底发射多结VCSEL阵列制造技术

底发射多结VCSEL阵列(200、300、400)包括第一反射器区域、多结有源区域(101、201、301、401)和第二反射器区域。多结VCSEL阵列(200、300、400)通过倒装芯片键合被附接至基座(213、317、414)。多结VCSEL阵列(200、300、400)还包括在第一反射器区域与基板(204、305、405)之间形成的接触层(304、404)。多结VCSEL阵列(200、300、400)通过倒装芯片键合被附接至基座(213、317、414)。414)。414)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】底发射多结VCSEL阵列
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年4月2日提交的美国临时专利申请登记号为63/004,359的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。


[0003]本专利技术一般地涉及垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列并且具体地涉及底发射多结VCSEL阵列。

技术介绍

[0004]与具有水平的法布里
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珀罗(Fabry
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Perot)谐振器和充当镜子的切割面的边缘发射半导体激光器相比，VCSEL具有垂直腔并且发射垂直于表面的圆形光束。与边缘发射半导体激光器相比，VCSEL具有许多优点，例如尺寸紧凑、光束点小、光束发散度低、光谱宽度窄、对温度的敏感度低、上升时间快以及易于制造二维(2D)VCSEL阵列等。
[0005]近年来，VCSEL阵列成为三维(3D)感测应用中的杰出选手。例如，许多智能电话配备有使用飞行时间(Time
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of
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Flight，ToF)法和结构光法进行面部识别的基于VCSEL阵列的3D传感器。另外，基于VCSEL阵列的系统例如光检测和测距(LIDAR)系统，已经进入新兴的自主车辆领域。LIDAR系统可以帮助有效且快速地识别道路上正在行驶的车辆以及行走或站立的行人，从而可以防止致命事故并且缓解无人驾驶汽车面临的大部分具有挑战性的问题之一。
[0006]LIDAR基于ToF测量原理。它用激光光束照亮场景。光束被场景的物体散射。然后LIDAR检测光束的反冲。通过光束行进到物体并从物体返回所需的时间来计算距离。在基于VCSEL的LIDAR应用中，检测范围通常由输出功率确定并且因此LIDAR应用需要高功率VCSEL。
[0007]多结VCSEL表示增加VCSEL的输出功率的一种方法。在多结VCSEL结构中，增益量增加。例如，可以以串联方式配置两个或多于两个的多量子阱(MQW)有源区域以形成多结有源区域。由于在每个MQW有源区域中产生相干光，因此输出功率可以成倍增加。另外，提高了斜率效率。然而，在输出功率增加的同时，多结有源区域中产生的热也会增加，这可能会使多结VCSEL中的过热问题比具有单个MQW有源区域的VCSEL中的过热问题更加严重。过热可能会导致诸如VCSEL输出的波长变化、阈值升高以及功率输出降低的问题。
[0008]因此，有效的散热对于多结VCSEL并且特别是对于多结VCSEL阵列来说是重要的。当安装顶发射(top
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emitting)多结VCSEL时，顶部p+接触层面朝上，并且基板(substrate)被键合至基座(submount)(即散热器)。由于在多结有源区域中产生热，因此热必须通过基板以到达散热器。然而，基板必须足够厚，例如100微米至600微米，以便为VCSEL阵列提供稳定的支承。因此，顶发射多结VCSEL的散热本质上受基板的影响。
[0009]因此，需要改善多结VCSEL阵列的散热。

技术实现思路

[0010]本专利技术公开了用于底发射多结VCSEL阵列设备的方法和装置。在一方面，底发射多结VCSEL阵列设备包括：基座和附接至基座的VCSEL阵列芯片。VCSEL阵列芯片包括基板和在基板上方的第一芯片区域中形成的VCSEL结构。每个VCSEL结构包括在基板上方形成的第一反射器区域、在第一反射器区域上方形成的包括MQW有源区域的多结有源区域、在多结有源区域上方形成的第二反射器区域、以及在第二反射器区域上方形成的焊盘金属层在另一方面，用于制造底发射多结VCSEL阵列设备的方法，包括：在VCSEL阵列芯片的基板上方的第一芯片区域中形成VCSEL结构以及将VCSEL阵列芯片附接在基座上。形成VCSEL结构包括：在基板上方生长第一反射器区域；在第一反射器区域上方生长多结有源区域；在多结有源区域上方生长第二反射器区域；以及在第二反射器区域上方形成焊盘金属层。在VCSEL阵列芯片被附接在基座上之后，焊盘金属层面向基座并且位于基板与基座之间。
[0011]在另一方面，用于制造底发射多结VCSEL阵列设备的方法，包括：在VCSEL阵列芯片的基板上方的第一芯片区域中形成VCSEL结构以及将VCSEL阵列芯片附接在基座上。形成VCSEL结构包括：在基板上方生长第一反射器区域；在第一反射器区域上方生长多结有源区域；在多结有源区域上方生长第二反射器区域；以及在第二反射器区域上方形成焊盘金属层。在VCSEL阵列芯片被附接在基座上之后，焊盘金属层面向基座并且位于基板与基座之间。
[0012]在另一方面，底发射多结VCSEL阵列设备包括：基座和附接至基座的VCSEL阵列芯片。VCSEL阵列芯片包括基板和在基板上方的第一芯片区域中形成的VCSEL结构。每个VCSEL结构包括：在基板上方形成的接触层；在接触层上方形成的第一反射器区域；在第一反射器区域上方形成的多结有源区域；在多结有源区域上方形成的第二反射器区域；以及在第二反射器层上方形成的并且电连接至接触层的焊盘金属层。在VCSEL阵列芯片被附接至基座之后，焊盘金属层面向基座并且位于基板与基座之间。
附图说明
[0013]在说明书完结时的权利要求中特别地指出并且清楚地要求保护被认为是本专利技术的主题。从以下结合附图的详细描述中，本专利技术的上述和其他特征以及优点将变得明显。另外，附图标记的最左边的数字标识附图标记首次出现的附图。
[0014]图1是示例性多结VCSEL结构的截面图。
[0015]图2A示意性地示出了根据本专利技术的一个实施方式的在外延生长工艺之后的多结VCSEL阵列的截面图。
[0016]图2B和图2C示意性地示出了根据本专利技术的一个实施方式的图2A中所示的VCSEL阵列在执行蚀刻和氧化工艺之后的俯视图和截面图。
[0017]图2D和图2E示意性地示出了根据本专利技术的一个实施方式的图2B和图2C中所示的VCSEL阵列在执行沉积步骤之后的截面图。
[0018]图2F和图2G示意性地示出了根据本专利技术的实施方式的图2E中所示的VCSEL阵列在执行组装步骤之后的截面图。
[0019]图3A示意性地示出了根据本专利技术的一个实施方式的在外延生长工艺之后的多结VCSEL阵列的截面图。
[0020]图3B和图3C示意性地示出了根据本专利技术的一个实施方式的图3A中所示的VCSEL阵列在执行蚀刻和氧化工艺之后的俯视图和截面图。
[0021]图3D和图3E示意性地示出了根据本专利技术的一个实施方式的图3B和图3C中所示的VCSEL阵列在执行沉积步骤之后的截面图。
[0022]图3F和图3G示意性地示出了根据本专利技术的实施方式的图3E中所示的VCSEL阵列在执行组装步骤之后的截面图。
[0023]图4A示意性地示出了根据本专利技术的一个实施方式的在外延生长工艺之后的多结VCSEL阵列的截面图。
[0024]图4B和图4C示意性地示出了根据本专利技术的一个实施方式的图4A中所示的VCSEL阵列在执行蚀刻和氧化工艺之后的俯视图和截面图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列设备，包括：基座；以及附接至所述基座的VCSEL阵列芯片，所述VCSEL阵列芯片包括：基板；以及在所述基板上方的第一芯片区域中形成的多个VCSEL结构，每个VCSEL结构包括：在所述基板上方形成的第一反射器区域；在所述第一反射器区域上方形成的包括多个多量子阱(MQW)有源区域的多结有源区域；在所述多结有源区域上方形成的第二反射器区域；以及在所述第二反射器区域上方形成的焊盘金属层，其中，在所述VCSEL阵列芯片被附接至所述基座之后，所述焊盘金属层面向所述基座并且位于所述基板与所述基座之间。2.根据权利要求1所述的VCSEL阵列设备，其中，所述第一反射器区域和所述第二反射器区域各自包括分布式布拉格反射器(DBR)结构。3.根据权利要求1所述的VCSEL阵列设备，还包括电连接至所述第一反射器区域的第一金属层和电连接至所述第二反射器区域的第二金属层。4.根据权利要求1所述的VCSEL阵列设备，还包括在所述基板的面上形成的多个透镜。5.根据权利要求1所述的VCSEL阵列设备，还包括在所述第一反射器区域与所述基板之间形成的接触层。6.根据权利要求5所述的VCSEL阵列设备，还包括电连接至所述接触层的第三金属层和电连接至所述第二反射器区域的第四金属层。7.根据权利要求6所述的VCSEL阵列设备，其中，所述第三金属层在所述第一芯片区域外部并且所述第四金属层在所述第一芯片区域内部。8.一种用于制造垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列设备的方法，包括：在VCSEL阵列芯片的基板上方的第一芯片区域中形成多个VCSEL结构；以及将所述VCSEL阵列芯片附接在基座上，其中，形成所述多个VCSEL结构包括：在所述基板上方生长第一反射器区域；在所述第一反射器区域上方生长多结有源区域；在所述多结有源区域上方生长第二反射器区域；以及在所述第二反射器区域上方形成焊盘金属层，其中，在所述VCSEL阵列芯片被附接在所述基座上之后，所述焊盘金属层面向所述基座并且位于所述基板与所述基座之间。9.根据权利要求8所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜烔锡，贺永祥，锡瓦库马尔，
申请(专利权)人：深圳瑞识智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：