[发明专利]一种具有背面正负电极的VCSEL器件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有背面正负电极的VCSEL器件，包括外延层，所述外延层下表面的正极18和负极17；所述外延层上表面通过氧化沟道22限定出的含P型欧姆金属层5的台面结构24和所述台面结构24内的氧化层19限定出的发光区组成VCSEL器件单元；所述台面结构24水平方向一侧的外延层上形成有凹槽23，与凹槽23对应的外延层下表面设有凹部14；所述台面结构24的P型欧姆金属5层通过金属层与凹槽23和凹部14电连接至所述外延层下表面形成所述正极18。本发明通过利用刻蚀正面时先定义与刻蚀凹槽，减少背面刻蚀所需深度，提高刻蚀晶圆均匀性且不增加黄光道数，同时达成P型金属连接效果。

技术领域

本发明涉及垂直腔面发射激光器(VCSEL)技术领域，尤其涉及一种具有面正负电极的VCSEL器件及其制备方法。

背景技术

目前，在众多智慧设备比如智慧手机中，对平顶红外照明(IR)投影模块具有巨大的市场需求，该模块在TOF测量、安全摄像设备等具体应用中发挥着至关重要的作用，垂直腔面发射激光器(VCSEL)则是平顶红外照明投影模块中最为核心的器件。

现有的VCSEL器件为了封装时不打线，且易与外部各种不同组件整合，趋向于采用正负电极共同位于器件背面结构，制备工艺需要先在正面键合透明顶衬，再由背面刻蚀至正面金属层做镀金连结，但此工艺步骤具有以下缺点：(1)因刻蚀深度较深工艺上晶圆中心与边缘差异较难控制，且随着刻蚀图形面积不同整片晶圆中心与外围差异也不同，均匀性难控制；(2)刻蚀完成后制程工序由于高地落差大(约9～10um)，后续黄光作业也因此增加难度，容易有曝光不完全使得显影后，容易出现光阻残留影响制程良率；(3)在金属制程选择上，因高度差较高需要厚度较厚，一般只能选择电镀作业。

发明内容

针对上述现有技术中所存在的问题，本发明提出一种具有背面正负电极的VCSEL器件，包括

外延层，所述外延层下表面的正极18和负极17；所述外延层上表面通过氧化沟道(22)限定出的含P型欧姆金属层5的台面结构24和所述台面结构24内的氧化层19限定出的发光区组成VCSEL器件单元；所述台面结构24水平方向一侧的外延层上形成有凹槽23，与凹槽23对应的外延层下表面设有凹部14；所述台面结构的P型欧姆金属层5通过金属层与凹槽23和凹部14电连接至所述外延层下表面形成所述正极18。

电流注入时电子与电洞于量子阱复合产生光子，光子在P型DBR层与N型DBR层组成的高反射率共振腔内来回反射并激发其他光子当增益大于共振腔内部损耗最后于正面出光。

优选的，所述外延层上设有透明顶衬12。

优选的，所述凹槽23形状为圆形、矩形及其它任意形状。

优选的，所述外延层包括多个所述VCSEL器件单元组成的VCSEL阵列。

优选的，所述凹槽23设置于所述VCSEL阵列外侧的外延层上。

优选的，所述凹槽23设置于所述VCSEL阵列的列之间的外延层上。

优选的，所述台面结构24自下而上依次包括N型DBR层3、量子阱层2、氧化层19、P型DBR层1和P型欧姆金属层5；所述台面结构24还包括位于所述P型DBR层1上的第一钝化层4、第二钝化层9和金属层，所述金属层包括正面种子金属层10和电镀金属层11。

优选的，所述透明顶衬12为均一材料的单层结构或不同材料的多层结构；所述多层结构的任一层结构上设置光学元件20，所述光学元件选自漫射器、超表面、透镜、光栅及衍射光学组件，用以实现远场光学效果，如长方形平顶、超大出射角度、小角度及近准直光束、非垂直出射方向和周期性散斑点阵。

优选的，所述外延层下表面包括N+高掺杂半导体层6、N型欧姆金属层13；所述凹部设有第三钝化层15和背面种子金属层16。