一种背发射VCSEL及测试方法与流程

本发明属于激光器的，具体涉及一种背发射vcsel及测试方法。

背景技术：

1、垂直腔表面发射激光器(vcsel)是一种出光方向垂直于谐振腔表面的激光器，其具有体积小、单纵模输出、阈值电流小、光电转换效率高、造价低等特点，可以广泛应用于光通信、光互联、光存储等领域。vcsel根据出光方向区分成正面出光与背面出光的vcsel。其中背发射vcsel与倒装芯片(flip－chip)技术结合时，其n/p电极共面且位于发光面相对的正面以便于表面贴装，因其更高的性能和更低的成本成为未来发展极具竞争力的关注方向。

2、目前主流的测量设备主要包含收光装置和测试平台，将vcsel置于测试平台基板上，n/p电极连接探针给电，通过测试平台上方的收光装置来进行收光，这种测试设备难以支持flip chip背发射vcsel的电性测试。改进方式为将vcsel背面朝下放置于透明的石英玻璃基板上，探针于正面连接n/p电极，收光装置置于测试平台下方，透过石英玻璃基板收光的形式进行测试，这种方式有如下缺点：

3、1、石英玻璃基板温控难度大，气体氛围控温测试难度大、成本高且无法精准控温，无法进行高低温测试；

4、2、石英玻璃对光的吸收和折射效果，使收光装置的收光功率、近远场结果失真，

5、测试精度差。

6、上述缺点限制了flip chip背发射vcsel的性能测试。而开发新的测试设备费用高、难度大，测试成本高，难以在实际生产中实现。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的不足，提供一种背发射vcsel及测试方法。

2、为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

3、一种背发射vcsel，包括外延结构，外延结构的正面设有电极，背面设有电极引出端，背面为出光面；外延结构包括器件区和位于器件区之外的外围区，外围区设有连接结构和绝缘结构，连接结构深入外延结构的至少部分深度，连接结构实现电极和电极引出端的导通，绝缘结构贯穿外延结构的正面和背面，绝缘结构分隔连接结构和器件区以实现电性隔离。

4、可选的，所述电极包括p电极和n电极，所述电极引出端包括p电极引出端和n电极引出端；p电极和p电极引出端之间、n电极和n电极引出端之间各自通过所述连接结构导通。

5、可选的，所述p电极的连接结构和所述n电极的连接结构位于所述器件区的两侧，且与所述器件区之间分别设有所述绝缘结构。

6、可选的，所述外围区包括一测试区，所述p电极的连接结构和所述n电极的连接结构均位于所述测试区内，所述测试区与所述器件区之间通过一所述绝缘结构分隔。

7、可选的，所述连接结构贯穿所述外延结构的正面和背面。

8、可选的，所述外延结构由背面至正面按序包括衬底、n型dbr、有源层和p型dbr，其中所述器件区还包括氧化限制层，所述氧化限制层位于所述有源层与p型dbr之间；所述器件区设有n区连接孔，所述n电极通过所述n区连接孔连接所述n型dbr，所述p电极于所述器件区连接所述p型dbr。

9、可选的，所述连接结构由所述外延结构的背面深入至所述p型dbr。

10、可选的，所述外延结构设有于正面和背面之间延伸的槽孔，所述连接结构为填充所述槽孔形成的金属柱。

11、可选的，所述金属柱与所述电极引出端的材料相同。

12、可选的，还包括第一介质层，所述第一介质层设于所述外延结构的正面，所述电极延伸至所述外围区并位于第一介质层上，所述第一介质层设有让位于所述连接结构与电极连接的开口。

13、可选的，所述外延结构设有贯穿正面和背面的通孔，所述绝缘结构通过通孔内壁覆盖绝缘层形成。

14、可选的，还包括第二介质层，所述第二介质层位于所述外延结构的背面，所述第二介质层同时覆盖所述绝缘结构的内壁形成所述绝缘层，所述第二介质层对应所述连接结构设有开口。

15、可选的，所述第二介质层的材料为sin或sio2，厚度为500～800nm。

16、可选的，所述绝缘结构于所述外延结构背面的投影为条形，位于所述连接结构和器件区之间并分隔所述外延结构。

17、可选的，所述绝缘结构于所述外延结构背面的投影为环形，所述连接结构位于环形内圈。

18、可选的，所述连接结构的宽度为30～80μm，所述绝缘结构的宽度为5～20μm，所述连接结构和绝缘结构之间的距离为5～20μm。

19、可选的，所述器件区包括多个发光器件单元形成的阵列，所述电极为阵列的电极引出线。

20、上述背发射vcsel的制作方法，包括以下步骤：

21、1)提供完成器件区的器件制程以及电极制作的背发射vcsel芯片，将芯片的正面键合于临时载板上；

22、2)从背面蚀刻外围区形成贯穿所述外延结构的正面和背面的绝缘通孔，以及深入外延结构的至少部分深度的导电槽孔(包括贯穿的通孔或不贯穿的凹槽)；

23、3)于外延结构的背面沉积介质层，介质层同时覆盖所述绝缘通孔和导电槽孔的内壁和底部；

24、4)于外延结构的背面形成光阻遮蔽层，所述遮蔽层覆盖绝缘通孔，且使导电槽孔裸露；

25、5)蚀刻去除所述导电槽孔内壁和底部的介质层；然后去除光阻遮蔽层；

26、6)沉积金属于外延结构的背面形成电极引出端，使金属同时沉积于导电槽孔中形成导通所述电极和电极引出端的连接结构，覆盖介质层的绝缘通孔形成绝缘结构。

27、可选的，步骤4)包括：于外延结构的背面涂覆负性光阻，对光阻进行曝光，曝光区域包括器件区和绝缘通孔所在区域，且不包括导电槽孔所在的区域，然后进行显影去除曝光区域之外的光阻。

28、一种背发射vcsel的测试方法，将上述的背发射vcsel的正面朝下置于测试载盘上，收光装置位于背发射vcsel的上方，p电极引出端和n电极引出端分别连接探针并给电，通过收光装置接收发光信号进行测试。

29、可选的，所述背发射vcsel的正面和测试载盘之间还设有绝缘导热膜。

30、本发明的有益效果为：

31、(1)电极通过设于vcsel外延结构的外围区的连接结构实现相反面的引出，并通过设置绝缘结构分隔连接结构和发光器件区进行电性隔离，避免了连接结构对器件本身性能的影响；

32、(2)背发射vcsel具有位于正面的p电极、n电极以及位于背面的p电极引出端、n电极引出端，正面和背面均可进行线路连接，适配于不同的测试设备；

33、(3)背发射vcsel可以转换成p电极和n电极同在正面、同在背面、一个在正面一个在背面的多种形式，适配包括常规封装和flipchip等多种封装形式，具有广泛的应用。

技术特征：

1.一种背发射vcsel，其特征在于：包括外延结构，外延结构的正面设有电极，背面设有电极引出端，背面为出光面；外延结构包括器件区和位于器件区之外的外围区，外围区设有连接结构和绝缘结构，连接结构深入外延结构的至少部分深度，连接结构实现电极和电极引出端的导通，绝缘结构贯穿外延结构的正面和背面，绝缘结构分隔连接结构和器件区以实现电性隔离。

2.根据权利要求1所述的背发射vcsel，其特征在于：所述电极包括p电极和n电极，所述电极引出端包括p电极引出端和n电极引出端；p电极和p电极引出端之间、n电极和n电极引出端之间各自通过所述连接结构导通。

3.根据权利要求2所述的背发射vcsel，其特征在于：所述p电极的连接结构和所述n电极的连接结构位于所述器件区的两侧，且与所述器件区之间分别设有所述绝缘结构。

4.根据权利要求2所述的背发射vcsel，其特征在于：所述外围区包括一测试区，所述p电极的连接结构和所述n电极的连接结构均位于所述测试区内，所述测试区与所述器件区之间通过一所述绝缘结构分隔。

5.根据权利要求1或4所述的背发射vcsel，其特征在于：所述连接结构贯穿所述外延结构的正面和背面。

6.根据权利要求2所述的背发射vcsel，其特征在于：所述外延结构由背面至正面按序包括衬底、n型dbr、有源层和p型dbr，其中所述器件区还包括氧化限制层，所述氧化限制层位于所述有源层与p型dbr之间；所述器件区设有n区连接孔，所述n电极通过所述n区连接孔连接所述n型dbr，所述p电极于所述器件区连接所述p型dbr。

7.根据权利要求6所述的背发射vcsel，其特征在于：所述连接结构由所述外延结构的背面深入至所述p型dbr。

8.根据权利要求1所述的背发射vcsel，其特征在于：所述外延结构设有于正面和背面之间延伸的槽孔，所述连接结构为填充所述槽孔形成的金属柱。

9.根据权利要求8所述的背发射vcsel，其特征在于：所述金属柱与所述电极引出端的材料相同。

10.根据权利要求1所述的背发射vcsel，其特征在于：还包括第一介质层，所述第一介质层设于所述外延结构的正面，所述电极延伸至所述外围区并位于第一介质层上，所述第一介质层设有让位于所述连接结构与电极连接的开口。

11.根据权利要求1所述的背发射vcsel，其特征在于：所述外延结构设有贯穿正面和背面的通孔，所述绝缘结构通过通孔内壁覆盖绝缘层形成。

12.根据权利要求11所述的背发射vcsel，其特征在于：还包括第二介质层，所述第二介质层位于所述外延结构的背面，所述第二介质层同时覆盖所述绝缘结构的内壁形成所述绝缘层，所述第二介质层对应所述连接结构设有开口。

13.根据权利要求12所述的背发射vcsel，其特征在于：所述第二介质层的材料为sin或sio2，厚度为500～800nm。

14.根据权利要求1所述的背发射vcsel，其特征在于：所述绝缘结构于所述外延结构背面的投影为条形，位于所述连接结构和器件区之间并分隔所述外延结构。

15.根据权利要求1所述的背发射vcsel，其特征在于：所述绝缘结构于所述外延结构背面的投影为环形，所述连接结构位于环形内圈。

16.根据权利要求1所述的背发射vcsel，其特征在于：所述连接结构的宽度为30～80μm，所述绝缘结构的宽度为5～20μm，所述连接结构和绝缘结构之间的距离为5～20μm。

17.根据权利要求1所述的背发射vcsel，其特征在于：所述器件区包括多个发光器件单元形成的阵列，所述电极为阵列的电极引出线。

18.一种背发射vcsel的测试方法，其特征在于：将权利要求1～17任一项所述的背发射vcsel的正面朝下置于测试载盘上，收光装置位于背发射vcsel的上方，p电极引出端和n电极引出端分别连接探针并给电，通过收光装置接收发光信号进行测试。

19.根据权利要求18所述的背发射vcsel的测试方法，其特征在于：所述背发射vcsel的正面和测试载盘之间还设有绝缘导热膜。

技术总结
本发明公开了一种背发射VCSEL，其包括外延结构，外延结构的正面设有电极，背面设有电极引出端，背面为出光面；外延结构包括器件区和位于器件区之外的外围区，外围区设有连接结构和绝缘结构，连接结构深入外延结构的至少部分深度，连接结构实现电极和电极引出端的导通，绝缘结构贯穿外延结构的正面和背面，绝缘结构分隔连接结构和器件区以实现电性隔离。本发明还公开了一种背发射VCSEL的检测方法。本发明中，电极通过外围区的连接结构实现相反面的引出，并通过设置绝缘结构分隔连接结构和发光器件区进行电性隔离，避免了连接结构对器件本身性能的影响，适配于不同的测试设备及测试方法。

技术研发人员：沈宏勋,姜驰,曾评伟,范纲维
受保护的技术使用者：泉州市三安光通讯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15