CN216563995U - 一种异面电极氮化铝陶瓷衬底的vcsel芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种异面电极氮化铝陶瓷衬底的VCSEL芯片，包括有氮化铝陶瓷层，氮化铝陶瓷层的下表面设有P电极，氮化铝陶瓷层的上表面依次设有P‑DBR和N‑DBR，P‑DBR内设有若干穿孔，穿孔内设有绝缘层，氮化铝陶瓷层与P‑DBR之间设有P型金属接触层，氮化铝陶瓷层中设有若干P电极金属柱，P电极金属柱的上端连接P型金属接触层，下端连接P电极，P‑DBR和N‑DBR之间设有谐振腔层，N‑DBR的上表面设有隔离缓冲层，隔离缓冲层上设有N电极和若干出光孔。本实用新型公开了一种异面电极氮化铝陶瓷衬底的VCSEL芯片，提升了VCSEL芯片的散热效果。避免了由芯片尺寸增加，衬底减薄导致的一系列问题。
Description
技术领域
本实用新型属于VCSEL芯片技术领域，具体涉及一种异面电极氮化铝陶瓷衬底的VCSEL芯片。
背景技术
VCSEL全称Vertical-cavity Surface-emitting Laser，是垂直腔面发射激光器，应用于光通信领域(光模块)，3D感测方面(人脸识别，激光雷达)。
现有VCSEL芯片功率越做越大。随着芯片功率变大的同时也导致了芯片产生热量增加。散热不好让芯片使用寿命降低或失效。为了提高芯片功率，VCSEL芯片尺寸不断增加，相应的不得不减少GaAs衬底厚度。GaAs衬底厚度从原来的120um到100um或80um，甚至现在有公司开始减薄至60um。但是GaAs衬底越薄芯片尺寸越大，芯片的应力也会越大，导致芯片越容易破裂。大大增加了生产工艺难度，降低了产品良率，提升了生产成本。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种异面电极氮化铝陶瓷衬底的VCSEL芯片，包括有氮化铝陶瓷层，氮化铝陶瓷层的下表面设有P电极，氮化铝陶瓷层的上表面从下往上依次设有P-DBR和N-DBR，P-DBR内设有若干穿孔，穿孔的下端连接氮化铝陶瓷层，穿孔的上端连接N-DBR的中部，穿孔内设有绝缘层，氮化铝陶瓷层与P-DBR之间设有P型金属接触层，氮化铝陶瓷层中设有若干贯穿氮化铝陶瓷层上端面和下端面的P电极金属柱，P电极金属柱的上端连接P型金属接触层，下端连接P电极，P-DBR和N-DBR之间设有谐振腔层，所述N-DBR的上表面设有隔离缓冲层，隔离缓冲层上设有N电极和若干出光孔。
作为上述技术方案的优选，所述隔离缓冲层主要由GaP材料制成。
作为上述技术方案的优选，所述谐振腔层由AlGaAsIn材料制成。
作为上述技术方案的优选，所述氧化层主要为氧化铝。
作为上述技术方案的优选，所述谐振腔层与N-DBR之间设有氧化层，氧化层的中部设有透光孔，出光孔与透光孔相对应。
本实用新型的有益效果是：本实用新型公开了一种异面电极氮化铝陶瓷衬底的VCSEL芯片，与传统VCSEL芯片相比，去除了全部GaAs衬底，用氮化铝陶瓷直接与外延层键合。提升了VCSEL芯片的散热效果。避免了由芯片尺寸增加，衬底减薄导致的一系列问题。
附图说明
图1是传统VCSEL芯片的结构示意图；
图2是本申请异面电极氮化铝陶瓷衬底VCSEL芯片结构示意图；
图3是氮化铝陶瓷层键合面的结构示意图；
图4是VCSEL芯片的正面示意图；
图5是氮化铝陶瓷层的刨面结构示意图。
图6是本申请异面电极氮化铝陶瓷衬底VCSEL芯片的制作流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
如图1-2所示，一种异面电极氮化铝陶瓷衬底的VCSEL芯片，包括有氮化铝陶瓷层，氮化铝陶瓷层的下表面设有P电极，氮化铝陶瓷层的上表面从下往上依次设有P-DBR和N-DBR，P-DBR内设有若干穿孔，穿孔的下端连接氮化铝陶瓷层，穿孔的上端连接N-DBR的中部，穿孔内设有绝缘层，氮化铝陶瓷层与P-DBR之间设有P型金属接触层，氮化铝陶瓷层中设有若干贯穿氮化铝陶瓷层上端面和下端面的P电极金属柱，P电极金属柱的上端连接P型金属接触层，下端连接P电极，P-DBR和N-DBR之间设有谐振腔层，所述N-DBR的上表面设有隔离缓冲层，隔离缓冲层上设有N电极和若干出光孔。
进一步的，所述隔离缓冲层主要由GaP材料制成。
进一步的，所述谐振腔层由AlGaAsIn材料制成。
进一步的，所述氧化层主要为氧化铝。
进一步的，所述谐振腔层与N-DBR之间设有氧化层，氧化层的中部设有透光孔，出光孔与透光孔相对应。
本实用新型的VCSEL芯片键合前正面俯视图如图3所示，其中包括有N电极1，绝缘层3，P电极2。
本实用新型VCSEL芯片氮化铝陶瓷层的正面结构如图4所示，氮化铝陶瓷层的图形与芯片镜像，在P电极2处打孔插入P电极金属柱4与基板背面P电极2相连接，P电极2与N电极1之间绝缘层3隔离。
本实用新型的VCSEL芯片氮化铝陶瓷层刨面结构如图5所示，氮化铝陶瓷层打孔后用金属填充形成P电极金属柱4，P电极金属柱4与P电极2相连接，中间由绝缘层2隔离。
本实用新型可以提升芯片的散热性及可靠性。本实用新型通过用氮化铝陶瓷替代GaAs衬底，GaAs的导热系数为46，氮化铝陶瓷的导热系数为200，这使VCSEL芯片的散热效果提升了4倍多。
本实用新型异面电极氮化铝陶瓷衬底的VCSEL芯片的制作过程如图6所示。与传统VCSEL芯片制作工艺相比，外延结构中新增隔离缓冲层(主要是GaP材料)，作为衬底腐蚀的停止层。本实用新型完全去掉了GaAs衬底。用氮化铝陶瓷直接与外延层键合。具体制作过程包括：
1、外延生长：在GaAs衬底上沉积一层隔离缓冲层(主要是GaP材料)(GaAs衬底腐蚀的停止层)，再沉积外延结构(NDBR/谐振腔/PDBR)；
2、光刻工艺：光刻P型电极图形；
3、金属蒸镀：沉积P型电极；
4、钝化层沉积：沉积氮化硅或氧化硅做硬掩模；
5、干法刻蚀：刻蚀钝化层、DBR层和有源区(谐振腔)形成台面；
6、湿法氧化：氧化形成氧化层，中间形成出光孔；
7、绝缘层沉积：台面和台面之间沉积绝缘层，进行器件隔离；
8、金属蒸镀：沉积N型电极；
9、陶瓷基板键合：将外延层的P/N极与氮化铝陶瓷进行键合；
10、GaAs衬底腐蚀：用腐蚀液腐蚀掉所有GaAs衬底；
11、清洗：清洗晶圆；
12、保护层沉积：在隔离缓冲层(GaP)上沉积一层保护层，保护出光孔腔面；
13、划片切割：将晶圆切割划片成单个芯片；
14、AOI&测试：检查芯片外观和测试芯片的性能；
15、分选：分选出合格芯片；
16、芯片封装：对芯片进行封装；
本实用新型的工艺流程避免了衬底减薄步骤，使产品良率提升了约5％-8％，提升了芯片的可靠性。
值得一提的是，本实用新型专利申请涉及的外延生长、光刻工艺、金属蒸镀、钝化层沉积、干法刻蚀等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本实用新型专利的发明点所在，本实用新型专利不做进一步具体展开详述。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化，因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种异面电极氮化铝陶瓷衬底的VCSEL芯片，其特征在于，包括有氮化铝陶瓷层，氮化铝陶瓷层的下表面设有P电极，氮化铝陶瓷层的上表面从下往上依次设有P-DBR和N-DBR，P-DBR内设有若干穿孔，穿孔的下端连接氮化铝陶瓷层，穿孔的上端连接N-DBR的中部，穿孔内设有绝缘层，氮化铝陶瓷层与P-DBR之间设有P型金属接触层，氮化铝陶瓷层中设有若干贯穿氮化铝陶瓷层上端面和下端面的P电极金属柱，P电极金属柱的上端连接P型金属接触层，下端连接P电极，P-DBR和N-DBR之间设有谐振腔层，所述N-DBR的上表面设有隔离缓冲层，隔离缓冲层上设有N电极和若干出光孔。
2.如权利要求1所述的异面电极氮化铝陶瓷衬底的VCSEL芯片，其特征在于，所述隔离缓冲层为GaP材料制成。
3.如权利要求1所述的异面电极氮化铝陶瓷衬底的VCSEL芯片，其特征在于，所述谐振腔层由AlGaAsIn材料制成。
4.如权利要求1所述的异面电极氮化铝陶瓷衬底的VCSEL芯片，其特征在于，所述谐振腔层与N-DBR之间设有氧化层，氧化层的中部设有透光孔，出光孔与透光孔相对应。
5.如权利要求4所述的异面电极氮化铝陶瓷衬底的VCSEL芯片，其特征在于，所述氧化层为氧化铝。
Priority Applications (1)
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| CN202122511747.1U CN216563995U (zh) | 2021-10-18 | 2021-10-18 | 一种异面电极氮化铝陶瓷衬底的vcsel芯片 |
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| CN202122511747.1U Active CN216563995U (zh) | 2021-10-18 | 2021-10-18 | 一种异面电极氮化铝陶瓷衬底的vcsel芯片 |
Country Status (1)
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2021
- 2021-10-18 CN CN202122511747.1U patent/CN216563995U/zh active Active
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