本技術(shù)涉及半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，更為具體地涉及vcsel集成晶圓及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、vcsel（vertical-cavity?surface-emitting?laser，垂直腔面發(fā)射激光器）作為一種低成本、性能優(yōu)異的半導(dǎo)體激光器，在通訊、日常消費(fèi)、車載領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用潛力。目前，vcsel產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于近距離光纖通信、人臉識別、3d傳感等應(yīng)用場景。

2、在實(shí)際產(chǎn)業(yè)中，vcsel激光器常作為基礎(chǔ)的元件（例如，作為光源）與其他器件被組裝為模組被應(yīng)用。例如，當(dāng)vcsel激光器被應(yīng)用于深度攝像模組時，vcsel激光器與線路板、支架、光學(xué)衍射元件、金屬防護(hù)罩、光電二極管、光學(xué)鏡頭、濾光片等器件組裝在一起，以形成深度攝像模組，其中，vcsel激光器與線路板、支架、光學(xué)衍射元件、金屬防護(hù)罩等器件組裝為所述深度攝像模組的激光投射單元，光電二極管、光學(xué)鏡頭、濾光片等器件組裝為所述深度攝像模組的攝像頭單元。

3、在組裝所述vcsel激光器與其他器件組裝的過程中存在裝配穩(wěn)定性和安裝精度的問題。例如，隨著vcsel技術(shù)的逐步成熟，更多高功率、高功率密度應(yīng)用也逐步開發(fā)，近些年逐步成熟的多結(jié)技術(shù)可滿足車載激光雷達(dá)應(yīng)用，然而，應(yīng)用于車載激光雷達(dá)的vcsel所處的工作環(huán)境較為嚴(yán)苛，vcsel所處工作環(huán)境溫度為85℃至105℃時光功率將快速下降，如圖1所示，基于熱敏特性，vcsel性能隨溫度升高而變差。為了降低vcsel激光器的工作溫度，可將半導(dǎo)體制冷器裝配于vcsel激光器。目前，主要通過貼裝的方式將半導(dǎo)體制冷器裝配于封裝后的vcsel激光器。

4、然而，通過貼裝的方式將半導(dǎo)體制冷器裝配于封裝后的vcsel激光器時，半導(dǎo)體制冷器與vcsel激光器之間的結(jié)合穩(wěn)定性較差，半導(dǎo)體制冷器容易脫落。

5、值得一提的是，在實(shí)際產(chǎn)業(yè)中，vcsel激光器通常由芯片制造廠提供，而vcsel封裝產(chǎn)品的組裝工作則由封裝廠來完成。也就是，從vcsel激光器到vcsel封裝產(chǎn)品經(jīng)過產(chǎn)業(yè)鏈的兩個節(jié)點(diǎn)。并且，在實(shí)際產(chǎn)業(yè)中，封裝廠可能采購由不同廠商提供的vcsel激光器，同時，在組裝過程中還有可能發(fā)生組裝精度不一等問題，導(dǎo)致最終成型的vcsel封裝產(chǎn)品的一致性難以確保。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的一個優(yōu)勢在于提供了一種vcsel集成晶圓及其制造方法，其中，所述vcsel集成晶圓在同一晶圓片上形成了vcsel芯片和光電二極管芯片，并在晶圓級別上集成了熱電制冷結(jié)構(gòu)。

2、本技術(shù)的另一個優(yōu)勢在于提供了一種vcsel集成晶圓及其制造方法，其中，所述vcsel集成晶圓中，熱電制冷結(jié)構(gòu)在晶圓級別上集成于vcsel芯片和/或光電二極管芯片，可以提高熱電制冷結(jié)構(gòu)與vcsel芯片和/或光電二極管芯片的結(jié)合穩(wěn)定性。

3、本技術(shù)的又一個優(yōu)勢在于提供了一種vcsel集成晶圓及其制造方法，其中，所述vcsel集成晶圓在芯片制造廠即可實(shí)現(xiàn)vcsel芯片和光電二極管芯片的制造，以及，熱電制冷結(jié)構(gòu)與vcsel芯片和/或光電二極管芯片的裝配，提高了產(chǎn)業(yè)效率。

4、本技術(shù)的又一個優(yōu)勢在于提供了一種vcsel集成晶圓及其制造方法，其中，所述vcsel集成晶圓中的vcsel芯片、熱電制冷結(jié)構(gòu)和光電二極管芯片在同一芯片制造廠完成，可提高各個vcsel芯片之間的結(jié)構(gòu)均一性、各個光電二極管芯片之間的結(jié)構(gòu)均一性，以及，vcsel芯片和/或光電二極管芯片與熱電制冷結(jié)構(gòu)之間的裝配精度均一性。

5、為了實(shí)現(xiàn)上述至少一優(yōu)勢或其他優(yōu)勢和目的，根據(jù)本技術(shù)的一個方面，提供了一種vcsel集成晶圓，其包括：

6、至少一vcsel芯片，每一vcsel芯片包括至少一vcsel發(fā)光點(diǎn)；

7、與所述vcsel芯片相間隔的至少一光電二極管芯片，所述vcsel芯片和所述光電二極管芯片共用襯底層；以及，

8、在晶圓級別上集成于所述vcsel芯片的熱電制冷結(jié)構(gòu)，所述熱電制冷結(jié)構(gòu)包括多個熱電偶對，每一熱電偶對包括相互電連接的p型結(jié)構(gòu)和n型結(jié)構(gòu)。

9、在根據(jù)本技術(shù)的vcsel集成晶圓中，每一所述vcsel發(fā)光點(diǎn)包括vcsel主體，以及，電連接于所述vcsel主體的vcsel正電極和vcsel負(fù)電極，每一所述vcsel主體包括所述襯底層、第一反射層、有源區(qū)、具有限制孔的限制層和第二反射層，每一所述光電二極管芯片包括至少一光電二極管，每一所述光電二極管包括二極管主體、電連接于所述二極管主體的二極管正電極和二極管負(fù)電極，每一所述二極管主體包括所述襯底層、第一型摻雜半導(dǎo)體層、內(nèi)耗盡層、第二型摻雜半導(dǎo)體層和防反射層。

10、在根據(jù)本技術(shù)的vcsel集成晶圓中，所述熱電制冷結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述vcsel芯片的有源區(qū)的背光側(cè)。

11、在根據(jù)本技術(shù)的vcsel集成晶圓中，所述vcsel發(fā)光點(diǎn)的襯底層、所述第一反射層、所述有源區(qū)和所述第二反射層自下而上依次排布，所述限制層位于所述有源區(qū)的上側(cè)和/或有源區(qū)的下側(cè)，所述光電二極管芯片的襯底層、所述第一型摻雜半導(dǎo)體層、所述內(nèi)耗盡層、所述第二型摻雜半導(dǎo)體層和所述防反射層自下而上依次排布，所述vcsel發(fā)光點(diǎn)的出光方向?yàn)閺乃鲇性磪^(qū)指向所述第二反射層，所述熱電制冷結(jié)構(gòu)位于所述第一反射層的下方。

12、在根據(jù)本技術(shù)的vcsel集成晶圓中，所述熱電制冷結(jié)構(gòu)形成于所述襯底層下方。

13、在根據(jù)本技術(shù)的vcsel集成晶圓中，所述熱電制冷結(jié)構(gòu)形成于第一反射層和所述襯底層之間。

14、在根據(jù)本技術(shù)的vcsel集成晶圓中，所述第一反射層為n-dbr層，所述第二反射層為p-dbr層，所述第一型摻雜半導(dǎo)體層為n型摻雜半導(dǎo)體層，所述第二型摻雜半導(dǎo)體層為p型摻雜半導(dǎo)體層。

15、在根據(jù)本技術(shù)的vcsel集成晶圓中，所述第一反射層為p-dbr層，所述第二反射層為n-dbr層，所述第一型摻雜半導(dǎo)體層為p型摻雜半導(dǎo)體層，所述第二型摻雜半導(dǎo)體層為n型摻雜半導(dǎo)體層。

16、在根據(jù)本技術(shù)的vcsel集成晶圓中，所述熱電制冷結(jié)構(gòu)還包括電連接于一個所述熱電偶對的熱電正電極和電連接于另一個所述熱電偶的熱電負(fù)電極，所述熱電正電極和所述熱電負(fù)電極被配置為控制所述熱電制冷結(jié)構(gòu)的熱端形成于所述熱電制冷結(jié)構(gòu)的底部。

17、在根據(jù)本技術(shù)的vcsel集成晶圓中，所述vcsel發(fā)光點(diǎn)的襯底層、所述第一反射層、所述有源區(qū)和所述第二反射層自下而上依次排布，所述限制層位于所述有源區(qū)的上側(cè)和/或有源區(qū)的下側(cè)，所述光電二極管芯片的襯底層、所述第一型摻雜半導(dǎo)體層、所述內(nèi)耗盡層、所述第二型摻雜半導(dǎo)體層和所述防反射層自下而上依次排布，所述vcsel發(fā)光點(diǎn)的出光方向?yàn)閺乃鲇性磪^(qū)指向所述第一反射層，所述熱電制冷結(jié)構(gòu)位于所述第二反射層的上方。

18、在根據(jù)本技術(shù)的vcsel集成晶圓中，所述第一反射層為n-dbr層，所述第二反射層為p-dbr層，所述第一型摻雜半導(dǎo)體層為n型摻雜半導(dǎo)體層，所述第二型摻雜半導(dǎo)體層為p型摻雜半導(dǎo)體層。

19、在根據(jù)本技術(shù)的vcsel集成晶圓中，所述第一反射層為p-dbr層，所述第二反射層為n-dbr層，所述第一型摻雜半導(dǎo)體層為p型摻雜半導(dǎo)體層，所述第二型摻雜半導(dǎo)體層為n型摻雜半導(dǎo)體層。

20、在根據(jù)本技術(shù)的vcsel集成晶圓中，所述熱電制冷結(jié)構(gòu)還包括電連接于一個所述熱電偶對的熱電正電極和電連接于另一個所述熱電偶的熱電負(fù)電極，所述熱電正電極和所述熱電負(fù)電極被配置為控制所述熱電制冷結(jié)構(gòu)的熱端形成于所述熱電制冷結(jié)構(gòu)的頂部。

21、根據(jù)本技術(shù)的另一個方面，提供了一種vcsel集成晶圓的制造方法，其包括：

22、通過外延生長工藝形成至少一vcsel主體，其中，所述vcsel主體包括：襯底層、第一反射層、有源區(qū)、具有限制孔的限制層和第二反射層；

23、在所述襯底層上方生長第一型摻雜半導(dǎo)體層、內(nèi)耗盡層、第二型摻雜半導(dǎo)體層和防反射層，以形成二極管主體；

24、形成連接于所述vcsel主體的vcsel正電極和vcsel負(fù)電極，并形成連接于所述二極管主體的二極管正電極和二極管負(fù)電極；以及

25、在所述襯底層下方形成熱電制冷結(jié)構(gòu)。

26、根據(jù)本技術(shù)的又一個方面，提供了一種vcsel集成晶圓的制造方法，其包括：

27、提供一襯底層；

28、在所述襯底層上方形成熱電制冷結(jié)構(gòu)；

29、在所述熱電制冷結(jié)構(gòu)上方形成第一反射層、有源區(qū)、具有限制孔的限制層和第二反射層，以形成所述熱電制冷結(jié)構(gòu)和vcsel主體的集成單元；

30、在所述熱電制冷結(jié)構(gòu)上方生長第一型摻雜半導(dǎo)體層、內(nèi)耗盡層、第二型摻雜半導(dǎo)體層和防反射層，以形成二極管主體；以及

31、形成連接于所述vcsel主體的vcsel正電極和vcsel負(fù)電極，并形成連接于所述二極管主體的二極管正電極和二極管負(fù)電極。

32、根據(jù)本技術(shù)的又一個方面，提供了一種vcsel集成晶圓的制造方法，其包括：

33、通過外延生長工藝形成至少一vcsel主體，其中，所述vcsel主體包括：襯底層、第一反射層、有源區(qū)、具有限制孔的限制層和第二反射層；

34、在所述襯底層上方生長第一型摻雜半導(dǎo)體層、內(nèi)耗盡層、第二型摻雜半導(dǎo)體層和防反射層，以形成二極管主體；

35、形成電連接于所述vcsel主體的vcsel正電極和vcsel負(fù)電極，并形成電連接于所述二極管主體的二極管正電極和二極管負(fù)電極；以及

36、在所述vcsel主體上方和/或所述二極管主體上方形成熱電制冷結(jié)構(gòu)。

37、通過對隨后的描述和附圖的理解，本技術(shù)進(jìn)一步的目的和優(yōu)勢將得以充分體現(xiàn)。

38、本技術(shù)的這些和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)勢，通過下述的詳細(xì)說明，附圖和權(quán)利要求得以充分體現(xiàn)。