[發明專利]基于離子植入的垂直腔表面發射激光器、陣列和制作方法

在審

• 申請號: 202010551420.4
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111446620A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 方照詒;郭浩中;潘德烈
• 申請（專利權）人: 北京金太光芯科技有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183
• 代理公司: 北京馳納智財知識產權代理事務所(普通合伙) 11367
• 代理人: 李佳佳

本發明提供一種基于離子植入的垂直腔表面發射激光器、陣列和制作方法，所述垂直腔表面發射激光器包括多層結構，所述多層結構至少依次包括基底（10）、基底（10）上方的第一鏡層（20）、第一鏡層（20）上方的主動區（30）以及主動區（30）上方的第二鏡層（40），所述垂直腔表面發射激光器還包括：離子層（60），離子層（60）是將離子從第二鏡層（40）的上表面植入到主動區（30）的上方或者植入到主動區（30）中或者貫穿主動區（30）植入到第一鏡層（20）中而形成用于隔離的離子層，離子層（60）用于將垂直腔表面發射激光器隔離成外區（81）和由離子層（60）包圍的內區（82）。通過本發明可以精確地限定諧振腔內的光射出的范圍。

技術領域

本發明涉及半導體芯片領域，具體涉及一種基于離子植入的垂直腔表面發射激光器、陣列和制作方法。

背景技術

在制作垂直腔表面發射激光器的過程中，定義垂直腔表面發射激光器的光窗方式主要有空氣柱、離子植入以及氧化孔徑等三種。高功率的垂直腔表面發射激光器的二維陣列光窗結構通常是以氧化孔徑法來形成的，但是采用氧化孔徑法形成的氧化孔徑的幾何形狀受外延工藝的影響極大，而采用空氣柱形成光窗的時間長且控制難。采用離子植入可以克服空氣柱和氧化孔徑等形成光窗的缺點。

在專利CN1450619A中公開了一種利用離子植入方法制作混合電路元件電容器的方法，具體公開了采用離子植入法作為電容器電極的多晶硅層中植入氧離子，再經由一回火工藝于多晶硅層中形成氧化硅層作為電容，以取代傳統的疊層方式制作電容器，因此可以簡化工藝的步驟，進而節省制造成本。盡管在該專利中公開了采用離子植入法可以簡化工藝節約時間成本，但是該專利中并沒有涉及到關于將離子植入到垂直腔表面發射激光器，限制垂直腔表面發射激光器的光窗的技術。

在專利CN201511006107.8中公開了少模面發射激光器，其中包括：一襯底，該襯底用于在其上生長激光器各外延層材料；一n型分布布拉格反射器(DBR)，該n型DBR制作在襯底上；一n型限制層，該n型限制層制作在n型DBR上；一有源層，該有源層制作在n型限制層上；一p型限制層，該p型限制層制作在有源區上；一p型DBR，該p型DBR制作在p型限制層上；一離子注入區，該離子注入區注入在p型DBR以及p型限制層特定的區域中，并與有源區保持一定的距離，對注入載流子進行限制作用；一p面電極，該p面電極制作在p型DBR上，包含三個透明電極，不同電極用來調制不同的橫模模式；一n面電極，該n面電極制作在襯底的下面。該專利中也沒有涉及到關于將離子植入到垂直腔表面發射激光器，限制垂直腔表面發射激光器的光窗的技術。

在現有文獻：離子注入方法形成電流限制孔徑及其對器件光電特性的影響“Electrically Confined Aperture Formed by Ion Implantation and Its Effect onDevice Optoelectronic Characteristics”，具體公開了采用離子注入方法和后續的退火工藝制作了1.3μm面發射電致發光(EL)器件結構的電流限制孔徑，通過對此結構的電學和光學特性進行測試分析，獲得了離子注入和退火溫度的優化參數，工藝參數為離子注人劑量5×1014cm-2和450℃退火1min。結果顯示隨著電流限制孔徑的縮小，器件的電阻呈線性增大；電流限制孔徑的形成顯著增強1.3μm面發射器件結構的電致發光強度，孔徑為15μm的樣品是沒有限制孔徑樣品的4倍(注入電流3mA)，并就電流限制孔對EL器件結構電致發光的影響進行了物理解釋。該專利中也沒有涉及到關于將離子植入到垂直腔表面發射激光器，限制垂直腔表面發射激光器的光窗的技術。

盡管上述三個文獻中都公開了離子植入的方法，但都沒有涉及到在垂直腔表面發射激光器內部植入離子形成離子層的技術。

發明內容

為至少解決上述技術問題，提出了本發明的如下所述的多個方案。