VCSEL芯片及其制备方法技术

公开了一种VCSEL芯片及其制备方法，其中，所述VCSEL芯片包括：基底层、形成于所述基底层上且相互隔离的多个VCSEL单元，以及，在晶圆级别集成地设置于所述多个VCSEL发光单元的多个光调制元件。所述多个VCSEL发光单元通过阴极分区被分为多个子光源区，所述多个光调制元件具有预设结构配置并按照预设的分布方式分布于所述多个子光源区，以通过控制所述多个子光源区中被点亮的子光源区的位置调控所述VCSEL芯片的整体发散角。所述VCSEL芯片通过其自身的结构设计来调控其整体发散角，以扩大所述VCSEL芯片的扫描域，并且，所述VCSEL芯片通过阴极分区的方式降低了分区布线难度。阴极分区的方式降低了分区布线难度。阴极分区的方式降低了分区布线难度。

【技术实现步骤摘要】
VCSEL芯片及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体激光器领域，更为具体地涉及VCSEL芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]VCSEL(Vertical
‑
Cavity Surface
‑
Emitting Laser，垂直腔面发射激光器) 是指在衬底的垂直方向上形成谐振腔，沿垂直方向出射激光的一种半导体激光器。随着VCSEL技术的发展，VCSEL激光器被广泛应用于智慧交通、健康医疗、生物检测和军事安防等领域。
[0003]在实际产业中，VCSEL激光器常作为投射光源来对被测目标进行深度测量以进行三维建模，深度测绘等。在一些应用场景中，还需对被测目标进行广角扫描以对被测目标进行大视角建模。例如，当VCSEL芯片作为车载激光雷达的投射光源被应用时，该应用场景要求VCSEL芯片具有较大的扫描域以更全面地采集路况信息来辅助车辆进行路线规划、路障规避等功能机制的实现。而现有的VCSEL芯片通常的扫描域在90
°
以内，也就是，其仅能扫描被测目标相对较窄的区域。
[0004]为了克服此技术难题，在车载激光雷达中，通常为VCSEL芯片配置一个旋转马达以通过所述旋转马达带动所述VCSEL芯片旋转，通过这样的方式来扩大扫描范围。然而，这种解决方案具有诸多缺陷。
[0005]首先，VCSEL芯片的转动精度依赖于其与旋转马达之间的结构稳定性，以及，旋转马达的控制精度。也就是，如果旋转马达的控制精度不佳，或者， VCSEL芯片与旋转马达之间的配合关系发生改变时，这都将影响VCSEL芯片的扫描效果。
[0006]其次，在所述旋转马达的作用下，VCSEL芯片与被测目标之间相对位置关系发生调整，虽然这种方式能够扩展VCSEL芯片的扫描域，但是由于 VCSEL芯片与被测目标之间相对位置关系发生调整，这会增加后续三维建模的信息处理难度。
[0007]因此，需要一种优化的方案来拓展所述VCSEL芯片的扫描域。

技术实现思路

[0008]本申请的一个优势在于提供了一种VCSEL芯片及其制备方法，其中，所述VCSEL芯片可通过其自身的结构设计调控其整体发散角，以扩大所述 VCSEL芯片的扫描域，也就是，根据本申请实施例的所述VCSEL芯片在无需外部的驱动器的前提下，便能够实现其自身扫描域的拓展(也就是，激光投射范围的拓展)。
[0009]本申请的另一个优势在于提供了一种VCSEL芯片及其制备方法，其中，通过控制所述VCSEL芯片的被点亮区域及其点亮顺序能够调整所述VCSEL 芯片的扫描域和扫描方式，使得所述VCSEL芯片能够适用于多种应用场景。
[0010]本申请的又一个优势在于提供了一种VCSEL芯片及其制备方法，其中，所述VCSEL芯片的寻址电路结构与所述VCSEL芯片的半导体结构设计相互配合，使得所述VCSEL芯片以相对简化的布线结构实现了分区点亮功能。
[0011]为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，根据本申请的一个方面，提供了一
种VCSEL芯片，其包括：
[0012]基底层；
[0013]形成于所述基底层上且相互隔离的多个VCSEL单元，其中，每个所述 VCSEL发光单元包括发光主体、电连接于所述发光主体的正电极和负电极，其中，所有所述VCSEL发光单元的正电极相互电连接以形成所述多个 VCSEL发光单元的顶部电导通图案，所有所述VCSEL发光单元的负电极中多个区域内的负电极相互电连接以形成多个底部电导通图案，所述多个 VCSEL发光单元通过所述顶部电导通图案和所述多个底部电导通图案被分为多个子光源区；以及
[0014]在晶圆级别集成地设置于所述多个VCSEL发光单元的多个光调制元件，其中，所述多个光调制元件具有预设结构配置并按照预设的分布方式分布于所述多个子光源区，以通过控制所述多个子光源区中被点亮的子光源区的位置调控所述VCSEL芯片的整体发散角。
[0015]在本申请的VCSEL芯片中，所述VCSEL芯片进一步包括：电连接于所述多个VCSEL单元的寻址电路结构，所述寻址电路结构包括多条电连接线，其中，每条所述电连接线电连接于所述多个底部电导通图案中至少二底部电导通图案，通过这样的方式，所述寻址电路结构形成所述多个VCSEL 单元的寻址电路以使得任一所述子光源区适于通过同时导通所述多条电连接线中的至少一条电连接线和所述顶部电导通图案来实现电导通。
[0016]在本申请的VCSEL芯片中，所述发光主体产生的激光从所述发光主体的顶部出射，所述多个光调制元件设置于所述发光主体的顶表面。
[0017]在本申请的VCSEL芯片中，所述发光主体自下而上依次包括：N型电接触层、N
‑
DBR层、有源区、限制层、P
‑
DBR层、P型电接触层，其中，所述限制层具有对应于所述有源区的限制孔，所述N
‑
DBR层和P
‑
DBR层被配置为：在所述VCSEL发光单元被导通后，由所述有源区产生的激光在所述N
‑
DBR层和所述P
‑
DBR层之间形成的谐振腔内被多次反射后从所述 P
‑
DBR层出射，所述光调制元件形成于所述P型电接触层。
[0018]在本申请的VCSEL芯片中，所述正电极包括电连接于所述发光主体的出光孔结构和覆盖于所述出光孔结构的第一电导通层，其中，所述出光孔结构形成对应于所述限制孔的出光孔，所有的所述VCSEL发光单元的所述第一电导通层一体式连接以形成所述顶部电导通图案。
[0019]在本申请的VCSEL芯片中，所述第一电导通层具有至少一开孔，所述开孔对应于所述出光孔。
[0020]在本申请的VCSEL芯片中，所述第一电导通层由可透光的导电材料制成。
[0021]在本申请的VCSEL芯片中，所述负电极从所述N型电接触层被引出至所述基底层的底部。
[0022]在本申请的VCSEL芯片中，所述多个光调制元件包括至少一凸透镜和至少一凹透镜。
[0023]在本申请的VCSEL芯片中，至少部分所述凹透镜分布于所述多个子光源区中的邻近所述VCSEL芯片边缘的外层子光源区。
[0024]在本申请的VCSEL芯片中，至少部分所述凸透镜分布于所述多个子光源区中至少部分位于VCSEL芯片的中部区域的内层子光源区。
[0025]在本申请的VCSEL芯片中，所述多个光调制元件具有预设结构配置并相互配合以
使得所述VCSEL芯片的整体发散角大于等于120
°
。
[0026]根据本申请的另一个方面，提供了一种VCSEL芯片的制备方法，其包括：
[0027]形成半导体结构，所述半导体结构自下而上依次包括基底结构、底部导电层结构、N型电接触结构、N
‑
DBR结构、有源区结构、P
‑
DBR结构、P 型电接触结构和待加工层；
[0028]通过蚀刻工艺对所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种VCSEL芯片，其特征在于，包括：基底层；形成于所述基底层上且相互隔离的多个VCSEL单元，其中，每个所述VCSEL发光单元包括发光主体、电连接于所述发光主体的正电极和负电极，其中，所有所述VCSEL发光单元的正电极相互电连接以形成所述多个VCSEL发光单元的顶部电导通图案，所有所述VCSEL发光单元的负电极中多个区域内的负电极相互电连接以形成多个底部电导通图案，所述多个VCSEL发光单元通过所述顶部电导通图案和所述多个底部电导通图案被分为多个子光源区；以及在晶圆级别集成地设置于所述多个VCSEL发光单元的多个光调制元件，其中，所述多个光调制元件具有预设结构配置并按照预设样式设置于所述多个子光源区的激光投射路径上，以通过控制所述多个子光源区中被点亮的子光源区的位置并在所述多个光调制元件的作用下来调控所述VCSEL芯片的整体发散角。2.根据权利要求1所述的VCSEL芯片，进一步包括：电连接于所述多个VCSEL单元的寻址电路结构，所述寻址电路结构包括多条电连接线，其中，每条所述电连接线电连接于所述多个底部电导通图案中至少二底部电导通图案，通过这样的方式，所述寻址电路结构形成所述多个VCSEL单元的寻址电路以使得任一所述子光源区适于通过同时导通所述多条电连接线中的至少一条电连接线和所述顶部电导通图案来实现电导通。3.根据权利要求2所述的VCSEL芯片，其中，所述发光主体产生的激光从所述发光主体的顶部出射，所述多个光调制元件设置于所述发光主体的顶表面。4.根据权利要求3所述的VCSEL芯片，其中，所述发光主体自下而上依次包括：N型电接触层、N
‑
DBR层、有源区、限制层、P
‑
DBR层、P型电接触层，其中，所述限制层具有对应于所述有源区的限制孔，所述N
‑
DBR层和P
‑
DBR层被配置为：在所述VCSEL发光单元被导通后，由所述有源区产生的激光在所述N
‑
DBR层和所述P
‑
DBR层之间形成的谐振腔内被多次反射后从所述P
‑
DBR层出射，所述光调制元件形成于所述P型电接触层。5.根据权利要求4所述的VCSEL芯片，其中，所述正电极包括电连接于所述发光主体的出光孔结构和覆盖于所述出光孔结构的第一电导通层，其中，所述出光孔结构形成对应于所述限制孔的出光孔，所有的所述VCSEL发光单元的所述第一电导通层一体式连接以形成所述顶部电导通图案。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭铭浩，周圣凯，赖威廷，王立，李念宜，
申请(专利权)人：浙江睿熙科技有限公司，
类型：发明
国别省市：