CN114498297A - 具有底侧金属层的底部发射发射器阵列 - Google Patents

具有底侧金属层的底部发射发射器阵列 Download PDF

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Abstract

在一些实施方式中，发射器阵列可以包括衬底、衬底上的外延结构、限定在外延结构中的多个底部发射发射器、位于外延结构顶侧的第一电接触部、位于外延结构顶侧的第二电接触部以及设置在衬底底侧的金属层。金属层可以电连接到第二电接触部。金属层可以包括用于多个底部发射发射器的光发射的一个或多个开口。

Description

具有底侧金属层的底部发射发射器阵列
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2020年10月27日提交的美国临时专利申请第63/198，554号的优先权，该申请的标题为“BACKSIDE N-METALCONFIGURATIONS FOR IMPROVED UNIFORMITYWIREBOND-FREE BOTTOM EMITTING VCSEL”。该在先申请的公开内容被认为是本专利申请的一部分，并通过引用并入到本专利申请中。
技术领域
本公开一般涉及激光器和具有底侧金属层的底部发射发射器阵列。
背景技术
垂直发射器件，例如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，可以包括激光器和/或光发射器，其中光束在垂直于衬底表面的方向上发射(例如，从半导体晶片的表面垂直发射)。多个垂直发射器件可以布置在共用衬底上的一个或多个发射器阵列(例如，VCSEL阵列)中。
发明内容
在一些实施方式中，发射器阵列包括衬底；外延结构，在衬底上；
多个底部发射发射器，限定在外延结构中；第一电接触部，位于外延结构顶侧；第二电接触部，位于外延结构顶侧；和金属层，设置在衬底的底侧，其中金属层电连接到第二电接触部，并且其中金属层包括用于多个底部发射发射器的光发射的一个或多个开口。
在一些实施方式中，一种VCSEL阵列包括衬底；外延结构，在衬底上；多个底部发VCSEL，限定在外延结构中；第一电接触部，位于外延结构顶侧；第二电接触部，位于外延结构顶侧；和金属层，设置在衬底的底侧，其中金属层电连接到第二电接触部，并且其中金属层包括一个或多个开口。
在一些实施方式中，光源包括：发射器阵列，包括:衬底；外延结构，在衬底上，该外延结构包括顶部反射镜和底部反射镜；多个底部发射发射器，定在外延结构中；第一电接触部，位于外延结构顶侧；第二电接触部，位于外延结构顶侧，其中第二电接触部横向远离多个底部发射发射器；和金属层，设置在衬底的底侧，其中，金属层电连接到衬底、底部反射镜和第二电接触部，并且其中金属层包括用于多个底部发射发射器的光发射的一个或多个开口。
附图说明
图1是示出了本文描述的发射器阵列的示例横截面的图。
图2是示出了本文描述的发射器阵列的示例横截面的图。
图3是示出图2的发射器阵列的示例底侧的图。
图4是示出图2的发射器阵列的示例底侧的图。
具体实施方式
示例实施方式的以下详细描述参考了附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。
如上所述，诸如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)这样的垂直发射器件是这样一种激光器，其中光束在垂直于衬底表面的方向上发射(例如，从半导体晶片的表面垂直发射)。VCSEL可以形成在外延结构的外延层中，该外延层包括一个或多个活性层(例如，增益区)。VCSEL可以是顶部发射VCSEL或背面发射或底部发射(backside emitting or bottomemitting：BE)VCSEL。在一些情况下，器件可以采用单个VCSEL，或者可以采用多个VCSEL，这些VCSEL布置在共用衬底上的一个或多个发射器阵列中(例如，在单个管芯上或者在单个芯片上)。
典型地，BE VCSEL阵列可以在VCSEL阵列的顶侧包括一组电接触部。例如，BEVCSEL阵列可以包括位于多个VCSEL上方的BE VCSEL阵列顶侧上的阳极接触部，以及位于BEVCSEL阵列顶侧上的与多个VCSEL横向隔开的阴极接触部。在这种配置中，电流可以从阳极流过外延结构中的至少一个活性区，并流入阴极。由于阳极和阴极之间的横向分离，载流子必须行进相对较长的电流路径，这增加了跨BE VCSEL阵列的电阻。这可能会导致跨BEVCSEL阵列的光功率梯度，使得BE VCSEL阵列缺乏光功率均匀性。例如，离阴极更近的VCSEL会检测到较高的电压，导致每个VCSEL的偏置电流更高，而离阴极更远的VCSEL会检测到较低的电压，导致每个VCSEL的偏置电流更低。因此，在特定的检测和感测应用中，其中精度取决于光功率的均匀性，BE VCSEL阵列可能不适合或者可能需要额外的复杂系统来补偿光功率均匀性的缺乏。
本文描述的一些实施方式提供了具有改善的光功率均匀性的BE发射器阵列(例如，BE VCSEL阵列)。发射器阵列可以包括外延结构，其中形成多个BE发射器。BE发射器阵列的顶侧可以包括一组电接触部，并且发射器阵列的底侧可以包括金属层。金属层可以减小发射器阵列的横向电压梯度，从而减小跨发射器阵列的光功率梯度。这样，发射器阵列在不增加芯片尺寸的情况下提高了光功率均匀性。因此，发射器阵列可以使得光学检测和感测能够以提高的精度来执行。在一些实施方式中，光源(例如，用于感测应用)可以包括BE发射器阵列。在一些实施方式中，一种方法可以包括使用本文描述的BE发射器阵列生成(或形成)用于三维感测的光点阵列。
图1是示出本文描述的发射器阵列100的示例横截面的图。如图1所示，发射器阵列100可以包括衬底102和外延结构104(例如，包括多个外延层)。外延结构104可以包括底部反射镜106和顶部反射镜108。在底部反射镜106和顶部反射镜108之间，外延结构104可以包括一个或多个额外层，例如一个或多个活性层、一个或多个约束(例如，光学约束)层和/或一个或多个隧道结层。多个发射器可以形成在外延结构104中。附图标记110示出了外延结构104的表面处的多个发射器的示例位置(这里可以使用附图标记110来指示这些位置)。多个发射器110可以通过本文描述的外延结构104的一个或多个层(例如，顶部反射镜108、一个或多个额外层和底部反射镜106)延伸到外延结构104中。发射器阵列100还可以包括一组电接触部112(显示为第一电接触部112a和第二电接触部112b)。在一些实施方式中，可以使用一系列过程来制造发射器阵列100。例如，可以使用一个或多个生长过程、一个或多个沉积过程、一个或多个蚀刻过程、一个或多个氧化过程、一个或多个注入过程和/或一个或多个金属化过程以及其他示例来创建发射器阵列100的一层或多层。
图1中所示的发射器阵列100被示为BE发射器阵列(例如，多个发射器110是发射穿过衬底102的光的BE发射器)。在一些实施方式中，发射器阵列100是VCSEL阵列，并且多个发射器110是多个VCSEL(例如，BE VCSEL)。
衬底102包括在其上生长出外延结构104的衬底。在一些实施方式中，衬底102可以由半导体材料形成，例如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)和/或另一种类型的半导体材料。在一些示例中，衬底102可以是半绝缘的或掺杂氮的。
外延结构104包括生长在衬底102上的一组层。在一些实施方式中，外延结构104可以包括生长在衬底102(例如，GaAs衬底)上的一组铝GaAs层(AlGaAs)。在一些实施方式中，外延结构104可以使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术和/或分子束外延(MBE)技术在衬底102上生长。
如图1所示，外延结构104包括底部反射镜106。底部反射镜106包括发射器阵列100的底部反射层。外延结构104还包括顶部反射镜108。顶部反射镜108包括发射器阵列100的顶部反射层。底部反射镜106和顶部反射镜108可以形成发射器阵列100的光学谐振器。底部反射镜106和/或顶部反射镜108可以包括分布式布拉格反射器(DBR)和/或电介质反射镜(也存在其他示例)。例如，底部反射镜106可以包括N-DBR层，顶部反射镜108可以包括P-DBR层。
外延结构104可以包括在底部反射镜106和顶部反射镜108之间的一个或多个活性层(未示出)。活性层可以包括电子和空穴复合(recombination)发光的活性区。例如，活性区可以包括一个或多个量子阱。此外，外延结构104可以包括一个或多个约束层(未示出)，其(例如，通过孔)提供光学和/或电学约束。例如，外延结构104可以包括一个或多个氧化层。作为外延结构104的一个或多个外延层的氧化的结果，可以形成氧化层。例如，氧化层可以是作为外延层(例如，AlGaAs层和/或砷化铝层(AlAs)，也存在其他示例)氧化的结果而形成的氧化铝(Al2O3)层。此外，外延结构104可以包括提供载流子传导的一个或多个隧道结(未示出)(例如，在活性层之间)，使得载流子可以用于额外的受激复合事件。隧道结可以由高掺杂半导体材料层(例如，薄层)形成(例如，一个或多个N++层和一个或多个P++层)。
发射器阵列100可以包括第一电接触部112a和第二电接触部112b，以使电流能够流过发射器阵列100。第一电接触部112a和第二电接触部112b可以是金属接触部，例如欧姆金属接触部。在一些实施方式中，第一电接触部112a是P金属接触部，第二电接触部112b是N金属接触部。例如，第一电接触部112a可以是阳极接触部，第二电接触部112b可以是阴极接触部。在一些实施方式中，第一电接触部112a和第二电接触部112b可以都是N金属接触(或P金属接触)，并且外延结构104可以包括一个或多个隧道结。在一些实施方式中，第一电接触部112a和/或第二电接触部112b可以包括退火金属化层。例如，第一电接触部112a和/或第二电接触部112b可以包括可以让电流流过的铬-金(Cr-Au)层、金-锌(Au-Zn)层或钛-铂-金(TiPtAu)层，也存在其他示例。
第一电接触部112a可以位于发射器阵列100的顶侧(例如，前侧)(例如，与衬底102相对和邻近的外延结构104相对)。第一电接触部112a的位置可以限定外延结构104中多个发射器110的位置(例如，第一电接触部112a可以与多个发射器110垂直对准)。第二电接触部112b也可以位于发射器阵列100的顶侧。第二电接触部112b可以横向远离多个发射器110(例如，第二电接触部112b可以不与多个发射器110垂直对准)。第二电接触部112b可以填充延伸到底部反射镜106(例如，N-DBR层)、衬底102或单独的接触层(例如，单独的N掺杂接触层)的沟槽。第一电接触部112a和第二电接触部112b可以彼此电分离。
第二电接触部112b可以电连接到底部反射镜106(例如，N-DBR层)和/或衬底102。因此，电流可以从第一电接触部112a(例如，P-金属接触部)流过(如电流路径114所示)活性区、底部反射镜106(例如，N-DBR层)和/或一个或多个N-掺杂层，并进入第二电接触部112b(例如，N-金属接触部)。如果第二电接触部112b电连接到衬底102(例如，衬底102是N衬底)，则电流也可以横向流过衬底102(如电流路径116所示)。因此，如上所述，因为载流子必须在第一电接触部112a和第二电接触部112b之间行进相对较长的路径，所以增加了跨发射器阵列100的电阻，导致光功率梯度。
图1中的发射器阵列100显示为平面结构(例如，具有氧化沟槽)。在一些实施方式中，发射器阵列100可以具有氧化物限制配置、仅注入配置(例如，用于电流约束)或非平面配置，例如台面配置。在台面结构中，在外延结构104中不蚀刻氧化沟槽。相反，外延结构104的区域被蚀刻以给每个发射器110留下各自的台面。
在一些实施方式中，发射器阵列100被配置用于以无引线接合方式附接到另一基板，例如底座和/或印刷电路板，以及其他示例。例如，发射器阵列100可以被配置用于倒装芯片接合(例如，发射器阵列100在邻近衬底102的发射器阵列100的底侧上不包括电接触部)。
在一些实施方式中，可以使用一系列步骤来制造发射器阵列100。例如，底部反射镜106、活性层、氧化层和顶部反射镜108可以外延生长在衬底102上，之后第一电接触部112a(例如，P金属接触)可以沉积在顶部反射镜108上。接下来，可以蚀刻氧化沟槽以暴露氧化层用于氧化。第二电接触部112b(例如，N-金属接触部)可以沉积在氧化沟槽中和顶部反射镜108上。在一些实施方式中，可以通过离子注入产生注入隔离材料，之后可以沉积介电钝化/镜面层。在一些实施方式中，可以在电介质钝化/镜层中蚀刻电介质过孔开口(例如，以暴露P金属接触)。可以执行电镀、籽晶和蚀刻，之后可以将衬底102减薄和/或精研至目标厚度。
图1所示的层的数量和布置是作为例子提供的。实际上，发射器阵列100可以包括额外层、更少的层、不同的层或与图1中所示的不同布置的层。额外地或替代地，发射器阵列100的一组层(例如，一个或多个层)可以分别执行被描述为由发射器阵列100的另一组层执行的一个或多个功能。
虽然发射器阵列100的设计被描述为包括多个VCSEL，但是其他实施方式是可以的。例如，发射器阵列100的设计可以应用于另一种类型的光学器件，例如发光二极管(LED)，或者另一种类型的垂直发射(例如底部发射)光学器件。另外，发射器阵列100的设计可以应用于任何波长、功率水平、发射轮廓等的发射器。换句话说，发射器阵列100并不限于具有给定性能特征的发射器。在一些实施方式中，发射器110可以输出900纳米(nm)至1550nm之间的波长。
图2是示出本文描述的发射器阵列200的示例横截面的图。如图2所示，发射器阵列200可以具有与发射器阵列100相似的结构。也就是说，如上所述，发射器阵列200可以包括衬底102、外延结构104、多个发射器110和一组电接触部112。此外，发射器阵列200可以包括金属层202。金属层202可以设置在发射器阵列200的底侧(例如，背侧)(例如，与外延结构104相对并且邻近衬底102)。金属层202可以包括一个或多个开口204。一个或多个开口204可以被配置为让来自多个发射器110的光发射经过，如垂直线和向下箭头所示。
金属层202可以包括可以让电流流过的导电层。例如，金属层202可以包括欧姆金属层。在一些实施方式中，金属层202可以由与电接触部112a和112b相同的材料构成(例如，Cr-Au、Au-Zn或TiPtAu等等)。金属层202可以与第二电接触部112b、底部反射镜106和/或衬底102电连接。例如，如上所述，第二电接触部可以包括N-金属接触部，底部反射镜106可以包括N-DBR层，并且衬底可以包括N-衬底，并且金属层202可以包括N-金属层。这样，电流可以横向流过金属层202(由电流路径206示出)。此外，电流可以相对于底部反射镜106或衬底102以较小的电阻流过金属层202，从而减小了跨经发射器阵列200的光功率梯度。
在一些实施方式中，衬底102可以包括集成光学器件。例如，衬底102的底部(例如，与外延结构104相对)可以形成为一个或多个光学部件，例如一个或多个透镜、扩散器和/或衍射光学元件等等。这里，一个或多个光学部件可以与开口204对准(例如，使得一个或多个发射器110的垂直光发射在穿过开口204之前穿过一个或多个光学部件)。
在一些实施方式中，发射器阵列200的极性可以与本文描述的相反。例如，第一电接触部112a可以包括N-金属接触部，第二电接触部112b可以包括P-金属接触部，底部反射镜106可以包括P-DBR层，衬底可以包括P-衬底，金属层202可以包括P-金属层。
如上所述，图2是一个例子。其他示例可以与图2中描述的不同。
图3是示出图2的发射器阵列200的示例底侧的图。特别地，图3示出了示例金属层202的仰视图。如图所示，金属层202可以包括用于多个发射器110的相应开口204。这里，每个发射器110的发射区302(例如，活性区)可以与金属层202中的相应开口204对准(例如，使得发射器110的垂直光发射穿过开口204)。发射器110的相应开口204之间的金属层202的金属迹线提供横向电流传输(由电流路径206示出)，这减小了发射器阵列200上的电阻和光功率梯度。
如图所示，开口204可以是六边形的，或者可以是诸如矩形或圆形的其他形状。开口204可以均匀或非均匀地分布在金属层202上，以分别容纳发射器阵列200中的均匀或非均匀分布的发射器110。
开口204可以具有允许最小光阻挡的宽度(例如，最小尺寸)，该最小光阻挡可以似乎由衬底102内的工艺未对准和/或光发散所引起的。例如，对准误差可以为大约1到5微米(μm)，并且衬底102内的发散可以为大约5到10μm。因此，开口204可以具有比发射器110的发射区302的宽度宽10μm或20μm的宽度。例如，开口204可以具有大约30μm的宽度，相关联的发射器110具有10μm宽的发射区302。此外，相邻开口204之间的间距(例如，相邻开口204的中心点之间的间距)可以基于开口204的宽度和/或与抗反射涂层(AR)和/或金属层202的应用相关联的对准误差。例如，相邻开口204之间的最小距离可以是大约40μm，相关联的发射器110具有10μm宽的发射区302。换句话说，具有10μm发射区302的相邻发射器110之间的最小距离(例如，相邻发射器110的发射区302的中心点之间)可以是大约40μm
在一些实施方式中，AR涂层可以被施加到基底102的底侧。例如，AR涂层可以设置在衬底102的底侧上，与各个开口204对准。作为示例，AR涂层可以设置在各个开口204中的每一个中(例如，而不是将AR涂层作为层施加)。在一些实施方式中，发射器阵列200可以被配置为与铜(Cu)柱一起使用。铜柱可以包括通过钎焊附接到管芯和封装衬底的金属柱，并且可以提供散热器和/或导电性。因此，如上所述，铜柱可以提供发射器阵列200到另一衬底的倒装互连(flip-chip interconnection)。这里，各个铜柱可以与多个发射器110中的每一个对准地连接到发射器阵列200。
如上所述，图3是一个例子。其他示例可以与图3中描述的不同。
图4是示出图2的发射器阵列200的示例底侧的图。特别地，图4示出了示例金属层202的仰视图。如图所示，金属层202可以包括用于多个发射器110的发射器子阵列402(或“组”)的相应开口204。发射器子阵列402可以包括多个发射器110中的多个发射器，并且每个发射器子阵列402可以包括多个发射器110中的不同发射器。这里，多个发射器110的发射区302可以与金属层202中的相应开口204对准(例如，使得多个发射器110的垂直光发射穿过开口204)。发射器子阵列402的相应开口204之间的金属层202的金属迹线提供横向电流传输，这降低了跨经发射器阵列200的电阻和光功率梯度。
发射器子阵列402可以布置在发射器110的列、发射器110的行和/或发射器110的簇中，此外也包括其他例子。因此，开口204可以被配置用于发射器110的列和/或发射器的行(例如，从金属层202的前后和/或从金属层202的左右延伸的细长开口)和/或被配置用于发射器110的簇(例如，圆形开口、方形开口和/或六边形开口，此外也包括其他例子)。在一些实施方式中，第一发射器子阵列402和第二发射器子阵列402可以具有不同的布置(例如，第一发射器子阵列402可以布置成列，第二发射器子阵列402可以布置成簇)和/或可以包括不同数量的发射器110。因此，第一开口204和第二开口204可以具有不同的形状(例如，以适应发射器子阵列402的不同布置)和/或不同的尺寸(例如，以容纳不同数量的发射器110)。开口204可以均匀或非均匀地分布在金属层202上，以分别容纳发射器阵列200中的均匀或非均匀分布的发射器子阵列402。
在一些实施方式中，不同组的相邻开口204可以具有不同的开口与开口之间的间距(例如，开口边缘之间的最小距离)。例如，第一开口204和第二开口204的相邻边缘之间的第一最小距离可以不同于第三开口204和第四开口204的相邻边缘之间的第二最小距离。在图4的多组配置中，相邻的发射器110可以比图3配置中的发射器110更靠近在一起。例如，具有10μm发射区302的相邻发射器110之间的最小距离(例如，相邻发射器110的发射区302的中心点之间)可以是大约18μm。
在一些实施方式中，如上所述，AR涂层可以设置在衬底102的底侧，与每一个开口204对准。在图4的多组配置中，由于在多组配置中使用更大的开口204，所以与AR涂层相关的对准误差相对于图3的配置可以减小。此外，如上所述，使用相对较大的开口204的多组配置可以促进光学部件在衬底102上的集成。此外，在多组配置中，相应铜柱块可以与每个开口204对准地连接到发射器阵列200(例如，而不是单独地连接到每个发射器110)，从而有助于铜柱技术的使用。
如上所述，图4是一个例子。其他示例可以与图4中描述的不同。
前述公开内容提供了说明和描述，但不旨在穷举或将实施方式限制于所公开的精确形式。可以根据上述公开进行修改和变化，或者可以从实施方式的实践中获得修改和变化。此外，本文描述的任何实施方式都可以被组合，除非前述公开明确地提供了一个或多个实施方式不能被组合的理由。
即使特征的特定组合在权利要求中被引用和/或在说明书中被公开，这些组合并不旨在限制各种实施方式的公开。事实上，这些特征中的许多可以以权利要求中没有具体叙述和/或说明书中没有公开的方式组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可以直接依赖于仅一个权利要求，但是各种实施方式的公开包括每个从属权利要求以及权利要求集中的每个其他权利要求。如本文所使用的，涉及项目列表中的“至少一个”的短语是指那些项目的任何组合，包括单个成员。例如，“a、b或c中的至少一个”意在涵盖a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c，以及相同项目的多个的任意组合。
除非明确描述，否则这里使用的元件、动作或指令不应被解释为关键或必要的。此外，如本文所用，冠词“一”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用此外，如本文所用，冠词“该”旨在包括与冠词“该”相关联的一个或多个项目，并且可以与“该一个或多个”互换使用此外，如本文所用，术语“组”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目或相关和不相关项目的组合)，并且可以与“一个或多个”互换使用当只打算一个项目时，使用短语“只有一个”或类似的语言。此外，如本文所用，术语“具有”意在是开放式术语。此外，短语“基于”意在表示“至少部分基于”，除非另有明确说明。此外，如本文所用，术语“或”在串联使用时旨在包括在内，并且可以与“和/或”互换使用，除非另有明确说明(例如，如果与“任一”或“仅其中之一”结合使用)。此外，为了便于描述，这里可以使用空间上相对的术语，例如“下方”、“下”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与图中所示的另一个元件或特征的关系。除了图中所示的方向之外，空间相关术语旨在包括使用或操作中的设备、装置和/或元件的不同方向。该设备可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，并且这里使用的空间相对描述符同样可以相应地解释。

Claims (20)

1.一种发射器阵列，包括:
衬底；
外延结构，在衬底上；
多个底部发射发射器，限定在外延结构中；
第一电接触部，位于外延结构顶侧；
第二电接触部，位于外延结构顶侧；和
金属层，设置在衬底的底侧，
其中所述金属层电连接到所述第二电接触部，并且
其中所述金属层包括用于多个底部发射发射器的光发射的一个或多个开口。
2.根据权利要求1所述的发射器阵列，其中所述多个底部发射发射器包括多个底部发射垂直腔表面发射激光器。
3.根据权利要求1所述的发射器阵列，其中所述第一电接触部是阳极接触部，所述第二电接触部是阴极接触部。
4.根据权利要求1所述的发射器阵列，其中所述金属层电连接到所述衬底。
5.根据权利要求1所述的发射器阵列，其中所述外延结构包括顶部反射镜和底部反射镜。
6.根据权利要求5所述的发射器阵列，其中所述金属层电连接到所述底部反射镜。
7.根据权利要求5所述的发射器阵列，其中所述第一电接触部设置在所述顶部反射镜上。
8.根据权利要求5所述的发射器阵列，其中所述外延结构包括从所述顶部反射镜延伸到所述底部反射镜的沟槽，并且
其中第二电接触部设置在沟槽中。
9.根据权利要求1所述的发射器阵列，其中所述金属层包括用于所述多个底部发射发射器的相应开口。
10.根据权利要求9所述的发射器阵列，其中所述相应开口中的一开口与多个底部发射发射器中的一发射器的发射区对准。
11.根据权利要求1所述的发射器阵列，其中所述金属层包括用于所述多个底部发射发射器中的一个或多个发射器子阵列的相应开口。
12.根据权利要求11所述的发射器阵列，其中所述相应开口中的一开口与多个底部发射发射器中的多个发射器的发射区对准。
13.根据权利要求1所述的发射器阵列，其中抗反射涂层设置在所述一个或多个开口内的所述衬底的底侧上。
14.根据权利要求1所述的发射器阵列，其中所述衬底的底侧包括与所述一个或多个开口对准的一个或多个集成光学部件。
15.一种垂直腔表面发射激光器阵列，即VCSEL阵列，包括:
衬底；
外延结构，在衬底上；
多个底部发VCSEL，限定在外延结构中；
第一电接触部，位于外延结构顶侧；
第二电接触部，位于外延结构顶侧；和
金属层，设置在衬底的底侧，
其中所述金属层电连接到所述第二电接触部，并且
其中所述金属层包括一个或多个开口。
16.根据权利要求15所述的VCSEL阵列，其中所述第二电接触部横向远离所述多个底部发射VCSEL。
17.根据权利要求15所述的VCSEL阵列，其中所述金属层包括用于所述多个底部发射VCSEL的相应开口。
18.根据权利要求15所述的VCSEL阵列，其中所述金属层包括用于所述多个底部发射VCSEL中的一个或多个VCSEL子阵列的相应开口。
19.一种光源，包括:
发射器阵列，包括:
衬底；
外延结构，在衬底上，该外延结构包括顶部反射镜和底部反射镜；
多个底部发射发射器，限定在外延结构中；
第一电接触部，位于外延结构顶侧；
第二电接触部，位于外延结构顶侧，
其中第二电接触部横向远离多个底部发射发射器；和
金属层，设置在衬底的底侧，
其中，所述金属层电连接到所述衬底、所述底部反射镜和所述第二电接触部，并且
其中所述金属层包括用于多个底部发射发射器的光发射的一个或多个开口。
20.根据权利要求19所述的光源，其中所述金属层包括用于所述多个底部发射发射器中的一个或多个发射器子阵列的相应开口。
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EP3424113B1 (en) * 2016-03-04 2021-04-28 Princeton Optronics, Inc. High-speed vcsel device
US10714892B2 (en) * 2017-01-10 2020-07-14 Ii-Vi Delaware Inc. Light sources with chip-level integrated diffusers
CN110858702A (zh) * 2018-08-22 2020-03-03 三星电子株式会社 背面发光式光源阵列器件和具有其的电子装置

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