CN108808444A - 一种倒装vcsel芯片及制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种倒装VCSEL芯片及制作方法，该倒装VCSEL芯片包括：衬底；设置在所述衬底上的金属层；设置在所述金属层背离所述衬底一侧的透明材料层；设置在所述透明材料层背离所述金属层一侧的欧姆接触层，且所述欧姆接触层部分覆盖所述透明材料层；设置在所述欧姆接触层背离所述透明材料层一侧的量子阱层；设置在所述量子阱层背离所述欧姆接触层一侧的布拉格反射镜层；保护层，所述保护层覆盖所述欧姆接触层、所述量子阱层和所述布拉格反射镜层的侧壁以及覆盖暴露出的所述透明材料层的表面，且部分覆盖所述布拉格反射镜层背离所述量子阱层一侧的表面。该倒装VCSEL芯片电压低，且外延生长时间短。

Description

一种倒装VCSEL芯片及制作方法
技术领域
本发明涉及VCSEL芯片技术领域，更具体地说，尤其涉及一种倒装VCSEL芯片及制作方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，各种各样的VCSEL芯片已广泛应用于人们的日常生活、工作以及工业中，为人们的生活带来了极大的便利。
垂直腔面发射激光器(VerticalCavity Surface Emitting Laser，VCSEL)有别于LED(Light Emitting Diode，发光二极管)和LD(Laser Diode，激光二极管)等其他光源，具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉且易集成大面积阵列等优点，广泛应用于光通信、光互连和光存储等领域。
但是，目前VCSEL芯片采用双面DBR(Distributed Bragg Reflection，分布式布拉格反射镜)的正装结构，用于在量子阱上下两面制作足够大反射率的反射镜以形成谐振腔，作为反射镜的DBR必须足够厚，且为了保证N面反射率大于P面反射率使激光最终从P面出射，量子阱下面的DBR有着更大的厚度。由此导致VCSEL芯片的外延工艺时间长，且成品VCSEL芯片的电压也越高。
那么，如何提供一种电压低且外延生长时间短的VCSEL芯片，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种倒装VCSEL芯片及制作方法，该倒装VCSEL芯片电压低，且外延生长时间短。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种倒装VCSEL芯片，所述倒装VCSEL芯片包括：
衬底；
设置在所述衬底上的金属层；
设置在所述金属层背离所述衬底一侧的透明材料层；
设置在所述透明材料层背离所述金属层一侧的欧姆接触层，且所述欧姆接触层部分覆盖所述透明材料层；
设置在所述欧姆接触层背离所述透明材料层一侧的量子阱层；
设置在所述量子阱层背离所述欧姆接触层一侧的布拉格反射镜层；
保护层，所述保护层覆盖所述欧姆接触层、所述量子阱层和所述布拉格反射镜层的侧壁以及覆盖暴露出的所述透明材料层的表面，且部分覆盖所述布拉格反射镜层背离所述量子阱层一侧的表面。
优选的，在上述倒装VCSEL芯片中，所述透明材料层为ITO层。
优选的，在上述倒装VCSEL芯片中，所述ITO层的厚度为λ/4n，其中，λ为所述量子阱层出射光的波长，n为所述ITO层的折射率。
优选的，在上述倒装VCSEL芯片中，所述倒装VCSEL芯片还包括：
设置在所述衬底背离所述金属层一侧的第一电极。
优选的，在上述倒装VCSEL芯片中，所述倒装VCSEL芯片还包括：第二电极；
其中，所述第二电极的一端设置在所述保护层上，所述第二电极的另一端设置在所述布拉格反射镜层上。
优选的，在上述倒装VCSEL芯片中，所述金属层的材料为Ag材料或Au材料或Al材料。
本发明还提供了一种倒装VCSEL芯片的制作方法，所述制作方法包括：
提供第一衬底；
在所述第一衬底上形成布拉格反射镜层；
在所述布拉格反射镜层背离所述第一衬底的一侧形成量子阱层；
在所述量子阱层背离所述布拉格反射镜层的一侧形成欧姆接触层；
在所述欧姆接触层背离所述量子阱层的一侧形成透明材料层；
在所述透明材料层背离所述欧姆接触层的一侧形成金属层；
提供第二衬底；
将所述金属层键合至所述第二衬底上，且去除所述第一衬底；
刻蚀部分所述布拉格反射镜层、部分所述量子阱层和部分所述欧姆接触层直至暴露出所述透明材料层；
设置保护层，所述保护层覆盖所述欧姆接触层、所述量子阱层和所述布拉格反射镜层的侧壁以及覆盖暴露出的所述透明材料层的表面，且部分覆盖所述布拉格反射镜层背离所述量子阱层一侧的表面。
优选的，在上述制作方法中，所述制作方法还包括：
在所述第二衬底背离所述金属层的一侧形成第一电极。
优选的，在上述制作方法中，所述制作方法还包括：
形成第二电极，其中，所述第二电极的一端设置在所述保护层上，所述第二电极的另一端设置在所述布拉格反射镜层上。
优选的，在上述制作方法中，所述第一衬底为GaAs衬底，所述第二衬底为Si衬底。
通过上述描述可知，本发明提供的一种倒装VCSEL芯片包括：衬底；设置在所述衬底上的金属层；设置在所述金属层背离所述衬底一侧的透明材料层；设置在所述透明材料层背离所述金属层一侧的欧姆接触层，且所述欧姆接触层部分覆盖所述透明材料层；设置在所述欧姆接触层背离所述透明材料层一侧的量子阱层；设置在所述量子阱层背离所述欧姆接触层一侧的布拉格反射镜层；保护层，所述保护层覆盖所述欧姆接触层、所述量子阱层和所述布拉格反射镜层的侧壁以及覆盖暴露出的所述透明材料层的表面，且部分覆盖所述布拉格反射镜层背离所述量子阱层一侧的表面。
该倒装VCSEL芯片采用相应的透明材料层和金属层构成ODR(Omni-DirectionalReflector，全角反射镜)代替了传统VCSEL芯片的量子阱下面的DBR层，且该ODR对于各波长的光均具有很高的反射率，且本身欧姆阻抗也很小，该倒装VCSEL芯片的外延生长时间短且倒装VCSEL芯片电压低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种倒装VCSEL芯片的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种倒装VCSEL芯片的制作方法的流程示意图；
图3a-图3k为图2所示的制作方法的流程示意图的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种倒装VCSEL芯片的结构示意图。
所述倒装VCSEL芯片包括：
衬底11；设置在所述衬底11上的金属层12；设置在所述金属层12背离所述衬底11一侧的透明材料层13；设置在所述透明材料层13背离所述金属层12一侧的欧姆接触层14，且所述欧姆接触层14部分覆盖所述透明材料层13；设置在所述欧姆接触层14背离所述透明材料层13一侧的量子阱层15；设置在所述量子阱层15背离所述欧姆接触层14一侧的布拉格反射镜层16；保护层17，所述保护层17覆盖所述欧姆接触层14、所述量子阱层15和所述布拉格反射镜层16的侧壁以及覆盖暴露出的所述透明材料层13的表面，且部分覆盖所述布拉格反射镜层16背离所述量子阱层15一侧的表面。
可选的，所述金属层12的材料包括但不限为Ag材料或Au材料或Al材料等高反射率金属材料。
具体的，金属层12的材料也可以为多种高反射率金属材料的合金材料，在本发明实施例中并不作限定。
通过上述描述可知，该倒装VCSEL芯片采用相应的透明材料层和金属层构成ODR(Omni-Directional Reflector，全角反射镜)代替了传统VCSEL芯片的量子阱下面的DBR层，且该ODR对于各波长的光均具有很高的反射率，可以作为谐振腔反射镜的材料，且利用导电透明材料层和金属材料制作的ODR本身欧姆阻抗也很小，使倒装VCSEL芯片的电压低。
并且，ODR层的厚度也小于传统VCSEL芯片的量子阱下面的DBR层的厚度，进而使外延生长时间短。
进一步的，所述透明材料层13包括但不限定为ITO层。
具体的，所述ITO层的厚度为λ/4n，其中，λ为所述量子阱层出射光的波长，n为所述ITO层的折射率。
进一步的，如图1所示，所述倒装VCSEL芯片还包括：
设置在所述衬底11背离所述金属层12一侧的第一电极18。
具体的，所述第一电极18为P面金属材料电极，其金属材料在本发明实施例中并不作限定。
进一步的，如图1所示，所述倒装VCSEL芯片还包括：第二电极19。
其中，所述第二电极19的一端设置在所述保护层17上，所述第二电极19的另一端设置在所述布拉格反射镜层16上。
具体的，所述第二电极19为N面金属材料电极，其金属材料在本发明实施例中并不作限定，将所述第二电极19的一端设置在所述保护层17上是为了使电流注入只通过布拉格反射镜层16进行注入，提高电流注入密度和效率。
基于本发明上述实施例提供的一种倒装VCSEL芯片，如图2所示，本发明另一实施例还提供了一种倒装VCSEL芯片的制作方法，所述制作方法包括：
S101：如图3a所示，提供第一衬底31。
具体的，所述第一衬底31包括但不限定于GaAs衬底，用于在其表面生长外延层结构。
S102：如图3b所示，在所述第一衬底31上形成布拉格反射镜层16。
具体的，该倒装VCSEL芯片中的布拉格反射镜层16相当于传统正装VCSEL芯片中量子阱层上的DBR层，其厚度较低。
S103：如图3c所示，在所述布拉格反射镜层16背离所述第一衬底31的一侧形成量子阱层15。
S104：如图3d所示，在所述量子阱层15背离所述布拉格反射镜层16的一侧形成欧姆接触层14。
具体的，所述欧姆接触层14包括但不限定于GaAs欧姆接触层。
S105：如图3e所示，在所述欧姆接触层14背离所述量子阱层15的一侧形成透明材料层13。
具体的，所述透明材料层13包括但不限定为ITO层。
可选的，所述ITO层的厚度为λ/4n，其中，λ为所述量子阱层15出射光的波长，n为所述ITO层的折射率。
S106：如图3f所示，在所述透明材料层13背离所述欧姆接触层14的一侧形成金属层12。
具体的，所述金属层12的材料包括但不限为Ag材料或Au材料或Al材料等高反射率金属材料。
需要说明的是，金属层12的材料也可以为多种高反射率金属材料的合金材料，在本发明实施例中并不作限定。
S107：如图3g所示，提供第二衬底11。
具体的，所述第二衬底11包括但不限定于Si衬底。
S108：如图3h所示，将所述金属层12键合至所述第二衬底11上，且去除所述第一衬底31。
S109：如图3i所示，刻蚀部分所述布拉格反射镜层16、部分所述量子阱层15和部分所述欧姆接触层14直至暴露出所述透明材料层13。
具体的，采用干法刻蚀的方式刻蚀部分所述布拉格反射镜层16、部分所述量子阱层15和部分所述欧姆接触层14直至暴露出所述透明材料层13，以形成台柱结构。
并且，通过湿法氧化技术使所述布拉格反射镜层16中特定高Al组分层被氧化，由外之内形成环形氧化层，该环形氧化层用于起到电流阻挡的作用，使电流注入在特定的区域内进行注入，以提高电流注入密度。
S110：如图3j所示，设置保护层17，所述保护层17覆盖所述欧姆接触层14、所述量子阱层15和所述布拉格反射镜层16的侧壁以及覆盖暴露出的所述透明材料层13的表面，且部分覆盖所述布拉格反射镜层16背离所述量子阱层15一侧的表面。
具体的，所述保护层17包括但不限定于SiNx层或SiO2层或其它绝缘材料薄膜层，用于保护台柱的侧壁以及干法刻蚀后透明材料层13的表面。
进一步的，如图3k所示，所述制作方法还包括：
在所述第二衬底11背离所述金属层12的一侧形成第一电极18。
具体的，将所述第二衬底11进行减薄处理后蒸镀所述第一电极18，所述第一电极18为P面金属材料电极，其金属材料在本发明实施例中并不作限定。
进一步的，如图1所示，所述制作方法还包括：
形成第二电极19，其中，所述第二电极19的一端设置在所述保护层17上，所述第二电极19的另一端设置在所述布拉格反射镜层16上。
具体的，所述第二电极19为N面金属材料电极，其金属材料在本发明实施例中并不作限定，将所述第二电极19的一端设置在所述保护层17上是为了使电流注入只通过布拉格反射镜层16进行注入，提高电流注入密度和效率。
通过上述描述可知，通过上述制作方法制作的倒装VCSEL芯片，采用相应的透明材料层和金属层构成ODR(Omni-Directional Reflector，全角反射镜)代替了传统VCSEL芯片的量子阱下面的DBR层，且该ODR对于各波长的光均具有很高的反射率，可以作为谐振腔反射镜的材料，且利用导电透明材料层和金属材料制作的ODR本身欧姆阻抗也很小，使倒装VCSEL芯片的电压低。
并且，ODR层的厚度也小于传统VCSEL芯片的量子阱下面的DBR层的厚度，进而使外延生长时间短。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种倒装VCSEL芯片，其特征在于，所述倒装VCSEL芯片包括：
衬底；
设置在所述衬底上的金属层；
设置在所述金属层背离所述衬底一侧的透明材料层；
设置在所述透明材料层背离所述金属层一侧的欧姆接触层，且所述欧姆接触层部分覆盖所述透明材料层；
设置在所述欧姆接触层背离所述透明材料层一侧的量子阱层；
设置在所述量子阱层背离所述欧姆接触层一侧的布拉格反射镜层；
保护层，所述保护层覆盖所述欧姆接触层、所述量子阱层和所述布拉格反射镜层的侧壁以及覆盖暴露出的所述透明材料层的表面，且部分覆盖所述布拉格反射镜层背离所述量子阱层一侧的表面。
2.根据权利要求1所述的倒装VCSEL芯片，其特征在于，所述透明材料层为ITO层。
3.根据权利要求2所述的倒装VCSEL芯片，其特征在于，所述ITO层的厚度为λ/4n，其中，λ为所述量子阱层出射光的波长，n为所述ITO层的折射率。
4.根据权利要求1所述的倒装VCSEL芯片，其特征在于，所述倒装VCSEL芯片还包括：
设置在所述衬底背离所述金属层一侧的第一电极。
5.根据权利要求4所述的倒装VCSEL芯片，其特征在于，所述倒装VCSEL芯片还包括：第二电极；
其中，所述第二电极的一端设置在所述保护层上，所述第二电极的另一端设置在所述布拉格反射镜层上。
6.根据权利要求1所述的倒装VCSEL芯片，其特征在于，所述金属层的材料为Ag材料或Au材料或Al材料。
7.一种倒装VCSEL芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
提供第一衬底；
在所述第一衬底上形成布拉格反射镜层；
在所述布拉格反射镜层背离所述第一衬底的一侧形成量子阱层；
在所述量子阱层背离所述布拉格反射镜层的一侧形成欧姆接触层；
在所述欧姆接触层背离所述量子阱层的一侧形成透明材料层；
在所述透明材料层背离所述欧姆接触层的一侧形成金属层；
提供第二衬底；
将所述金属层键合至所述第二衬底上，且去除所述第一衬底；
刻蚀部分所述布拉格反射镜层、部分所述量子阱层和部分所述欧姆接触层直至暴露出所述透明材料层；
设置保护层，所述保护层覆盖所述欧姆接触层、所述量子阱层和所述布拉格反射镜层的侧壁以及覆盖暴露出的所述透明材料层的表面，且部分覆盖所述布拉格反射镜层背离所述量子阱层一侧的表面。
8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：
在所述第二衬底背离所述金属层的一侧形成第一电极。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：
形成第二电极，其中，所述第二电极的一端设置在所述保护层上，所述第二电极的另一端设置在所述布拉格反射镜层上。
10.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述第一衬底为GaAs衬底，所述第二衬底为Si衬底。
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