一种集成光学元件制造技术

本发明专利技术涉及垂直腔面发射激光器技术领域，具体涉及一种集成光学元件

【技术实现步骤摘要】
一种集成光学元件VCSEL芯片及其制作方法


[0001]本专利技术涉及垂直腔面发射激光器
，具体是涉及一种集成光学元件
VCSEL
芯片及其制作方法
。

技术介绍

[0002]VCSEL
（垂直腔面发射激光器）芯片是一种面发射半导体激光器，
VCSEL
具有效率高
、
光束质量好
、
精度高
、
功耗低
、
高可靠
、
调制速率快
、
可大量生产
、
制造成本低等优势，得到广泛应用
。VCSEL
芯片用途广泛，应用领域及场景不一，使得芯片在结构和性能等方面均需要满足各式各样的需求，在如光束形态
、
光功率
、
散热等方面的性能提出了更高的要求，尤其在车载激光雷达，虚拟现实（
VR
）
、
增强现实（
AR
）和
3D
消费电子等领域应用
。
[0003]在
VCSEL
芯片具体器件应用过程中，为了获得需求的光斑
、
光束质量，成像效果，一般会在芯片外加光学元件
,
如
AR
衍射光波导
、
微透镜阵列
、DOE
（衍射光学元件）以及
Diffuser
（扩散片）等
。
而对于外加光学元件方式，存在光学元件是否匹配
、
制造工艺复杂不稳定
、
制造成本较高等问题
。
因此，研发出一种成本低廉
、
易规模化生产，同时能够解决光斑
、
光束质量
、
光功率
、
散热等问题的解决方案很有必要
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种集成光学元件
VCSEL
芯片及其制作方法，该
VCSEL
芯片通过对芯片结构及材料的优化
,
并直接在芯片加工过程中集成光学元件，将制作光学元件作为芯片加工的一道工序统一完成，减少中间环节，匹配度高，提高制作效率和良率，同时能够满足各方面性能的需求
。
[0005]本专利技术提供一种集成光学元件
VCSEL
芯片，所述
VCSEL
芯片自下而上依次是双电极
P
极
、
双电极
N
极
、P
电极
、N
电极
、
钝化层
、GaAs
接触层
、N
‑
DBR、N
‑
限制层
、
多量子阱有源层
、P
‑
限制层
、
氧化层
、P
‑
DBR、GaAs
覆盖层
、SiO2透明介质膜层
、
透明蓝宝石基板
、
增粘层
、
纳米压印树脂层
、
光学元件；所述
P
电极和
N
电极位于所述
VCSEL
芯片同侧，且材料均依次为
Ti/Pd/Ge/Pt/Au
金属材料；所述氧化层在垂直方向与所述
N
电极对应的位置设有氧化孔；所述
P
‑
DBR
和
N
‑
DBR
均由
AlGaAs
和
GaAs
交叠生长而成
。
[0006]本专利技术通过将
P
电极和
N
电极设置在同侧，方便后续双电极的制作，有利于提高后封装散热性能；同时由于
P
面（
P
‑
DBR
）和
N
面（
GaAs
接触层）外延材料体系相近，可以直接匹配相同的
P
电极和
N
电极金属材料，在后续制作过程中可直接一次成型
P
电极和
N
电极，操作方便；在氧化层设置氧化孔，可实现光束质量的调整，提高出光效率；通过
SiO2透明介质膜层将
GaAs
激光外延片与透明蓝宝石基板键合，进行衬底转移，将材料转移至透明基板，增强激光的出射；在透明蓝宝石基板上直接制作光学元件，不仅可以实现背面出光，还可优化光斑
、
光束质量和光功率
。
[0007]进一步的，上述技术方案中，所述
P
‑
DBR
的对数为
20
对
‑
22
对，优选为
22
对；所述
N
‑
DBR
的对数为
35
对
‑
40
对，优选为
40
对
。
[0008]进一步的，上述技术方案中，所述氧化层中铝的组份为
0.97。
[0009]进一步的，上述技术方案中，所述增粘层的厚度为
10nm
‑
20nm。
[0010]进一步的，上述技术方案中，所述纳米压印树脂层所采用材料的折射率为
1.6
‑
1.7
，粘度为
400cps
‑
500cps
，透过率＞
95%
，雾度为
0.4。
[0011]进一步的，上述技术方案中，所述光学元件为
AR
衍射光波导
、
微透镜阵列
、DOE、Diffuser
中的任一种
。
[0012]本专利技术还提供一种如上述集成光学元件
VCSEL
芯片的制作方法，包括以下步骤：
S1.
在
GaAs
衬底上，利用
MOCVD
（金属有机化学气相沉积）自下而上生长出
AlGaAs
激光外延片，依次包括
GaAs
衬底
、GaAs
缓冲层
、
腐蚀截止层
、GaAs
接触层
、N
‑
DBR、N
‑
限制层
、
多量子阱有源层
、P
‑
限制层
、
氧化层
、P
‑
DBR、GaAs
覆盖层；
S2.
在外延片上，采用酸碱清洗方式，利用
PECVD
（等离子体增强化学的气相沉积法）沉积
SiO2透明介质膜层；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种集成光学元件
VCSEL
芯片，其特征在于，所述
VCSEL
芯片自下而上依次是双电极
P
极
、
双电极
N
极
、P
电极
、N
电极
、
钝化层
、GaAs
接触层
、N
‑
DBR、N
‑
限制层
、
多量子阱有源层
、P
‑
限制层
、
氧化层
、P
‑
DBR、GaAs
覆盖层
、SiO2透明介质膜层
、
透明蓝宝石基板
、
增粘层
、
纳米压印树脂层
、
光学元件；所述
P
电极和
N
电极位于所述
VCSEL
芯片同侧，且材料均依次为
Ti/Pd/Ge/Pt/Au
金属材料；所述氧化层在垂直方向与所述
N
电极对应的位置设有氧化孔；所述
P
‑
DBR
和
N
‑
DBR
均由
AlGaAs
和
GaAs
交叠生长而成
。2.
根据权利要求1所述的一种集成光学元件
VCSEL
芯片，其特征在于，所述
P
‑
DBR
的对数为
20
对
‑
22
对，所述
N
‑
DBR
的对数为
35
对
‑
40
对
。3.
根据权利要求1所述的一种集成光学元件
VCSEL
芯片，其特征在于，所述氧化层中铝的组份为
0.97
；所述增粘层的厚度为
10nm
‑
20nm。4.
根据权利要求1所述的一种集成光学元件
VCSEL
芯片，其特征在于，所述纳米压印树脂层所采用材料的折射率为
1.6
‑
1.7
，粘度为
400cps
‑
500cps
，透过率＞
95%
，雾度为
0.4。5.
根据权利要求1所述的一种集成光学元件
VCSEL
芯片，其特征在于，所述光学元件为
AR
衍射光波导
、
微透镜阵列
、DOE、Diffuser
中的任一种
。6.
一种如权利要求1‑5任一项所述的集成光学元件
VCSEL
芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.
在
GaAs
衬底上，利用
MOCVD
生长出
AlGaAs
激光外延片，依次包括
GaAs
衬底
、GaAs
缓冲层
、
腐蚀截止层
、GaAs
接触层
、N
‑
DBR、N
‑
限制层
、
多量子阱有源层
、P
‑
限制层
、
氧化层
、P
‑
DBR、GaAs
覆盖层；
S2.
在外延片上，采用酸碱清洗方式，利用
PECVD
沉积
SiO2透明介质膜层；
S3.
提供一透明蓝宝石基板，采用有机溶液将其表面清洗干净备用；
S4.
将外延片的
SiO2透明介质膜层与清洗后的透明蓝宝石基板在石墨治具中对齐后进行键合；
S5.
通过化学溶液腐蚀方式...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宝，戴文，孙岩，谢粤平，李俊承，王克来，林擎宇，
申请(专利权)人：南昌凯捷半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：