CN106936069A - 一种面发射激光器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面发射激光器，从下至上依次为底电极、衬底、下布拉格反射镜、有源区、氧化限制层、上布拉格反射镜、接触层、外接电极、还包括隔离槽以及覆设于所述隔离槽表面的钝化层，以及连接于所述接触层与所述外接电极之间的接触电极；所述隔离槽至所述接触层表面往下延伸贯穿所述上布拉格反射镜到达所述氧化限制层，所述接触电极为石墨烯透明电极。本发明采用石墨烯材料在出光端面制作石墨烯透明电极，与出光端面外接电极形成顶电极，来代替现有的环形金属电极，实现电流的注入，能够改善器件工作的稳定性。而且该石墨烯透明电极具有较高的导热性和导电性、机械强度高和极高的透光性等优点。

Description

一种面发射激光器及其制备方法
技术领域
本发明涉及激光器领域，具体涉及一种采用石墨烯作为透明电极的面发射激光器及其制备方法。
背景技术
面发射激光器(VCSEL，Vertical Cavity Surface Emitting Laser)具有阈值低、波长稳定性好、光发散角小、与光纤耦合效率高易于实现高密度集成等优点，是光通讯、高密度存储器、激光打印、激光显示、光信息处理等光电子领域不可缺少的重要器件之一。
由于金属电极透光性差，所以在面发射激光器中一般采用环形金属电极结构来实现出光端面电极的制备。这种电极结构需要进行多次光刻套刻工艺且需要较高的对准精度。这种电极结构对于小尺寸激光器芯片，其出光端面电极制备工艺难度也大大增加。另外，为了能有效地形成光学与电流限制，VCSEL经常采用隔离槽结构，通过干法刻蚀或湿法腐蚀等在器件发光端面形成具有一定深度的隔离槽。隔离槽中间的发光端面的电极面积较小难以直接与驱动电路连接，通常需要在隔离槽外制备面积较大电极进行电流注入，同时需要将隔离槽两侧的电极进行连接形成电流回路。传统的电极制备需要对隔离槽进行填充，通过金属桥接实现隔离槽两侧电极导通，但目前采用隔离槽填充物多为一些有机胶，这些胶耐温性较差，高低温时体积变化较大，容易导致上面的桥接金属层断裂，导致器件失效。性能优异的VCSEL对器件的工艺条件和填充材料的要求较高。
如何降低VCSEL顶电极制备工艺难度，改善VCSEL隔离槽两侧的电极桥接可靠性，进而改善器件的工作稳定性，成为目前VCSEL制备中亟需解决的问题之一。
石墨烯是一种具有较高导电性与导热性、机械强度高以及极高的透光性等优点的材料。在出光端面制备透明电极能有效减少小尺寸芯片的工艺难度，隔离槽无需进行填充可直接桥接且不易断裂，这无疑为VCSEL电极制备提供了一种新途径。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供面发射激光器，从下至上依次为底电极、衬底、下布拉格反射镜、有源区、氧化限制层、上布拉格反射镜、接触层、外接电极、还包括隔离槽以及覆设于所述隔离槽表面的钝化层，以及连接于所述接触层与所述外接电极之间的接触电极；所述隔离槽至所述接触层表面往下延伸贯穿所述上布拉格反射镜到达所述氧化限制层，所述接触电极为石墨烯透明电极。
进一步地，所述接触电极从所述接触层越过所述隔离槽上方与所述外接电极连接。
进一步地，所述石墨烯透明电极材质为单层或多层石墨烯。
进一步地，所以氧化限制层还设有氧化电流限制孔。
本发明还提供一种面发射激光器的制备方法，包括步骤：
从下至上依次为生长衬底、下布拉格反射镜、有源区、氧化限制层、上布拉格反射镜、接触层、外接电极，形成外延片；
在所述外延片上形成隔离槽，所述隔离槽至所述接触层表面往下延伸贯穿所述上布拉格反射镜到达所述氧化限制层；
在所述隔离槽表面的制备钝化层，在所述接触层表面的钝化层上制备外接电极；以及连接于所述接触层与所述外接电极之间的接触电极；所述接触电极为石墨烯透明电极；
在所述衬底上制备底电极后完成所述激光器。
进一步地，所述接触电极从所述接触层越过所述隔离槽上方与所述外接电极连接。
进一步地，所述石墨烯透明电极材质为单层或多层石墨烯。
进一步地，所述外延片是通过金属有机化合物化学气相沉淀技术或分子束外延生长技术获得的。
进一步地，所以氧化限制层还设有氧化电流限制孔。
进一步地，所述氧化电流限制孔用湿法氧化或湿法腐蚀的方法形成。
本发明的有益效果：本发明采用石墨烯材料在出光端面制作石墨烯透明电极，与出光端面外接电极形成顶电极，来代替现有的环形金属电极，实现电流的注入，能够改善器件工作的稳定性。而且该石墨烯透明电极具有较高的导热性和导电性、机械强度高和极高的透光性等优点，能够减少小尺寸芯片的工艺难度，使该面发射激光器具有制作简单且生产工艺成本低的优点。
附图说明
图1为本发明的实施例的面发射激光器的剖面结构示意图。
图2为本发明的实施例的面发射激光器的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了更好地阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的实施例及其附图进行详细描述。但是，显然可对本发明进行不同的变型和改型而不超出后附权利要求限定的本发明更宽的精神和范围。因此，以下实施例具有例示性的而没有限制的含义。
图1是根据本发明的实施例的面发射激光器的剖面结构示意图。
参照图1所示，根据本发明的实施例的面发射激光器从下至上依次为底电极13、衬底01、下DBR 02、下限制层03、有源区04、上限制层05、氧化限制层06、上DBR 07、接触层08；还包括隔离槽09，其设置位置为至所述接触层08表面往下延伸贯穿所述上DBR07到达所述氧化限制层06；一钝化层10覆设在所述隔离槽09上；包括一环形的外接电极12设置于所述接触层08表面，一接触电极11跨越所述隔离槽09连接于所述接触层08与所述外接电极12之间。其中所述接触电极11为石墨烯透明电极。
其中，定义接触层08表面为出光端面，所述接触电极11和出光端面的外接电极13形成欧姆接触，共同形成顶电极，并且接触电极11与接触层08形成欧姆接触。隔离槽09和钝化层10用于所述面发射激光器的芯片隔离，石墨烯透明电极11覆盖隔离槽09上。
其中，石墨烯透明电极的材料为单层或多层石墨烯，该单层或多层石墨烯可以采用湿法转移或CVD的方法来制备。芯片隔离槽09、钝化层10、出光端面外接电极12、石墨烯透明电极11和底电极13可以采用外延生长的方法来制备。
下面，将介绍这种面发射激光器的制备方法。
图2是根据本发明的实施例的面发射激光器的制备方法的流程图。
参照图2，首先，在步骤S10中，采用金属有机化合物化学气相沉淀技术或分子束外延生长技术在衬底01上表面依次生长下DBR 02(其材质例如(Al)GaAs/(Al)GaAs DBRs)、下限制层03(其材质例如(Al)GaAs)、有源区04(其材质例如GaAs量子阱)、上限制层05(其材质例如(Al)GaAs)、氧化限制层06(其材质例如AlAs)、上DBR 07(其材质例如(Al)GaAs/(Al)GaAs DBRs)和接触层08，完成外延片生长。
在完成器件结构外延生长后，进入步骤S20，在步骤S20中，采用反应耦合等离子体刻蚀工艺或反应离子刻蚀工艺在所述外延片上进行隔离槽09的制备，并采用湿法氧化或湿法腐蚀的方法在氧化限制层06形成所需氧化电流限制孔，其中，所述氧化限制层06自两侧氧化，所述电流限制孔在中间(图中未示出)。
然后进行步骤S30，在隔离槽09中采用电子束蒸镀方法进行非导电钝化层10的制备，其中钝化层的材质采用高导热系数的AlN材料。
完成钝化层10的制备后，进入步骤S40，在步骤S40中，采用电子束蒸发和剥离工艺，在出光端面制备外接电极12，并采用湿法转移技术在出光端面制备接触电极11。
最后进入步骤S50，在步骤S50中，采用电子束蒸发工艺在衬底的下表面蒸镀金属(例如为金、银、铝)制备底电极，获得芯片。最后通过对所述芯片进行解理、封装形成目标器件。
尽管以上已经对本发明的各种优选实施方式和特征进行了描述，但在不脱离本发明的目的和宗旨的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明做出许多变化、补充、改变和删减。以上结合本发明的具体实施例做的详细描述，并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种面发射激光器，其特征在于，从下至上依次为底电极、衬底、下布拉格反射镜、有源区、氧化限制层、上布拉格反射镜、接触层、外接电极、还包括隔离槽以及覆设于所述隔离槽表面的钝化层，以及连接于所述接触层与所述外接电极之间的接触电极；所述隔离槽至所述接触层表面往下延伸贯穿所述上布拉格反射镜到达所述氧化限制层，所述接触电极为石墨烯透明电极。
2.根据权利要求1所述的面发射激光器，其特征在于，所述接触电极从所述接触层越过所述隔离槽上方与所述外接电极连接。
3.根据权利要求1所述的面发射激光器，其特征在于，所述石墨烯透明电极材质为单层或多层石墨烯。
4.根据权利要求1所述的面发射激光器，其特征在于，所以氧化限制层还设有氧化电流限制孔。
5.一种面发射激光器的制备方法，其特征在于，包括步骤：
从下至上依次生长衬底、下布拉格反射镜、有源区、氧化限制层、上布拉格反射镜、接触层，形成外延片；
在所述外延片上形成隔离槽，所述隔离槽至所述接触层表面往下延伸贯穿所述上布拉格反射镜到达所述氧化限制层；
在所述隔离槽表面的制备钝化层，在所述接触层表面的钝化层上制备外接电极；以及连接于所述接触层与所述外接电极之间的接触电极；所述接触电极为石墨烯透明电极；
在所述衬底上制备底电极后完成所述激光器。
6.根据权利要求5所述面发射激光器的制备方法，其特征在于，所述接触电极从所述接触层越过所述隔离槽上方与所述外接电极连接。
7.根据权利要求5所述面发射激光器的制备方法，其特征在于，所所述石墨烯透明电极材质为单层或多层石墨烯。
8.根据权利要求5所述面发射激光器的制备方法，其特征在于，所述外延片是通过金属有机化合物化学气相沉淀技术或分子束外延生长技术获得的。
9.根据权利要求5所述面发射激光器的制备方法，其特征在于，所以氧化限制层还设有氧化电流限制孔。
10.根据权利要求5所述面发射激光器的制备方法，其特征在于，所述氧化电流限制孔用湿法氧化或湿法腐蚀的方法形成。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170707

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