[实用新型]在晶圆级别集成的VCSEL器件

说明书

公开了一种在晶圆级别集成的VCSEL器件，其中，所述VCSEL器件包括：外延结构，其自下而上依次包括：衬底、N‑DBR层、有源区、限制层和P‑DBR层，其中，所述限制层形成用于限制发光孔径的限制孔；一体成型于所述外延结构上的半导体光学结构，其中，所述半导体光学结构，包括：光学调制部和包覆所述光学调制部的保护部，所述光学调制部对应于所述限制孔；以及，电连接于所述外延结构的正电极和负电极。所述VCSEL器件在晶圆级别上集成了VCSEL激光器和用于调制VCSEL激光器出射的激光的半导体光学结构。

技术领域

本申请涉及半导体领域，更为具体地涉及在晶圆级别集成的VCSEL器件。

背景技术

垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)是一种半导体激光器，其激光垂直于上表面或下表面射出。相较于传统的边发射半导体激光器，VCSEL激光器具有温漂小、低阈值、光纤耦合效率高、易于集成和封装等特性。

在实际产业中，VCSEL激光器常作为基础的元件(例如，作为光源)与其他器件被组装为模组被应用。例如，当VCSEL激光器被应用于TOF摄像模组时，VCSEL激光器与线路板、支架、光学衍射元件、金属防护罩等器件组装在一起，以形成TOF摄像模组的激光投射模组。

在组装所述VCSEL激光器与其他器件以形成投射模组时，一个重要的技术难题是如何将用于调制激光的光学元件稳定地且精准地安装于VCSEL激光器的激光投射路径上。例如，在如上所述的TOF摄像模组的激光投射模组的组装过程中，光学衍射元件相对于VCSEL激光器的安装精度将极大地影响激光投射模组的性能。

在现有的VCSEL激光器的封装产品中，VCSEL激光器与光学元件之间的相对位置关系依靠物理定位和/或结构配合实现。例如，在如上所述的TOF摄像模组的激光投射模组中，光学衍射元件与VCSEL激光器之间的相对位置关系，依靠于支架安装于线路板的安装精度以及光学衍射元件安装于支架的安装精度来确保。然而，这种依靠物理定位和/或结构配合的技术方案，在实际应用中存在诸多缺陷。

首先，物理定位能够达到的定位精度是有限的，也就是，当VCSEL激光器与光学元件之间的相对位置关系的精度要求较高时，物理定位可能无法满足应用需求。

其次，物理定位的实现需要依托于特定的物理结构，相应地，物理结构配合的自身稳定性将影响定位的稳定性。应可以理解，对于物理结构而言，即便没有发生意外的碰撞，其随着时间的推移，物理结构之间的配合精度也可能会降低，而影响到光学元件和VCSEL激光器之间的相对位置关系。

为了提高VCSEL激光器和光学元件之间的稳定性，一些厂家选择直接将光学元件贴装于VCSEL激光器的激光出射面上。虽然，这种组装方案能够在一定程度上提高VCSEL激光器和光学元件之间的配合稳定性，但是，这种组装方案依旧难以确保VCSEL激光器和光学元件之间的定位配合精度，导致最终形成的产品依然难以满足性能要求。

在实际产业中，VCSEL激光器通常由芯片制造厂提供，而VCSEL封装产品的组装工作则由封装厂来完成。也就是，从VCSEL激光器到VCSEL封装产品经过产业链的两个节点。并且，在实际产业中，封装厂可能采购由不同厂商提供的VCSEL激光器，同时，在组装过程中还有可能发生组装精度不一等问题，导致最终成型的VCSEL封装产品的一致性难以确保。

发明内容

本申请的一个优势在于提供了一种在晶圆级别集成的VCSEL器件，其中，所述VCSEL器件在晶圆级别上集成了VCSEL激光器和用于调制VCSEL激光器出射的激光的半导体光学结构。

本申请的另一优势在于提供了一种在晶圆级别集成的VCSEL器件，其中，在所述VCSEL器件的制备过程中，所述VCSEL激光器和所述半导体光学结构的光学调制部之间在晶圆级别实现相对较为精准地定位，以使得最终成型的所述VCSEL器件中所述VCSEL激光器和所述光学调制部之间具有相对较高的定位精度。