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：相互电隔离的多个VCSEL发光单元和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。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，所述发光主体从下而上依次包括：衬底层、P型电接触层、P

【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。VCSEL芯片具有温漂小、低阈值、光纤耦合效率高、易于集成和封装等特性，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芯片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。
[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，所述VCSEL芯片通过对其自身结构进行异构使得所述VCSEL芯片能够适配于高速电路。
[0010]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：
[0011]相互电隔离的多个VCSEL发光单元，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，所述发光主体从下而上依次包括：衬底层、P型
电接触层、P
‑
DBR层、有源区、限制层、 N
‑
DBR层和N型电接触层，所述限制层具有对应于所述有源区的限制孔；以及
[0012]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相互配合以使得所述 VCSEL芯片的整体发散角大于等于120
°
。
[0013]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芯片的整体发散角等于180
°
。
[0014]在本申请的VCSEL芯片中，所述多个光调制元件包括至少一凹透镜和至少一凸透镜。
[0015]在本申请的VCSEL芯片中，至少部分所述凹透镜设置于位于所述 VCSEL芯片的边缘区域的所述VCSEL发光单元。
[0016]在本申请的VCSEL芯片中，至少部分所述凸透镜设置于位于所述 VCSEL芯片的中部区域的所述VCSEL发光单元。
[0017]在本申请的VCSEL芯片中，至少部分所述光调制元件的光心位于与其对应的所述发光主体所设定的光轴上。
[0018]在本申请的VCSEL芯片中，至少部分所述光调制元件的光心偏离与其对应的所述发光主体所设定的光轴。
[0019]在本申请的VCSEL芯片中，至少部分所述凸透镜的曲率不同。
[0020]在本申请的VCSEL芯片中，所述衬底层由P型半导体材料制成。
[0021]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：
[0022]形成待处理结构，所述待处理结构自下而上依次包括衬底结构、P型电接触结构、P
‑
DBR结构、有源区结构、N
‑
DBR结构、N型电接触结构和待加工层；
[0023]通过蚀刻工艺对所述待加工层进行处理以在所述N型电接触结构的上方形成多个光调制元件，以获得芯片半成品；
[0024]形成电连接于所述N型电接触结构的多个负电极；
[0025]去除所述芯片半成品的至少一部分以形成相互电隔离的多个子结构单元，每个所述子结构单元自下而上包括P型电接触层、P
‑
DBR层、有源区、 N
‑
DBR层和N型电接触层；
[0026]对所述多个子结构单元进行处理以在所述有源区的上方形成具有限制孔的限制层，以形成多个发光主体；以及
[0027]形成分别电连接于所述多个发光主体的多个正电极。
[0028]在本申请的VCSEL芯片的制备方法中，通过蚀刻工艺对所述待加工层进行处理以在所述N型电接触结构的上方形成多个光调制元件，以获得芯片半成品，包括：在所述待加工层上施加可蚀刻层；通过掩模将所述可蚀刻材料塑形为具有预设形状和尺寸的模板，其中，所述模板的预设形状和尺寸与所述光调制元件的形状和尺寸一致；以及，通过蚀刻工艺去除所述模板和所述待加工层的至少一部分，其中，被保留的所述待加工层具有与所述模板一致的形状和尺寸，以形成所述多个光调制元件。
[0029]在本申请的VCSEL芯片的制备方法中，对所述多个子结构单元进行处理以在所述有源区的上方形成具有限制孔的限制层，包括：形成包覆所述负电极的保护层；对所述多个子结构单元进行氧化；以及，暴露所述负电极。
[0030]通过对随后的描述和附图的理解，本申请进一步的目的和优势将得以充分体现。
[0031]本申请的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。
附图说明
[0032]从下面结合附图对本专利技术实施例的详细描述中，本申请的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
[0033]图1图示了根据本申请实施例的VCSEL芯片的示意图。
[0034]图2图示了根据本申请实施例的VCSEL芯片的单个VCSEL发光单元的示意图。
[0035]图3图示了根据本申请实施例的VCSE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：相互电隔离的多个VCSEL发光单元，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，所述发光主体从下而上依次包括：衬底层、P型电接触层、P
‑
DBR层、有源区、限制层、N
‑
DBR层和N型电接触层，所述限制层具有对应于所述有源区的限制孔；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相互配合以使得所述VCSEL芯片的整体发散角大于等于120
°
。2.根据权利要求1所述的VCSEL芯片，其中，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芯片的整体发散角等于180
°
。3.根据权利要求2所述的VCSEL芯片，其中，所述多个光调制元件包括至少一凹透镜和至少一凸透镜。4.根据权利要求3所述的VCSEL芯片，其中，至少部分所述凹透镜设置于位于所述VCSEL芯片的边缘区域的所述VCSEL发光单元。5.根据权利要求4所述的VCSEL芯片，其中，至少部分所述凸透镜设置于位于所述VCSEL芯片的中部区域的所述VCSEL发光单元。6.根据权利要求3所述的VCSEL芯片，其中，至少部分所述光调制元件的光心位于与其对应的所述发光主体所设定的光轴上。7.根据权利要求3所述的VCSEL芯片，其中，至少部分所述光调制元件的光心偏离与其对应的所述发光主体所设定的光轴。8.根据权利要求6或7所述的VCSEL芯片，其中，至少部分所述凸透镜的曲率不同。9.根据权利要求1所述的VCSEL芯片，其中，所述衬底层由P型半...

【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：