[发明专利]背面散热的VCSEL芯片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了背面散热的VCSEL芯片及其制备方法和应用。该VCSEL芯片包括衬底和在所述衬底上逐层生长的N接触层、NDBR层、有源层、氧化层、PDBR层和P接触层，所述P接触层上形成有金属电极，其中，所述衬底上形成有散热孔，所述散热孔为开孔，所述散热孔的表面形成有金属层。该背面散热的VCSEL芯片不仅结构简单，而且散热效率高，可有效减缓热反转现象，提升VCSEL的外量子效率。

技术领域

本发明属于芯片领域，具体而言，涉及背面散热的VCSEL芯片及其制备方法和应用。

背景技术

目前高传输速率VCSEL器件，特别是应用于四电平脉冲幅度调制技术（PAM4）的VCSEL，在较高的连续电流驱动下容易产生热累积导致出射光功率出现热反转现象，针对应用于PAM4技术的VCSEL器件在工作中的散热问题，一般的解决方法是在器件封装阶段采用高导热系数银胶进行封装等，这样VCSEL有源区累积的热量需要经GaAs衬底、银胶传至基板，衬底厚度略大，导热系数相对较低，散热速度慢，导致热量无法及时传递。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出背面散热的VCSEL芯片及其制备方法和应用，该背面散热的VCSEL芯片不仅结构简单，而且散热效率高，可有效减缓热反转现象，提升VCSEL的外量子效率。

根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种背面散热的VCSEL芯片。根据本发明的实施例，该VCSEL芯片包括：

衬底和在所述衬底上逐层生长的N接触层、NDBR层、有源层、氧化层、PDBR层和P接触层，所述P接触层上形成有金属电极，其中，

所述衬底上形成有散热孔，所述散热孔为开孔，所述散热孔的表面形成有金属层。

本发明上述实施例的背面散热的VCSEL芯片至少具有以下优点：通过在衬底上形成背面开孔，并在孔的表面形成金属层，一方面可以利用开孔减薄结构结合散热效率较高的金属来进行热量快速传递，大大提高散热效率，另一方面，金属层本身是具有导电性的，即便在衬底表面形成开孔，通过金属层的设置也可以保证芯片的电性能；此外，通过在散热孔表面形成连续的金属层，还可以使金属层与衬底形成固相连接，从而能够借助金属层的连续结构来补给因衬底开孔导致的衬底结构不稳和机械强度减弱的问题，保证衬底的结构稳定性、机械强度和支撑效果；进一步地，散热孔还可以分布在VCSEL芯片的发射区和/或发光区，由此可以进一步提高VCSEL芯片的散热效率。由此，与现有技术相比，该VCSEL芯片不仅结构简单，而且散热效率更高，可有效减缓热反转现象，提升VCSEL的外量子效率。

另外，根据本发明上述实施例的背面散热的VCSEL芯片还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，背面散热的VCSEL芯片满足以下条件中的至少之一：所述金属电极在所述衬底上的投影区域布置有所述散热孔；所述金属电极为金属圆环，所述金属电极下方刻蚀出有柱形面，所述柱形面在所述衬底上的投影位于所述散热孔的分布区域内；位于所述金属电极下方的氧化层中形成有氧化孔，所述氧化孔在所述衬底上的投影位于所述散热孔的分布区域内；所述衬底远离所述N接触层的一侧和所述散热孔的表面均形成有所述金属层。

在本发明的一些实施例中，背面散热的VCSEL芯片满足以下条件中的至少之一：所述散热孔的个数为一个或多个；所述衬底厚度为140~160μm；位于所述散热孔表面的所述金属层的厚度为20~60μm；位于所述衬底表面上非散热孔区域的所述金属层的厚度为20~60μm。

在本发明的一些实施例中，背面散热的VCSEL芯片满足以下条件中的至少之一：所述散热孔未贯穿所述衬底；所述散热孔贯穿所述衬底；所述散热孔延伸至所述N接触层。

在本发明的一些实施例中，所述衬底的厚度与所述散热孔深度的差值不大于2μm；和/或，所述散热孔延伸至所述N接触层的深度不大于2μm。