[發(fā)明專利]一種單腔體結(jié)構(gòu)VCSEL芯片及其制作方法和激光裝置

有效

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• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN108923254B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈釗;趙炆兼;馬祥柱;張國慶;陳凱軒
• 申請（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州乾照光電有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/187
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

本發(fā)明公開了一種單腔體結(jié)構(gòu)VCSEL芯片及其制作方法和激光裝置，包括：襯底；形成于襯底一表面的LED發(fā)光外延層，LED發(fā)光外延層上形成有一貫窗口區(qū)；形成于LED發(fā)光外延層的表面的水平光柵，及形成于LED發(fā)光外延層位于窗口區(qū)處的側(cè)壁上的垂直光柵；形成于窗口區(qū)內(nèi)的DBR層；以及，形成于襯底背離LED發(fā)光外延層一側(cè)的背面電極，及形成于LED發(fā)光外延層背離襯底一側(cè)的正面電極。水平光柵將LED發(fā)光外延層的表面出光集中引導(dǎo)至垂直光柵處后，再與垂直光柵處的出光共同引導(dǎo)至DBR層形成的光學(xué)諧振腔后出射，由于LED發(fā)光外延層的內(nèi)量子效率較高，因此能夠使得單腔體結(jié)構(gòu)VCSEL芯片的單束激光功率較高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，更為具體的說，涉及一種單腔體結(jié)構(gòu)VCSEL芯片及其制作方法和激光裝置。

背景技術(shù)

VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器，Vertical Cavity Surface Emitting Laser)是一種出光方向垂直于襯底的新型半導(dǎo)體激光器。VCSEL的基本結(jié)構(gòu)由三部分組成：具有高反射率的上DBR(distributed Bragg reflector，分布式布拉格反射鏡)，核心部分的有源區(qū)，以及具有更高反射率的下DBR，這三部分組成的諧振腔決定著激光的發(fā)射。VCSEL具有體積小、圓形輸出光斑、單縱模輸出、閾值電流小、價格低廉、易集成為大面積陣列等有點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于光通信、光互聯(lián)、光存儲等領(lǐng)域。現(xiàn)有的VCSEL芯片工藝制作難度大，如果需要制備大功率器件必須要制作VCSEL陣列芯片，但是這樣陣列密集時會導(dǎo)致激光干涉等問題，因此，具有單束激光功率較高的VCSEL芯片是當(dāng)前技術(shù)人員主要研究方向之一。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種單腔體結(jié)構(gòu)VCSEL芯片及其制作方法和激光裝置，在LED(Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)發(fā)光外延層發(fā)光時，水平光柵將LED發(fā)光外延層的表面出光集中引導(dǎo)至垂直光柵處后，再與垂直光柵處的出光共同引導(dǎo)至DBR層形成的光學(xué)諧振腔后出射，由于LED發(fā)光外延層的內(nèi)量子效率較高，因此能夠使得單腔體結(jié)構(gòu)VCSEL芯片的單束激光功率較高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種單腔體結(jié)構(gòu)VCSEL芯片，包括：

襯底；

形成于所述襯底一表面的LED發(fā)光外延層，所述LED發(fā)光外延層上形成有一在垂直所述襯底的表面方向上貫通所述LED發(fā)光外延層的窗口區(qū)；

形成于所述LED發(fā)光外延層的表面的水平光柵，及形成于所述LED發(fā)光外延層位于所述窗口區(qū)處的側(cè)壁上的垂直光柵，所述水平光柵的狹縫沿所述LED發(fā)光外延層的邊緣向所述窗口區(qū)方向延伸，且所述垂直光柵的狹縫沿所述窗口區(qū)的頂部至其底部的方向延伸；

形成于所述窗口區(qū)內(nèi)的DBR層；

以及，形成于所述襯底背離所述LED發(fā)光外延層一側(cè)的背面電極，及形成于所述LED發(fā)光外延層背離所述襯底一側(cè)的正面電極。

可選的，所述DBR層的腔長與所述LED發(fā)光外延層的波長相同。

可選的，所述窗口區(qū)為形成于所述LED發(fā)光外延層上的凹槽狀區(qū)域。

可選的，所述窗口區(qū)為形成于所述LED發(fā)光外延層上的溝槽狀區(qū)域。

可選的，所述LED發(fā)光外延層包括：

形成于所述襯底一表面的N型半導(dǎo)體層；

形成于所述N型半導(dǎo)體層背離所述襯底一側(cè)的發(fā)光層；

以及，形成于所述發(fā)光層背離所述襯底一側(cè)的P型半導(dǎo)體層。

可選的，所述襯底為GaAs襯底。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種單腔體結(jié)構(gòu)VCSEL芯片的制作方法，包括：