[發(fā)明專利]一種帶有空氣隙DBR的VCSEL結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811245161.1
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109103745B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周廣正;黃瑞;代京京
• 申請（專利權(quán)）人: 創(chuàng)智聯(lián)慧（重慶）科技有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/343
• 代理公司: 深圳泛航知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44867
• 代理人: 鄧愛軍

本發(fā)明提供一種帶有空氣隙DBR的VCSEL結(jié)構(gòu)，包括背面設(shè)有N面電極的導(dǎo)電襯底，導(dǎo)電襯底的表面自下而上依次生長有N型GaAs緩沖層、N型DBR和量子阱有源區(qū)，量子阱有源區(qū)表面一區(qū)域生長有氧化限制層，氧化限制層的外周同層設(shè)有鋁氧化產(chǎn)物Alsubgt;x/subgt;Osubgt;y/subgt;圓環(huán)，氧化限制層和鋁氧化產(chǎn)物Alsubgt;x/subgt;Osubgt;y/subgt;的表面設(shè)有平面圓形的P型DBR，在鋁氧化產(chǎn)物Alsubgt;x/subgt;Osubgt;y/subgt;和P型DBR同層外周的量子阱有源區(qū)表面設(shè)有SiOsubgt;2/subgt;填充層，P型DBR的表面設(shè)有空氣隙DBR，SiOsubgt;2/subgt;填充層的表面設(shè)有P面電極。本發(fā)明還提供一種前述VCSEL結(jié)構(gòu)的制備方法，其空氣隙DBR是通過氧化和腐蝕工藝，在出光孔處形成AlGaAs/air材料的DBR結(jié)構(gòu)，且在兩側(cè)留有未被氧化和腐蝕的高Al組分AlGaAs作為支撐材料。本申請通過采用空氣隙結(jié)構(gòu)DBR，增大了DBR材料的折射率差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有空氣隙DBR的VCSEL結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical-Cavity?Surface-Emitting?Laser，VCSEL)以其功耗低、易于二維集成、圓形光斑易與光纖耦合、在片測試節(jié)省成本等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于3D感測、激光打印、光通信和光存儲等領(lǐng)域。VCSEL一般包括柱狀的諧振器結(jié)構(gòu)，其中包括緩沖層、下DBR(Distributed?Bragg?Reflection，分布式布拉格反射鏡)、下限制層、量子阱發(fā)光層、上限制層、上DBR和歐姆接觸層。為了降低閾值電流，采用氧化或質(zhì)子注入形成電流限制結(jié)構(gòu)。在歐姆接觸層和襯底背面分別制作電極，電流從電極注入到量子阱有源區(qū)，電子-空穴復(fù)合在量子阱中發(fā)光，經(jīng)上下DBR反射，從諧振器結(jié)構(gòu)的頂部發(fā)射激光。由于量子阱增益只有1％左右，因此上下DBR的反射率都在99％以上。在近紅外波長范圍，DBR一般采用高、低組分的AlGaAs材料。DBR的反射率與DBR材料的折射率差和DBR對數(shù)有關(guān)，而DBR的串聯(lián)電阻和對光的吸收都與DBR對數(shù)成正比。但是，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有VCSEL結(jié)構(gòu)中DBR高、低折射率材料的折射率差比較小。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有現(xiàn)有VCSEL結(jié)構(gòu)中DBR高、低折射率材料的折射率差比較小的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種帶有空氣隙DBR的VCSEL結(jié)構(gòu)，通過將DBR中高Al組分的AlGaAs材料用空氣代替，增大了DBR材料的折射率差，減少了DBR對數(shù)，進(jìn)而減小了串聯(lián)電阻和對光的吸收。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種帶有空氣隙DBR的VCSEL結(jié)構(gòu)，包括導(dǎo)電襯底，所述導(dǎo)電襯底的背面設(shè)有N面電極，所述導(dǎo)電襯底的表面自下而上依次外延生長有N型GaAs緩沖層、N型DBR和量子阱有源區(qū)，所述量子阱有源區(qū)表面的一區(qū)域外延生長有圓形氧化限制層，所述圓形氧化限制層的外周同層設(shè)有鋁氧化產(chǎn)物Al_xO_y圓環(huán)，所述圓形氧化限制層和鋁氧化產(chǎn)物Al_xO_y的表面設(shè)有平面圓形的P型DBR，在所述鋁氧化產(chǎn)物Al_xO_y和P型DBR同層外周的量子阱有源區(qū)表面設(shè)有SiO₂填充層，所述P型DBR的表面設(shè)有空氣隙DBR，所述SiO₂填充層的表面設(shè)有與P型DBR電連接且與空氣隙DBR匹配的P面電極。

進(jìn)一步，所述圓形氧化限制層為Al_x1Ga_1-x1As，x1的典型值為0.98，所述圓形氧化限制層的厚度為30nm，所述圓形氧化限制層的直徑d₁為5μm。