[發(fā)明專利]一種用于VCSEL陣列激光器的外延結(jié)構(gòu)及其制備方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201710857549.6 | 申請日： | 2017-09-21 |
| 公開（公告）號： | CN107437723A | 公開（公告）日： | 2017-12-05 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 單智發(fā) | 申請（專利權(quán)）人： | 蘇州全磊光電有限公司 |
| 主分類號： | H01S5/343 | 分類號： | H01S5/343 |
| 代理公司： | 蘇州翔遠(yuǎn)專利代理事務(wù)所(普通合伙)32251 | 代理人： | 劉計成 |
| 地址： | 215000 江蘇省蘇州*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 用于 vcsel 陣列 激光器 外延 結(jié)構(gòu) 及其 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及VCSEL陣列激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于VCSEL陣列激光器的外延結(jié)構(gòu)以及這種外延結(jié)構(gòu)的制備方法。
背景技術(shù)
垂直腔發(fā)射激光器陣列（VCSEL激光器陣列） 通過在一顆芯片上集成數(shù)百顆VCSEL激光器而獲得數(shù)百毫瓦的光輸出，具有體積小、功率大、光束集中的特點，且可通過VCSEL的不同排布方式來獲得不同照明圖案的VCSEL陣列，器件設(shè)計自由度大，因而在3D識別、工業(yè)照明、夜視照明、機(jī)器人3D視覺、打印、激光治療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。為了使VCSEL陣列的光輸出達(dá)到理想的設(shè)計效果并且保持量產(chǎn)的一致性，要求VCSEL陣列上單個VCSEL激光器的光電特性保持一致，這對VCSEL激光器的外延結(jié)構(gòu)與芯片工藝提出了更高的要求。
一般地，VCSEL外延層由襯底、N-DBR、有源區(qū)、氧化限制層、P-DBR、歐姆接觸層等幾部分構(gòu)成，N-DBR與P-DBR鏡面組成了VCSEL激光器的光學(xué)諧振腔，有源區(qū)為載流子增益介質(zhì)，通過電泵浦實現(xiàn)VCSEL激光器的連續(xù)激射，氧化限制層的引入，保證電流集中在激光發(fā)射區(qū)域，可保證VCSEL激光器低的閾值電流。芯片工藝包括臺面刻蝕、氧化、溝槽填充、增透膜蒸鍍、正面金屬蒸鍍、襯底減薄和背面金屬蒸鍍等。為了VCSEL陣列的光輸出性能一致，陣列上單個VCSEL激光器的光電特性要求保持一致，從材料外延角度而言，要保證有源區(qū)MQW的發(fā)光效率與增益一致，同時，DBR的反射率與反射光中心要盡量保持一致，要求不斷提高VCSEL激光器外延生長的均勻性；從芯片工藝的角度而言，要保證臺面大小與臺面刻蝕深度一致，以及氧化限制層氧化深度一致。
針對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的VCSEL激光器，研究學(xué)者與產(chǎn)業(yè)界在VCSEL臺面腐蝕工藝上投入了大量的精力：辛國鋒等人通過調(diào)節(jié)HF/CrO3腐蝕液的體積比，確定了AlxGa1-xAs組分漸變材料的腐蝕條件；劉霖等人利用線性液膜的紅外熱像測定了GaAs材料與H2SO4/H2O2/H2O（5：1：50）腐蝕液的反應(yīng)啟動時長約為0.2s。楊瑞霞等人研究了不同體積比的檸檬酸/雙氧水溶液對GaAs/AlGaAs系材料的選擇性刻蝕特性，對AlGaAs停止層的組分與腐蝕液體積比進(jìn)行了優(yōu)化；仝如民等人用50%的一水檸檬酸溶液與30%的雙氧水，體積比為3：1對GaAs/AlAs的選擇性濕法腐蝕工藝進(jìn)行研究，獲得了較好的VCSEL臺面。
但采用傳統(tǒng)技術(shù)生長的VCSEL激光器全部采用GaAs/AlGaAs材料體系，臺面刻蝕時，由于GaAs/AlGaAs材料特性一致，臺面刻蝕深度難保持一致，導(dǎo)致形成的VCSEL陣列出光功率一致性較差。
導(dǎo)致上述缺點的原因是：VCSEL激光器外延層全部采用GaAs/AlGaAs材料體系，不管是濕法腐蝕還是干法刻蝕，由于無法通過外延層材料本身來截止刻蝕，而是通過刻蝕時間來控制刻蝕的深度，工藝均存在約5%的工藝偏差，導(dǎo)致VCSEL臺面深度不一致。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種能有效保證VCSEL陣列性能一致的VCSEL陣列激光器的外延結(jié)構(gòu)。
為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種用于VCSEL陣列激光器的外延結(jié)構(gòu)，包括GaAs襯底，在GaAs襯底上依次沉積有GaAs 緩沖層、N型DBR層、有源層、氧化限制層、P型DBR層和歐姆接觸層，所述 N型DBR層由AlGaAs/GaAs系DBR 層與(Al)GaAs/(Al)GaInP系DBR層兩部分組成，所述(Al)GaAs/(Al)GaInP系DBR層靠近所述有源層。
優(yōu)選的，所述AlGaAs/GaAs系DBR 層包括由低Al組分Al0.15Ga0.85As向高Al組分Al0.90Ga0.10As過渡的第一漸變過渡層、Al0.90Ga0.10As低折射率層、由高Al組分Al0.90Ga0.10As向低Al組分Al0.15Ga0.85As過渡的第二漸變過渡層、Al0.15Ga0.85As高折射率層。
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