[發明專利]垂直腔面發射激光器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110792341.7
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113258442B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 堯舜;劉晨暉;胡斌;張顏儒;楊默;戴偉;董國亮;常露;王青;李軍;張楊
• 申請（專利權）人: 華芯半導體研究院（北京）有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙麗婷

本發明公開了垂直腔面發射激光器及其制備方法。該垂直腔面發射激光器包括：襯底、P型過渡層、第一布拉格反射鏡、多重量子阱層、第二布拉格反射鏡和負電極。該垂直腔面發射激光器的可靠性強、壽命長、發光效率高，且制備成本較低。

技術領域

本發明涉及半導體功率器件領域，具體而言，本發明涉及垂直腔面發射激光器及其制備方法。

背景技術

隨著VCSEL應用領域越來越廣，垂直腔面發射激光器（VCSEL）對可靠性提出了更高的要求。當前提高VCSEL可靠性的主要方法是通過外延生長多層高鋁材料，通過設計在VCSEL芯片用PECVD刻蝕出截面，通過濕法氧化工藝制備出Al₂O₃作為電流阻擋層。Al₂O₃為非晶結構，應力、熱膨脹系數與周邊材料不同，導致周邊缺陷的引入，使得芯片可靠性下降，是該類VCSEL失效源之一。另外，該氧化工藝有諸多問題，例如需做首件氧化獲取氧化速率，工藝重復性，氧化速率的工藝控制，氧化孔徑的精準度等，工藝重復性差、成本較高。

由于氧化工藝的這些缺點，各種非氧化工藝也被逐漸應用到VCSEL中。目前，在VCSEL中，典型的非氧化工藝主要有3種。第一種是采用刻蝕的手段，通過直接在P型DBR中深度刻蝕，形成一個柱狀結構，這種結構的刻蝕精度通常難以保證，另外刻蝕的柱狀側面晶體質量較差，粗糙度較高，會在側面引入大量的缺陷，橫向光散射和表面復合損耗嚴重，從而降低VCSEL性能；第二種是采用掩埋異質結結構，這種結構首先需要在P型DBR一側較深位置刻蝕出一個臺面，然后再通過二次外延生長一層低禁帶寬度和低折射率的材料，來限制電流和光場的橫向分布，其主要缺點是會引入額外的電壓，影響VCSEL的光效，另外二次外延工藝也較為復雜；第三種是采用將質子注入到P型DBR中的手段，即通過高速離子將原子擊離其晶格部位并產生半絕緣材料，形成導電通道，這種結構的缺點是，在橫向上沒有光學的折射率導引，會導致橫向光損耗增加，降低器件連續工作的可靠性，另外，這種工藝也比較復雜，不易于量產。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出垂直腔面發射激光器及其制備方法。該垂直腔面發射激光器的可靠性強、壽命長、發光效率高，且制備成本較低。

在本發明的一個方面，本發明提出了一種垂直腔面發射激光器。根據本發明的實施例，該垂直腔面發射激光器包括：襯底；P型過渡層，所述P型過渡層形成在所述襯底的至少部分表面；第一布拉格反射鏡，所述第一布拉格反射鏡形成在所述P型過渡層遠離所述襯底的至少部分表面，所述第一布拉格反射鏡為P型摻雜；多重量子阱層，所述多重量子阱層形成在所述第一布拉格反射鏡遠離所述P型過渡層的至少部分表面；第二布拉格反射鏡，所述第二布拉格反射鏡形成在所述多重量子阱層遠離所述第一布拉格反射鏡的至少部分表面；所述第二布拉格反射鏡包括下層區、中心區和外圍區，其中，所述下層區和所述中心區為N型摻雜，所述外圍區為P型摻雜；負電極，所述負電極設在所述第二布拉格反射鏡的上表面，且位于所述中心區和所述外圍區的連接處。

根據本發明上述實施例的垂直腔面發射激光器中，第二布拉格反射鏡的外圍區為P型摻雜，而下層區和中心區為N型摻雜，N型區域下方形成反向P-N結，從而起到阻擋電流的作用，對電流進行導向。該反向P-N結為晶體結構，從而避免了傳統垂直腔面發射激光器中電流限制層的使用，解決了傳統垂直腔面發射激光器因使用氧化物電流限制層帶來的缺陷問題，以及制備氧化物電流限制層的濕法氧化工藝所帶來的諸多問題。由此，該垂直腔面發射激光器的可靠性強、壽命長、發光效率高，且制備成本較低。

另外，根據本發明上述實施例的垂直腔面發射激光器還可以具有如下附加的技術特征：

在本發明的一些實施例中，所述襯底為導電襯底，所述襯底由摻雜的GaAs形成。

在本發明的一些實施例中，所述襯底為半絕緣襯底，不導電。