CN113314945B - 背面散热的vcsel芯片及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

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。

Description

背面散热的VCSEL芯片及其制备方法和应用

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。

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：所述散热孔的孔径为5~80μm；所述散热孔的孔径为40~80μm；所述金属层为金层；所述金属层和所述散热孔之间形成有AuGeNi合金过渡层。

根据本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备上述背面散热的VCSEL芯片的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

（1）在衬底上逐层生长N接触层、NDBR层、有源层、氧化层、PDBR层和P接触层，并在所述P接触层上制备P电极；

（2）从所述P接触层开始将一部分外延层刻蚀至氧化层，并对所述氧化层进行氧化；

（3）从所述P接触层开始将另一部分外延层刻蚀至NDBR层，并制备N电极；

（4）从所述衬底上远离所述P接触层的一侧开始刻蚀散热孔，所述散热孔延伸至所述衬底另一侧或所述N接触层；

（5）在所述散热孔表面形成金属层。

本发明上述实施例的制备背面散热的VCSEL芯片的方法至少具有以下优点：1）不仅工艺简单，还能通过在衬底一侧设置散热孔并结合金属层来显著提高散热效率，同时保证VCSEL芯片的电性能和衬底的结构稳定性、机械强度和支撑效果，使得VCSEL有源区累积的热量能够及时传递出去，从而能够有效缓解VCSEL器件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的问题，提升VCSEL的外量子效率；2）可以将散热孔形成在VCSEL芯片的发射区和/或发光区来进一步提高VCSEL芯片的散热效率；3）采用该方法制得的VCSEL芯片也具有结构简单且散热效率更高的优点。

在本发明的一些实施例中，制备背面散热的VCSEL芯片的方法满足以下条件中的至少之一：采用光刻胶剥离技术制备所述P电极和所述N电极；采用ICP刻蚀技术对所述外延层和/或所述衬底进行刻蚀；采用电镀法在所述散热孔表面沉积金属层；在所述散热孔表面和所述衬底上远离所述P接触层的一侧形成金属层；所述金属层为金层。

在本发明的一些实施例中，制备背面散热的VCSEL芯片的方法满足以下条件中的至少之一：在进行所述步骤（2）之前，对所述衬底进行减薄处理；步骤（5）中，预先在所述散热孔表面和所述衬底上远离所述P接触层的一侧形成AuGeNi合金过渡层，再在所述过渡层表面形成所述金属层。

根据本发明的第三个方面，本发明提出了一种电子器件。根据本发明的实施例，该电子器件具有上述背面散热的VCSEL芯片或采用上述制备背面散热的VCSEL芯片的方法制得的VCSEL芯片。与现有技术相比，该电子器件的散热性能更好，在较高的连续电流驱动下不易产生因热累积导致出射光功率出现热反转的问题。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的背面散热的VCSEL芯片的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的制备背面散热的VCSEL芯片的方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。另外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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，参考图1所示，该VCSEL芯片包括：衬底1和在衬底1上逐层生长的N接触层2、NDBR层4、有源层5、氧化层6、PDBR层7和P接触层8，P接触层8上形成有金属电极9（即P电极），其中，衬底1上形成有散热孔12，散热孔12为开孔，散热孔12的表面形成有金属层11。优选地，VCSEL芯片的发射区和/或发光区在衬底1上的投影区域形成有散热孔12。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。

下面参考图1对本发明上述实施例的背面散热的VCSEL芯片进行详细描述。

根据本发明的实施例，VCSEL芯片中，衬底1可以为GaAs衬底，有源层5可以为MQW量子阱有源层。进一步地，参考图1理解，N接触层2的作用是形成N型欧姆接触，3为形成的阴极金属电极（即N电极），NDBR层4的作用是形成反射镜，有源层5的作用是作为发光区，氧化层6的作用是限制电流和光，PDBR层7的作用是形成反射镜，P接触层8的作用是形成P型欧姆接触，氧化层6氧化后形成孔径，即氧化孔10（氧化孔即氧化层中的非氧化区）的作用是限制注入电流和光场，形成光场和电流的限制，金属电极9（即P电极）为阳极金属电极。需要说明的是，本发明中N接触层、NDBR层、有源层、氧化层、PDBR层和P接触层的生长工艺并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以采用常规工艺完成，并且，衬底和各外延层的材质也不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

根据本发明的一个具体实施例，P接触层8上可以形成有金属电极9，金属电极9在衬底1上的投影区域可以布置有散热孔12。现有的芯片结构中，发射区大多位于P电极（即金属电极9）所在区域且与发光区对应，P电极所在区域对应的有源区累积的热量较多，在P电极所在区域对应的衬底部分设置散热孔更有利于将有源区累积的热量快速传递出去，由此，通过在金属电极于衬底上的投影区域设置散热孔，可以结合衬底的开孔结构和散热更快的金属层将有源区累积的热量快速导出，从而大大提高芯片背面散热的效率和效果。

根据本发明的再一个具体实施例，金属电极9可以为金属圆环，金属电极9下方可以刻蚀出有柱形面，柱形面在衬底上的投影可以位于散热孔12的分布区域内，采用该设置可以确保金属电极对应的衬底区域均形成有散热孔，散热区域更大，由此可以进一步提高背面散热的效率和效果。

根据本发明的又一个具体实施例，位于金属电极9下方的氧化层6中形成有氧化孔10（即氧化层中未被氧化的区域），氧化孔10在衬底1上的投影可以位于散热孔12的分布区域内，发明人发现，若散热孔孔径较大且散热孔的分布区域也较大，可能会影响衬底的整体结构和强度，而氧化孔对应的有源区累积热量更多，通过使氧化孔在衬底上的投影位于散热孔的分布区域内，可以确保氧化孔对应的衬底部位均形成有散热孔，由此即便降低散热孔的总分布区域，也能保证较好的背面散热效率及效果。例如，可以在氧化孔下方的衬底上形成一个孔径较大的散热孔，并使散热孔的孔径大于氧化孔的孔径，同时使氧化孔在衬底上的投影位于该散热孔的区域内，由此既可以简化衬底的背面散热结构和衬底刻蚀及电镀工艺，还能保证较好的背面散热效率及效果。

根据本发明的又一个具体实施例，在衬底1上形成的散热孔12的个数并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如散热孔12可以为一个孔径较大的开孔，通过单独的一个开孔形成背面散热区，也可以包括多个孔径相对较小的子开孔，由多个子开孔共同组成背面散热区。考虑到操作的便捷性，可以降低散热孔的个数同时提高散热孔的孔径来提高背面散热效果。

根据本发明的又一个具体实施例，本发明中散热孔12的孔径可以根据发射区、发光区以及散热孔12的个数等实际需要来选择，例如，当使金属电极在衬底上的投影区域设有散热孔时，可以使散热孔的孔径不大于80μm，如可以为80μm、75μm、70μm、65μm、60μm、55μm、50μm、45μm、40μm、35μm、30μm、25μm、20μm、15μm、10μm或5μm等，而当散热孔的个数为1个且使金属电极9在衬底1上的投影位于散热孔区域内时，可以使散热孔的孔径为5~80μm，优选可以为20~45μm或40μm~80μm，由此可以进一步保证较大的背部散热面积和散热效果；进一步地，若使金属电极9下方氧化层6中的氧化孔10在衬底1上的投影位于散热孔区域内，当散热孔个数为1个时，也可以控制散热孔的孔径为5~45或20~45μm，由此既可以保证背面散热效果，又能兼顾VCSEL整体结构和性能。而当散热孔的个数为多个时，还可以使散热孔的孔径为5~10μm，并根据实际需要调整散热孔的个数，此时散热孔可以优选为贯穿衬底的通孔，发明人发现控制散热孔孔径为上述范围，更有利于兼顾VCSEL整体结构和性能。

根据本发明的又一个具体实施例，衬底1远离N接触层2的一侧和散热孔12的表面可以均形成有金属层11，发明人发现，在实际操作过程中，通常采用电镀或电化学层积法等方式形成金属层，由于芯片尺寸较小，很难保证衬底表面上不会沉积金属颗粒，而若采用遮挡方式或在散热孔表面形成金属层后再去除衬底上的金属层，不仅工艺繁琐，还容易引入新的杂质，本发明中通过在衬底上远离N接触层的一侧也形成金属层，一方面可以简化制备工艺流程，避免引入过多杂质，另一方面可以进一步提高衬底非散热孔区域的散热效果，显著改善大电流下的热反转现象，提升VCSEL的外量子效率；再一方面，还可以使位于非散热孔区域的衬底上形成的金属层与散热孔表面的金属层连接，形成一体结构，从而能够进一步保证衬底的结构稳定性和机械强度。

根据本发明的又一个具体实施例，位于散热孔12表面的金属层11的厚度可以为20~80μm，例如可以为25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm或75μm等，位于衬底1表面上非散热孔12区域的金属层11的厚度可以为15~25μm，例如可以为16μm、18μm、20μm、22μm或24μm等，发明人发现，若散热孔表面的金属层厚度过小，一方面难以明显改善背面散热效果，另一方面不足以维持衬底的支撑结构、结构稳定性和强度，而若该金属层厚度过大，又会显著增加原料成本，经济性较差；而若衬底上非散热孔区域的金属层厚度过薄，难以与散热孔表面的金属层形成连续结构，对衬底支撑效果的提升不明显，若非散热孔区域的金属层厚度过厚，同样会导致原料成本显著提高，本发明中通过控制金属层为上述厚度范围，可以在兼顾背面散热效果和整体结构稳定性的基础上进一步降低原料成本。

根据本发明的又一个具体实施例，本发明中衬底1的厚度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际小进行选择。考虑到衬底的散热效果，可以将沉淀的厚度减薄至140~160μm，发明人发现，通过控制衬底厚度为上述范围并结合本发明中衬底散热孔及金属层结构，可以更好的兼顾VCSEL背面散热效果和整体结构的稳定性。

根据本发明的又一个具体实施例，形成散热孔时，可以从衬底远离N接触层的一侧向另一侧刻蚀，其中既可以使刻蚀深度小于衬底的厚度，即散热孔12未贯穿衬底1；也可以使刻蚀深度等于衬底的厚度，即使散热孔12贯穿衬底1形成通孔；再或者，也可以使刻蚀深度大于衬底的厚度，即使散热孔12延伸至N接触层2。进一步地，发明人还发现，若散热孔未刻穿衬底，且衬底的厚度与散热孔深度的差值过大，并不能很好的改善背面散热效果，但若散热孔延伸至N接触层的深度过大，又可能会影响整体的电性能，因此，可以优选将散热孔刻蚀至衬底与N接触层的接触面，并控制冗余为±2μm，即当散热孔12未贯穿衬底1时，衬底1的厚度与散热孔12深度的差值不大于2μm，当散热孔12贯穿衬底1并延伸至N接触层时，控制散热孔延伸至N接触层的深度不大于2μm，由此可以进一步提高VCSEL背面散热效果，并保证器件性能不受影响。

根据本发明的又一个具体实施例，金属层11的材质并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如金属层11可以为金层，相对于其它金属材质，金不仅散热效果较好，还具有良好的延展性和导电性；进一步地，可以在金属层11和散热孔12之间形成AuGeNi合金过渡层，发明人发现，通过预先在散热孔表面形成AuGeNi合金作为过渡层（即种子层），更有利于提高金属层（尤其是金层）的附着力，保证金属层与衬底之间具有较好的结合强度，由此可以更有利于保证金属层的散热效果和衬底的结构稳定性。优选地，刻蚀好散热孔后，可以预先在衬底和散热孔表面进行电子束蒸镀AuGeNi合金，退火后再进行镀金工艺；进一步地，电子束蒸镀AuGeNi合金后，还可以继续蒸镀Au，之后再退火镀金，由此可以进一步提高金属层与衬底的结合强度。另外，过渡层中，电子束蒸镀AuGeNi合金和Au的厚度可以控制在1μm内，例如AuGeNi合金的蒸镀厚度可以为0.05~0.15μm，Au的蒸镀厚度可以为0.15~0.5μm，由此可以进一步确保金属层具有较好的背面散热效果。

根据本发明的又一个具体实施例，可以利用干法刻蚀工艺在衬底减薄后的VCSEL晶圆的衬底面刻蚀出直径5~80μm的圆形通孔至外延与衬底接触界面层，再使用电镀工艺在衬底面镀金，通过镀金通孔进行热量传递，提高散热效率。

综上所述，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。

根据本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备上述背面散热的VCSEL芯片的方法。根据本发明的实施例，参考图2，该方法包括：

（1）在衬底上逐层生长N接触层、NDBR层、有源层、氧化层、PDBR层和P接触层，并在P接触层上制备P电极

根据本发明的实施例，可以在GaAs衬底上利用MOCVD外延生长的办法按照层状结构从下至上依次为N接触层、N-DBR层、MQW有源层、氧化层、PDBR层、P接触层，并利用光刻胶剥离技术完成P电极（即阳极金属电极）的制备。

（2）从P接触层开始将一部分外延层刻蚀至氧化层，并对氧化层进行氧化

根据本发明的实施例，可以利用ICP刻蚀技术从P接触层一侧开始将P接触层、PDBR层等外延层刻至氧化层，并利用氧化炉进行湿法氧化，并在氧化层形成氧化孔，完成氧化层的制备，其中，P电极可以为金属圆环，刻蚀完成后P电极下方的P接触层至氧化层可以形成柱形面，氧化孔的中心优选与金属圆环中心一致。另外，在刻蚀外延层之前，可以预先对沉淀进行减薄处理，使衬底厚度减薄至140~160μm。

（3）从P接触层开始将另一部分外延层刻蚀至NDBR层，并制备N电极

根据本发明的实施例，可以利用ICP刻蚀技术从P接触层一侧开始将P接触层、PDBR层等外延层刻至半绝缘衬底再利用光刻胶剥离技术制备N电极（即阴极金属电极10）。

（4）从衬底上远离P接触层的一侧开始刻蚀散热孔，散热孔延伸至衬底另一侧或N接触层

根据本发明的实施例，可以利用ICP刻蚀技术将从衬底面刻蚀至N接触层与衬底接触界面层，上下可冗余±2μm。

（5）在散热孔表面形成金属层

根据本发明的实施例，可以利用电镀技术将金属Au电镀至衬底背面，并覆盖散热孔表面。优选地，可以预先采用电子束蒸镀法在散热孔表面和衬底上远离P接触层的一侧形成AuGeNi合金过渡层，退火后再进行镀金工艺。进一步地，电子束蒸镀AuGeNi合金后，还可以继续蒸镀Au，之后再退火镀金，由此可以进一步提高金属层与衬底的结合强度。另外，过渡层中，电子束蒸镀AuGeNi合金和Au的厚度可以控制在1μm内，例如AuGeNi合金的蒸镀厚度可以为0.05~0.15μm，Au的蒸镀厚度可以为0.15~0.5μm，由此可以进一步确保金属层具有较好的背面散热效果。

需要说明的是，针对上述背面散热的VCSEL芯片所描述的特征及效果同样适用于该制备背面散热的VCSEL芯片的方法，此处不再一一赘述。

综上所述，本发明上述实施例的制备背面散热的VCSEL芯片的方法至少具有以下优点：1）不仅工艺简单，还能通过在衬底一侧设置散热孔并结合金属层来显著提高散热效率，同时保证VCSEL芯片的电性能和衬底的结构稳定性、机械强度和支撑效果，使得VCSEL有源区累积的热量能够及时传递出去，从而能够有效缓解VCSEL器件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的问题，提升VCSEL的外量子效率；2）可以将散热孔形成在VCSEL芯片的发射区和/或发光区来进一步提高VCSEL芯片的散热效率；3）采用该方法制得的VCSEL芯片也具有结构简单且散热效率更高的优点。

根据本发明的第三个方面，本发明提出了一种电子器件。根据本发明的实施例，该电子器件具有上述背面散热的VCSEL芯片或采用上述制备背面散热的VCSEL芯片的方法制得的VCSEL芯片。与现有技术相比，该电子器件的散热性能更好，在较高的连续电流驱动下不易产生因热累积导致出射光功率出现热反转的问题。需要说明的是，本发明中电子器件的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以根据不同需求将背面散热的VCSEL芯片用于不同的应用场景，以获得所需的电子器件。另外，还需要说明的是，针对上述背面散热的VCSEL芯片和制备背面散热的VCSEL芯片的方法所描述的特征及效果同样适用于该电子器件，此处不再一一赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种背面散热的VCSEL芯片，其特征在于，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金属层，位于非散热孔区域的衬底上形成的金属层与散热孔表面的金属层连接，

其中，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；

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；

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。

2.根据权利要求1所述的VCSEL芯片，其特征在于，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。

3.根据权利要求2所述的VCSEL芯片，其特征在于，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。

4.根据权利要求1~3中任一项所述的VCSEL芯片，其特征在于，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。

5.根据权利要求4所述的VCSEL芯片，其特征在于，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。

6.根据权利要求1或5所述的VCSEL芯片，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：

所述散热孔的孔径为5~80μm；

所述散热孔的孔径为40~80μm；

所述金属层为金层；

所述金属层和所述散热孔之间形成有AuGeNi合金过渡层。

7.一种制备权利要求1~6中任一项所述的背面散热的VCSEL芯片的方法，其特征在于，包括：

（1）在衬底上逐层生长N接触层、NDBR层、有源层、氧化层、PDBR层和P接触层，并在所述P接触层上制备P电极；

（2）从所述P接触层开始将一部分外延层刻蚀至氧化层，并对所述氧化层进行氧化；

（3）从所述P接触层开始将另一部分外延层刻蚀至NDBR层，并制备N电极；

（4）从所述衬底上远离所述P接触层的一侧开始刻蚀散热孔，所述散热孔延伸至所述衬底另一侧或所述N接触层；

（5）在所述散热孔表面和所述衬底上远离所述P接触层的一侧形成金属层，位于非散热孔区域的衬底上形成的金属层与散热孔表面的金属层连接。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：

采用光刻胶剥离技术制备所述P电极和所述N电极；

采用ICP刻蚀技术对所述外延层和/或所述衬底进行刻蚀；

采用电镀法在所述散热孔表面沉积金属层；

所述金属层为金层。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：

在进行步骤（2）之前，对所述衬底进行减薄处理；

步骤（5）中，预先在所述散热孔表面和所述衬底上远离所述P接触层的一侧形成AuGeNi合金过渡层，再在所述过渡层表面形成所述金属层。

10.一种电子器件，其特征在于，具有权利要求1~6中任一项所述的背面散热的VCSEL芯片或采用权利要求7~9中任一项所述的方法制得的背面散热的VCSEL芯片。

Images