CN109038217B - 延长使用寿命的vcsel芯片及制作方法和电子器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种延长使用寿命的VCSEL芯片及制作方法和电子器件，在多量子阱有源层背离衬底一侧形成有第二半导体多层膜反射镜，以通过第二半导体多层膜反射镜阻挡限制层和多量子阱有源层相接触，进而能够在形成限制层的氧化结构时，通过第二半导体多层膜反射镜保护多量子阱有源层不被水汽侵蚀；同时第二半导体多层膜反射镜能够起到缓冲氧化结构应力的作用，避免在使用VCSEL芯片时产生高温条件下，氧化结构产生的应力对多量子阱有源层造成损坏的情况出现；并且，第二半导体多层膜反射镜还能够阻挡氧化结构中的杂质扩展至多量子阱有源层，保证VCSEL芯片的使用寿命较高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更为具体的说，涉及一种延长使用寿命的VCSEL芯片及制作方法和电子器件。
背景技术
垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)芯片，又称VCSEL芯片，是以砷化镓半导体材料为基础的激光发射芯片，具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，广泛应用与光通信、光互连、光存储等领域。
现有技术中的VCSEL芯片的剖面结构参考图1，主要包括砷化镓衬底10和位于砷化镓衬底10上依次层叠的N型DBR(Distributed Bragg Reflection，分布式布拉格反射镜)层20、多量子阱有源层30、限制层40、P型DBR层50、砷化镓接触层60和p侧电极结构70，且砷化镓衬底10背面形成有n侧电极80。其中，限制层40包括导电结构41和环绕导电结构41的氧化结构42，以起到汇聚电流，从而形成大电流注入多量子阱有源层30中激发激光的目的；电极结构70限定有出射窗口区域71，该出射窗口区域71即是VCSEL芯片的出光区域，现有的VCSEL芯片使用寿命较低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种延长使用寿命的VCSEL芯片及制作方法和电子器件，有效的解决了现有VCSEL芯片使用寿命较低的问题。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种延长使用寿命的VCSEL芯片，包括：
衬底；
位于所述衬底正面上的第一半导体多层膜反射镜；
位于所述第一半导体多层膜反射镜背离所述衬底一侧的多量子阱有源层；
位于所述多量子阱有源层背离所述衬底一侧的第二半导体多层膜反射镜；
位于所述第二半导体多层膜反射镜背离所述衬底一侧的限制层，所述限制层包括导电结构和环绕所述导电结构的氧化结构；
位于所述限制层背离所述衬底一侧的第三半导体多层膜反射镜，所述第三半导体多层膜反射镜与所述第二半导体多层膜反射镜的掺杂类型相同，且均与所述第一半导体多层膜反射镜的掺杂类型相反；
位于所述第三半导体多层膜反射镜背离所述衬底一侧的欧姆接触层；
以及，位于所述欧姆接触层背离所述衬底一侧的第一电极，及位于所述衬底背面上的第二电极。
可选的，所述第一半导体多层膜反射镜、所述第二半导体多层膜反射镜和所述第三半导体多层膜反射镜均为DBR反射镜。
可选的，所述第一半导体多层膜反射镜包括叠加的多个第一反射层，所述第一反射层包括依次叠加的AlAs层和AlGaAs层。
可选的，所述第二半导体多层膜反射镜包括叠加的多个第二反射层，所述第二反射层包括依次叠加的AlAs层和AlGaAs层。
可选的，所述第三半导体多层膜反射镜包括叠加的多个第三反射层，所述第三反射层包括依次叠加的AlAs层和AlGaAs层。
可选的，所述第三半导体多层膜反射镜的膜层数量大于所述第二半导体多层膜反射镜的膜层数量。
可选的，所述第一半导体多层膜反射镜为N型多层膜反射镜；
以及，所述第二半导体多层膜反射镜和所述第三半导体多层膜反射镜均为P型多层膜反射镜。
相应的，本发明还提供了一种延长使用寿命的VCSEL芯片的制作方法，包括：
提供一衬底；
在所述衬底正面上依次叠加沉积第一半导体多层膜反射镜、多量子阱有源层、第二半导体多层膜反射镜、限制材料层、第三半导体多层膜反射镜和欧姆接触层；
对所述限制材料层进行氧化处理，使得所述限制材料层形成具有导电结构和环绕所述导电结构的氧化结构的限制层；
在所述欧姆接触层背离所述衬底一侧形成第一电极，及在所述衬底背面上形成第二电极。
可选的，对所述限制层进行氧化处理为：
对所述限制层进行湿法氧化处理。
相应的，本发明还提供了一种电子器件，所述电子器件包括上述的延长使用寿命的VCSEL芯片。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明提供了一种延长使用寿命的VCSEL芯片及制作方法和电子器件，在多量子阱有源层背离衬底一侧形成有第二半导体多层膜反射镜，以通过第二半导体多层膜反射镜阻挡限制层和多量子阱有源层相接触，进而能够在形成限制层的氧化结构时，通过第二半导体多层膜反射镜保护多量子阱有源层不被水汽侵蚀；同时第二半导体多层膜反射镜能够起到缓冲氧化结构应力的作用，避免在使用VCSEL芯片时产生高温条件下，氧化结构产生的应力对多量子阱有源层造成损坏的情况出现；并且，第二半导体多层膜反射镜还能够阻挡氧化结构中的杂质扩展至多量子阱有源层，保证VCSEL芯片的使用寿命较高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有的一种VCSEL芯片的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种VCSEL芯片的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种VCSEL芯片的制作方法的流程图；
图4-图7为图3中各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
正如背景技术所述，现有技术中的VCSEL芯片的剖面结构参考图1，主要包括砷化镓衬底10和位于砷化镓衬底10上依次层叠的N型DBR(Distributed Bragg Reflection，分布式布拉格反射镜)层20、多量子阱有源层30、限制层40、P型DBR层50、砷化镓接触层60和p侧电极结构70，且砷化镓衬底10背面形成有n侧电极80。其中，限制层40包括导电结构41和环绕导电结构41的氧化结构42，以起到汇聚电流，从而形成大电流注入多量子阱有源层30中激发激光的目的；电极结构70限定有出射窗口区域71，该出射窗口区域71即是VCSEL芯片的出光区域，现有的VCSEL芯片使用寿命较低。
基于此，本申请实施例提供了一种延长使用寿命的VCSEL芯片及制作方法和电子器件，有效的解决了现有VCSEL芯片使用寿命较低的问题。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图2至图7对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。
参考图2所示，为本申请实施例提供的一种延长使用寿命的VCSEL芯片的结构示意图，其中，VCSEL芯片包括：
衬底100；
位于所述衬底100正面上的第一半导体多层膜反射镜200；
位于所述第一半导体多层膜反射镜200背离所述衬底100一侧的多量子阱有源层300；
位于所述多量子阱有源层300背离所述衬底100一侧的第二半导体多层膜反射镜400；
位于所述第二半导体多层膜反射镜400背离所述衬底100一侧的限制层500，所述限制层500包括导电结构510和环绕所述导电结构510的氧化结构520；
位于所述限制层500背离所述衬底100一侧的第三半导体多层膜反射镜600，所述第三半导体多层膜反射镜600与所述第二半导体多层膜反射镜400的掺杂类型相同，且均与所述第一半导体多层膜反射镜200的掺杂类型相反；
位于所述第三半导体多层膜反射镜600背离所述衬底100一侧的欧姆接触层700；
以及，位于所述欧姆接触层700背离所述衬底100一侧的第一电极800，及位于所述衬底100背面上的第二电极900。
可以理解的是，本申请实施例提供的技术方案，在多量子阱有源层背离衬底一侧形成有第二半导体多层膜反射镜，以通过第二半导体多层膜反射镜阻挡限制层和多量子阱有源层相接触，进而能够在形成限制层的氧化结构时，通过第二半导体多层膜反射镜保护多量子阱有源层不被水汽侵蚀；同时第二半导体多层膜反射镜能够起到缓冲氧化结构应力的作用，避免在使用VCSEL芯片时产生高温条件下，氧化结构产生的应力对多量子阱有源层造成损坏的情况出现；并且，第二半导体多层膜反射镜还能够阻挡氧化结构中的杂质扩展至多量子阱有源层，保证VCSEL芯片的使用寿命较高。
相应的，本申请实施例还提供了一种延长使用寿命的VCSEL芯片的制作方法，参考图3所示，为本申请实施例提供的一种VCSEL芯片的制作方法的流程图，其中，制作方法包括：
S1、提供一衬底；
S2、在所述衬底正面上依次叠加沉积第一半导体多层膜反射镜、多量子阱有源层、第二半导体多层膜反射镜、限制材料层、第三半导体多层膜反射镜和欧姆接触层；
S3、对所述限制材料层进行氧化处理，使得所述限制材料层形成具有导电结构和环绕所述导电结构的氧化结构的限制层；
S4、在所述欧姆接触层背离所述衬底一侧形成第一电极，及在所述衬底背面上形成第二电极。
结合图4-图7对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。如图4所示，对应步骤S1，提供一衬底100。
在本申请一实施例中，本申请提供的衬底可以为GaAs衬底，对此本申请不做具体限制。
如图5所示，对应步骤S2，在所述衬底100正面上依次叠加沉积第一半导体多层膜反射镜200、多量子阱有源层300、第二半导体多层膜反射镜400、限制材料层501、第三半导体多层膜反射镜600和欧姆接触层700。
在本申请一实施例中，本申请提供的所述第一半导体多层膜反射镜、所述第二半导体多层膜反射镜和所述第三半导体多层膜反射镜均为DBR反射镜。以及，本申请实施例提供的欧姆接触层可以为GaAs层。
其中，本申请实施例提供的所述第一半导体多层膜反射镜包括叠加的多个第一反射层，所述第一反射层包括依次叠加的AlAs层和AlGaAs层，对于第一半导体多层膜反射镜的材质本申请不做具体限制，需要根据实际应用进行具体选取。可选的，本申请实施例提供的第一反射层的数量可以为32，且其厚度为VCSEL芯片的出射光波长的四分之一，对此本申请同样不做具体限制。
以及，本申请实施例提供的所述第二半导体多层膜反射镜包括叠加的多个第二反射层，所述第二反射层包括依次叠加的AlAs层和AlGaAs层，对于第二半导体多层膜反射镜的材质本申请同样不做具体限制，需要根据实际应用进行具体选取。可选的，本申请实施例提供的第二反射层的数量可以为2，且其厚度为VCSEL芯片的出射光波长的四分之一，对此本申请同样不做具体限制。
以及，本申请实施例提供的所述第三半导体多层膜反射镜包括叠加的多个第三反射层，所述第三反射层包括依次叠加的AlAs层和AlGaAs层，对于第二半导体多层膜反射镜的材质本申请同样不做具体限制，需要根据实际应用进行具体选取。可选的，本申请实施例提供的第三反射层的数量可以为18，且其厚度为VCSEL芯片的出射光波长的四分之一，对此本申请同样不做具体限制。
由于本申请实施例提供的第二半导体多层膜反射镜的作用为阻挡水汽侵蚀和杂质及缓冲应力，故而，本申请实施例提供的所述第三半导体多层膜反射镜的膜层数量大于所述第二半导体多层膜反射镜的膜层数量。
在本申请一实施例中，所述第一半导体多层膜反射镜为N型多层膜反射镜；
以及，所述第二半导体多层膜反射镜和所述第三半导体多层膜反射镜均为P型多层膜反射镜。
如图6所示，对应步骤S3，对所述限制材料层进行氧化处理，使得所述限制材料层形成具有导电结构510和环绕所述导电结构510的氧化结构520的限制层500。
在本申请一实施例中，本申请提供的对所述限制层进行氧化处理为：对所述限制层进行湿法氧化处理，即在高温下通过水蒸气对限制层进行氧化处理，得到不导电的氧化结构。
如图7所示，对应步骤S4，在所述欧姆接触层700背离所述衬底100一侧形成第一电极800，及在所述衬底100背面上形成第二电极900。
相应的，本申请实施例还提供了一种电子器件，所述电子器件包括上述任意一实施例提供的延长使用寿命的VCSEL芯片。
本申请实施例提供了一种延长使用寿命的VCSEL芯片及制作方法和电子器件，在多量子阱有源层背离衬底一侧形成有第二半导体多层膜反射镜，以通过第二半导体多层膜反射镜阻挡限制层和多量子阱有源层相接触，进而能够在形成限制层的氧化结构时，通过第二半导体多层膜反射镜保护多量子阱有源层不被水汽侵蚀；同时第二半导体多层膜反射镜能够起到缓冲氧化结构应力的作用，避免在使用VCSEL芯片时产生高温条件下，氧化结构产生的应力对多量子阱有源层造成损坏的情况出现；并且，第二半导体多层膜反射镜还能够阻挡氧化结构中的杂质扩展至多量子阱有源层，保证VCSEL芯片的使用寿命较高。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种延长使用寿命的VCSEL芯片，其特征在于，包括：
衬底；
位于所述衬底正面上的第一半导体多层膜反射镜；
位于所述第一半导体多层膜反射镜背离所述衬底一侧的多量子阱有源层；
位于所述多量子阱有源层背离所述衬底一侧的第二半导体多层膜反射镜；
位于所述第二半导体多层膜反射镜背离所述衬底一侧的限制层，所述限制层包括导电结构和环绕所述导电结构的氧化结构；
位于所述限制层背离所述衬底一侧的第三半导体多层膜反射镜，所述第三半导体多层膜反射镜与所述第二半导体多层膜反射镜的掺杂类型相同，且均与所述第一半导体多层膜反射镜的掺杂类型相反；
位于所述第三半导体多层膜反射镜背离所述衬底一侧的欧姆接触层；
以及，位于所述欧姆接触层背离所述衬底一侧的第一电极，及位于所述衬底背面上的第二电极。
2.根据权利要求1所述的延长使用寿命的VCSEL芯片，其特征在于，所述第一半导体多层膜反射镜、所述第二半导体多层膜反射镜和所述第三半导体多层膜反射镜均为DBR反射镜。
3.根据权利要求2所述的延长使用寿命的VCSEL芯片，其特征在于，所述第一半导体多层膜反射镜包括叠加的多个第一反射层，所述第一反射层包括依次叠加的AlAs层和AlGaAs层。
4.根据权利要求2所述的延长使用寿命的VCSEL芯片，其特征在于，所述第二半导体多层膜反射镜包括叠加的多个第二反射层，所述第二反射层包括依次叠加的AlAs层和AlGaAs层。
5.根据权利要求2所述的延长使用寿命的VCSEL芯片，其特征在于，所述第三半导体多层膜反射镜包括叠加的多个第三反射层，所述第三反射层包括依次叠加的AlAs层和AlGaAs层。
6.根据权利要求1所述的延长使用寿命的VCSEL芯片，其特征在于，所述第三半导体多层膜反射镜的膜层数量大于所述第二半导体多层膜反射镜的膜层数量。
7.根据权利要求1所述的延长使用寿命的VCSEL芯片，其特征在于，所述第一半导体多层膜反射镜为N型多层膜反射镜；
以及，所述第二半导体多层膜反射镜和所述第三半导体多层膜反射镜均为P型多层膜反射镜。
8.一种延长使用寿命的VCSEL芯片的制作方法，其特征在于，用于制备权利要求1-7任意一项所述的延长使用寿命的VCSEL芯片，包括：
提供一衬底；
在所述衬底正面上依次叠加沉积第一半导体多层膜反射镜、多量子阱有源层、第二半导体多层膜反射镜、限制材料层、第三半导体多层膜反射镜和欧姆接触层；
对所述限制材料层进行氧化处理，使得所述限制材料层形成具有导电结构和环绕所述导电结构的氧化结构的限制层；
在所述欧姆接触层背离所述衬底一侧形成第一电极，及在所述衬底背面上形成第二电极。
9.根据权利要求8所述的延长使用寿命的VCSEL芯片的制作方法，其特征在于，对所述限制层进行氧化处理为：
对所述限制层进行湿法氧化处理。
10.一种电子器件，其特征在于，所述电子器件包括权利要求1-7任意一项所述的延长使用寿命的VCSEL芯片。
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