采用该方法制得的VCSEL芯片也具有结构简单且散热效率更高的优点。在本专利技术的一些实施例中，制备背面散热的VCSEL芯片的方法满足以下条件中的至少之一：采用光刻胶剥离技术制备所述P电极和所述N电极；采用ICP刻蚀技术对所述外延层和/或所述衬底进行刻蚀；采用电镀法在所述散热孔表面沉积金属层；在所述散热孔表面和所述衬底上远离所述P接触层的一侧形成金属层；所述金属层为金层。在本专利技术的一些实施例中，制备背面散热的VCSEL芯片的方法满足以下条件中的至少之一：在进行所述步骤（2）之前，对所述衬底进行减薄处理；步骤（5）中，预先在所述散热孔表面和所述衬底上远离所述P接触层的一侧形成AuGeNi合金过渡层，再在所述过渡层表面形成所述金属层。根据本专利技术的第三个方面，本专利技术提出了一种电子器件。根据本专利技术的实施例，该电子器件具有上述背面散热的VCSEL芯片或采用上述制备背面散热的VCSEL芯片的方法制得的VCSEL芯片。与现有技术相比，该电子器件的散热性能更好，在较高的连续电流驱动下不易产生因热累积导致出射光功率出现热反转的问题。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的背面散热的VCSEL芯片的结构示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的制备背面散热的VCSEL芯片的方法流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“周向”等指示的方位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种背面散热的VCSEL芯片，其特征在于，包括：/n衬底和在所述衬底上逐层生长的N接触层、NDBR层、有源层、氧化层、PDBR层和P接触层，所述P接触层上形成有金属电极，其中，/n所述衬底上形成有散热孔，所述散热孔为开孔，所述散热孔的表面形成有金属层。/n

【技术特征摘要】
1.一种背面散热的VCSEL芯片，其特征在于，包括：
衬底和在所述衬底上逐层生长的N接触层、NDBR层、有源层、氧化层、PDBR层和P接触层，所述P接触层上形成有金属电极，其中，
所述衬底上形成有散热孔，所述散热孔为开孔，所述散热孔的表面形成有金属层。


2.根据权利要求1所述的VCSEL芯片，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：
所述金属电极在所述衬底上的投影区域布置有所述散热孔；
所述金属电极为金属圆环，所述金属电极下方刻蚀出有柱形面，所述柱形面在所述衬底上的投影位于所述散热孔的分布区域内；
位于所述金属电极下方的氧化层中形成有氧化孔，所述氧化孔在所述衬底上的投影位于所述散热孔的分布区域内；
所述衬底远离所述N接触层的一侧和所述散热孔的表面均形成有所述金属层。


3.根据权利要求2所述的VCSEL芯片，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：
所述散热孔的个数为一个或多个；
所述衬底厚度为140~160μm；
位于所述散热孔表面的所述金属层的厚度为20~60μm；
位于所述衬底表面上非散热孔区域的所述金属层的厚度为20~60μm。


4.根据权利要求1~3中任一项所述的VCSEL芯片，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：
所述散热孔未贯穿所述衬底；
所述散热孔贯穿所述衬底；
所述散热孔延伸至所述N接触层。


5.根据权利要求4所述的VCSEL芯片，其特征在于，所述衬底的厚度与所述散热孔深度的差值不大于2μm；和/或，所述散热孔延伸至所述N接触层的深度不大于2μm。


6.根据权利要求1或5所述的VCSEL芯片，其特征在于，满足以下条件中的至少之...

【专利技术属性】
技术研发人员：王光辉，王青，江蔼庭，吕朝晨，赵风春，钱旭，
申请(专利权)人：华芯半导体研究院北京有限公司，华芯半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11