[發明專利]基于柔性襯底的半導體外延結構、VCSEL及制作方法

有效

• 申請號: 201911017403.6
• 申請日: 2019-10-24
• 公開（公告）號: CN110739604B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 李峰柱;田宇;劉瀟杰;韓效亞;杜石磊
• 申請（專利權）人: 廈門乾照半導體科技有限公司
• 主分類號: H01S5/02
• 分類號: H01S5/02;H01S5/183
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于柔性襯底的半導體外延結構、VCSEL及制作方法，采用氟金云母作為襯底，既解決了現有半導體襯底不可彎折、不易剝離的問題，又兼顧了半導體器件的溫度要求。對于緩沖層，多層第一GaInP緩沖層逐層漸變，呈現階梯漸變趨勢，通過在In組分階變的相鄰兩層第一GaInP緩沖層之間插入In組分階變方向相反的第二GaInP緩沖層，形成In組分波動漸變的結構，從而在緩沖層中引入壓縮應力，增加了位錯的相互作用，使表面更平滑，并進一步降低了穿透位錯，提高了在氟金云母襯底上的外延層質量，實現了氟金云母襯底在半導體器件的運用。VCSEL具有可彎折、易剝離、外延層質量好、出光效率高等優點。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種基于柔性襯底的半導體外延結構、VCSEL及制作方法。

背景技術

VCSEL，全名為垂直腔面發射激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLaser)，以砷化鎵半導體材料為基礎研制，有別于LED(發光二極管)和LD(Laser Diode，激光二極管)等其他光源，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優點，廣泛應用于光通信、光互連、光存儲等領域。

現有的VCSEL其基底通常為GaAs襯底，然而GaAs襯底由于其不可彎折、機械性能差、不易剝離等物理特性，限制了VCSEL在柔性器件中的應用。并且GaAs襯底會吸收波長在870nm以下的光，限制了器件的性能。

傳統的柔性襯底多為PET等有機材料，但是PET材料的應用溫度為200度以下，無法滿足VCSEL等半導體器件的要求。

氟金云母單晶片的分式為KMg₃(AlSi₃O₁₀)F₂，屬于單斜晶系，為典型的層狀硅酸鹽。耐溫高達1200℃以上，在高溫條件下，真空放氣極低，以及具有耐酸堿、透明、可分剝和可彎曲等特點。目前的研究中，僅在氟金云母上生長C60薄膜或者金屬(如鉬鎢硒合金)，還未有將氟金云母作為半導體外延襯底，其原因是半導體外延層在氟金云母襯底上生長比較困難。

因此，將氟金云母作為襯底應用在VCSEL等半導體器件中，具有重要意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的為：提供一種基于柔性襯底的半導體外延結構及制作方法，采用氟金云母作為襯底，并且能夠有效解決氟金云母在半導體器件中應用問題，使得半導體器件具有柔性特質。以及提供一種VCSEL及制作方法，VCSEL具有可彎折、易剝離、出光效率高等優點。

本發明采用的技術方案為：

一種基于柔性襯底的半導體外延結構，包括氟金云母襯底和設于氟金云母襯底上的緩沖層，所述緩沖層包括：

多層第一GaInP緩沖層和至少一層第二GaInP緩沖層，多層第一GaInP緩沖層自下而上依次設置且In組分逐層漸變；相鄰兩層第一GaInP緩沖層之間設有所述第二GaInP緩沖層，所述第二GaInP緩沖層與相鄰兩層第一GaInP緩沖層之間呈階梯變化，該階梯變化的方向與多層第一GaInP緩沖層漸變的方向相反。

進一步的，所述第二GaInP緩沖層為多層，氟金云母襯底與相鄰的第一GaInP緩沖層之間設有第二GaInP緩沖層，第二GaInP緩沖層與相鄰的第一GaInP緩沖層之間呈與多層第一GaInP緩沖層漸變方向相反的階梯變化。

進一步的，多層的所述第一GaInP緩沖層的In組分逐層降低，所述第二GaInP緩沖層的In組分分別高于與其相鄰的第一GaInP緩沖層的In組分。

進一步的，多層的所述第二GaInP緩沖層的In組分相同。

進一步的，多層的所述第二GaInP緩沖層的In組分自下而上逐層降低。