基于VCSEL的半导体激光器及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，尤其是一种基于vcsel的半导体激光器及其制备方法。

背景技术：

1、vcsel(vertical-cavity surface-emitting laser，垂直腔面发射激光器)最初用于光通信领域，如应用于光模块等；之后逐步应用于消费电子领域的3d感测方面，如人脸识别等。2017年某手机品牌厂商将其用在人脸识别模组，自此开始受到消费电子领域的大规模关注，开始进入手机、智能门锁、扫地机器人、无人驾驶、ar/vr等领域市场。

2、目前，在对产品进行封装中，一般需要在vcsel芯片表面进一步配置扩散板(diffuser)，保证封装产品发出面型投射光的同时增加可探测空间范围。工艺流程一般为：vcsel芯片和扩散板独立制备完成后，封装中先将vcsel芯片固定在3d支架内部，之后将扩散板固定于3d支架的台阶表面得到满足发光角度需求的封装产品。该种封装方式存在的问题主要体现在：一方面，3d支架的成本高；另一方面，将扩散板贴于3d支架表面上时不易控制，难度较大。

技术实现思路

1、为了克服以上不足，本发明提供了一种基于vcsel的半导体激光器及其制备方法，有效解决现有半导体激光器工艺复杂、成本高、难度大等问题。

2、本发明提供的技术方案为：

3、一方面，本发明提供了一种基于vcsel的半导体激光器，包括：

4、vcsel芯片，具备发光表面；

5、扩散板，固化于所述vcsel芯片的发光表面；所述扩散板表面形成有一微透镜结构，所述微透镜结构包括紧密排布的微型透镜。

6、另一方面，本发明提供了一种基于vcsel的半导体激光器制备方法，包括：

7、提供与压膜机上模具适配的下模具，所述下模具中包括模具底板，所述模具底板中形成有紧密排布的微型圆弧凹槽结构；

8、将一表面形成有倒装vcsel芯片的晶圆片固定于压膜机的上模具上；

9、在所述压膜机的下模具中形成一层离型剂；

10、于所述离型剂表面填充定量的高分子材料；

11、将所述压膜机的上模具和下模具进行合模，并对高分子材料进行初步固化；

12、将表面固化有高分子材料的晶圆片从压膜机中取出，并对所述高分子材料进行进一步固化，在vcsel芯片的发光表面形成扩散板，所述扩散板表面形成有一微透镜结构；

13、对所述晶圆片进行切割得到单颗半导体激光器。

14、本发明提供的基于vcsel的半导体激光器及其制备方法，利用相互对合的上模具和下模具，将制备扩散板的工序和扩散板封装到vcsel晶圆的工序合二为一，使扩散板在固化过程中直接形成于vcsel晶圆表面，通过工艺整合，合并了传统工艺中的多个独立步骤，不仅大大节约了制造及封装成本，还有效节约了生产流程；通过一体成型的方式在vcsel芯片表面形成扩散板，无需使用粘结胶水对扩散板进行固定，降低了由于粘合不牢固、胶水老化等导致的风险，大大提升了可靠性，有利于提高工作效率和产品良率，且便于对半导体激光器出光角度的调节。

技术特征：

1.一种基于vcsel的半导体激光器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述微透镜结构中，各微型透镜为类半球形透镜。

3.如权利要求1或2所述的半导体激光器，其特征在于，所述扩散板的水平视场角范围为15°~180°，垂直视场角范围为15°~180°。

4.如权利要求1或2所述的半导体激光器，其特征在于，所述扩散板由高分子材料制备而成。

5.如权利要求4所述的半导体激光器，其特征在于，所述扩散板由环氧树脂、硅树脂、ppa、pet、亚克力中的一种或多种制备而成。

6.一种基于vcsel的半导体激光器制备方法，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的半导体激光器制备方法，其特征在于，所述微透镜结构包括紧密排布的微型透镜，且各微型透镜为类半球形透镜。

8.如权利要求6或7所述的半导体激光器制备方法，其特征在于，所述扩散板的水平视场角范围为15°~180°，垂直视场角范围为15°~180°。

9.如权利要求6或7所述的半导体激光器，其特征在于，所述扩散板由环氧树脂、硅树脂、ppa、pet、亚克力中的一种或多种制备而成。

技术总结本发明提供了一种基于VCSEL的半导体激光器及其制备方法，其中，半导体激光器中包括：VCSEL芯片，具备发光表面；扩散板，固化于VCSEL芯片的发光表面；扩散板表面形成有一微透镜结构，微透镜结构包括紧密排布的微型透镜。利用相互对合的上模具和下模具，将制备扩散板的工序和扩散板封装到VCSEL晶圆的工序合二为一，通过工艺整合，合并了传统工艺中的多个独立步骤，不仅大大节约了制造及封装成本，还有效节约了生产流程，有利于提高工作效率和产品良率，且便于对半导体激光器出光角度的调节。技术研发人员：江柳杨受保护的技术使用者：江西省晶能半导体有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6