[发明专利]底发射结构的垂直腔面发射激光器、数组及其制作方法

说明书

本发明公开了一种底发射结构的垂直腔面发射激光器具有一基板，第一镜单元形成于基板上，有源区形成于第一镜单元上，第二镜单元形成于有源区上。柱体通过定向电感耦合等离子体反应离子蚀刻形成，且柱体曝露第一镜单元、有源区及第二镜单元的一部分，第一金属接触层形成于柱体的顶部，第二金属接触层形成于基板，开孔形成于第二金属接触层内，并与柱体对齐。本发明使垂直腔面发射激光器数组得以更密集的方式封装，从而增加在晶圆上形成的芯片数量并相应地降低芯片成本。

【技术领域】

本发明涉及一种垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emittinglasers；VCSELs)，特别是关于一种垂直腔面发射激光器及其制作方法，使垂直腔面发射激光器数组得以更密集的方式封装，从而增加在晶圆上形成的芯片数量并相应地降低芯片成本。

【背景技术】

半导体激光器被用于许多需要高功率照明的成像应用中，如用于三维成像的结构光源、激光探测和测距(LADAR)、飞时测距法(TOF)三维成像、航空防御和聚变研究等。垂直腔面发射激光器(VCSELs)由于其在低功率、高频等方面的优越性和制造上的优势，在众多半导体激光器中得到了广泛的应用。

垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种半导体微型激光二极管，通常以圆柱形光束发射光。光束由制造它的基板表面垂直发射。由于VCSEL中的光束从基板表面垂直发射，所以在分离成单独的器件之前，可以在晶圆上进行测试。这降低了器件的制作成本，也使得VCSEL不仅可在一维阵列中构建，而且可在二维阵列中构建。

相比于大多数边缘发射激光器，VCSEL通常具有较大的输出孔径。这使得VCSEL产生较小的输出光束发散角，且造就了与光纤的高耦合效率。相比于大多数边缘发射激光器，VCSEL还具有高反射率的镜零件，这也降低了VCSEL的阈值电流，从而降低功耗。低阈值电流也使得VCSEL具有较高的固有调制带宽。在有源区的增益带内，VCSEL的波长也可以通过调整反射层的厚度调节。

在VCSEL结构的一种类型中，形成具有相对较小的氧化孔面积的台面/柱型结构，使其能够进行高速操作。不幸的是，由于氧化物层结构的需求，很难减小VCSEL台面的尺寸。这限制了VCSEL数组的尺寸/密度，从而限制了可以在单个晶圆上制造的VCSEL器件的数量，也增加了芯片成本。

因此，期望能提供一种替代方案和方法来克服上述问题。

【发明内容】

为了克服上述习知技术的缺点，本发明提供下列各种实施例来解决上述问题。

本发明一实施例提供一种底发射结构的垂直腔面发射激光器。垂直腔面发射激光器具有一基板。第一镜单元形成于基板上。有源区形成于第一镜单元上。第二镜单元形成于有源区上。柱体通过定向电感耦合等离子体反应离子蚀刻(directional InductiveCoupled Plasma-Reactive Ion Etcher；ICP-RIE)形成，且柱体曝露第一镜单元、有源区及第二镜单元的一部分。第一金属接触层形成于柱体的顶部。第二金属接触层形成于基板。开孔形成于第二金属接触层内，并与柱体对齐。

本发明一实施例提供一种底发射结构的垂直腔面发射激光器的制作方法。方法包括:形成第一镜单元于基板上；形成有源区于第一镜单元上；形成第二镜单元于有源区上；通过定向电感耦合等离子体反应离子蚀刻形成一柱体，柱体曝露所述第一镜单元、所述有源区及所述第二镜单元的一部分；涂布第一金属接触于柱体的顶部；以及，涂布第二金属接触于基板，其中一开孔形成于所述第二金属接触内，且所述开孔与所述柱体对齐。