CN110233422A - 垂直腔面发射激光器氧化台阶及激光器的制备方法 - Google Patents

垂直腔面发射激光器氧化台阶及激光器的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110233422A
CN110233422A CN201910363273.5A CN201910363273A CN110233422A CN 110233422 A CN110233422 A CN 110233422A CN 201910363273 A CN201910363273 A CN 201910363273A CN 110233422 A CN110233422 A CN 110233422A
Authority
CN
China
Prior art keywords
oxidation step
preparation
layer
oxidation
vertical cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910363273.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110233422B (zh
Inventor
刘嵩
梁栋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changzhou Zonghui Core Light Semiconductor Technology Co Ltd
Original Assignee
Changzhou Zonghui Core Light Semiconductor Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changzhou Zonghui Core Light Semiconductor Technology Co Ltd filed Critical Changzhou Zonghui Core Light Semiconductor Technology Co Ltd
Publication of CN110233422A publication Critical patent/CN110233422A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110233422B publication Critical patent/CN110233422B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423—Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明提供一种垂直腔面发射激光器氧化台阶及激光器的制备方法，氧化台阶制备方法包括：提供半导体衬底；于半导体衬底上形成外延层；于外延层上涂覆光刻胶，图形化光刻胶以露出若干氧化台阶的刻蚀沟槽窗口，每个氧化台阶的刻蚀沟槽窗口的形貌相同；刻蚀形成氧化台阶。由于若干个刻蚀沟槽窗口的形貌相同，刻蚀时，每个氧化台阶的刻蚀状况基本相同，所以形成的若干个所述氧化台阶的侧壁形状，角度及刻蚀深度基本相同；另外，采用相同形貌的刻蚀沟槽窗口，且刻蚀开口面积相对较小，制程更容易控制，形成的氧化台阶的侧壁界面，角度及刻蚀深度更均匀。从而在后续进行侧壁氧化时，可使若干氧化台阶的氧化更均匀。

Description

垂直腔面发射激光器氧化台阶及激光器的制备方法
技术领域
本发明涉及垂直腔面发射激光器制造领域，特别是涉及一种垂直腔面发射激光器氧化台阶及激光器的制备方法。
背景技术
垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)是以砷化镓半导体材料为基础研制，有别于LED（发光二极管）和LD(Laser Diode，激光二极管)等其他光源，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，广泛应用于光通信、光互连、光存储等领域。
垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种垂直表面出光的新型激光器，与传统边发射激光器不同的结构带来了许多优势：圆形对称的远、近场分布使其与光纤的耦合效率大大提高，而不需要复杂昂贵的光束整形系统，现已证实与多模光纤的耦合效率竟能大于90%；光腔长度极短，导致其纵模间距拉大，可在较宽的温度范围内实现单纵模工作，动态调制频率高；腔体积减小使得其自发辐射因子较普通端面发射激光器高几个数量级，这导致许多物理特性大为改善；可以在晶圆上实现片测试，极大地降低了开发成本；出光方向垂直衬底，可以很容易地实现高密度二维面阵的集成，实现更高功率输出，并且因为在垂直于衬底的方向上可并行排列着多个激光器，所以非常适合应用在并行光传输以及并行光互连等领域，它以空前的速度成功地应用于单通道和并行光互联，以它很高的性能价格比，在宽带以太网、高速数据通信网中得到了大量的应用；最吸引人的是它的制造工艺与发光二极管(LED)兼容，大规模制造的成本很低。
在光纤通信方面，目前VCSEL市场空前发展，并在北美替代高价位的LD用于千兆、万兆以太数据通信网的建设，导致了高速VCSEL收发模块需求爆炸性地增长。VCSEL在其他方面也有不错的应用前景。在光打印方面，激光打印机中的多边镜等光扫描技术的电子化是多年未能解决的课题，随着技术的发展，已逐步得到改善。如果采用LED阵列，电能消耗是个瓶颈，而导入VCSEL阵列则可以解决这个问题。采用数千个VCSEL构成的阵列形式的多光束将可能成为取代多边镜扫描的最好方式。相比过去的单个激光管，VCSEL的阵列集成结构可以同时进行多行的扫描。这可以大大提高激光打印机的扫描速度并相应延长其使用寿命。在光显示方面，通常的显示器都是利用红、绿、蓝三原色发光管构成的，如果能够制成具有红、绿、蓝三原色的激光器，则可以应用在大型显示器的技术领域中。在照明方面，VCSEL的电光转换效率达到35%以上，如果它的波长能从紫外波段覆盖到可见光区，可以期待它在照明领域里面也能有着广泛的应用前景，实现白光照明。例如，可调节光线强度的室内照明，笔记本电脑的背景灯，交通指示灯以及户外照明灯等许多方面。另外在气体检测、高密度光存储及3D感应等方面也有希望得到应用。
VCSEL阵列的特点是在一个极其小的基底上通过布置多个随机分布的台阶状的VCSEL点光源的方式来进行激光投影，比如在半导体衬底上布置多个VCSEL点光源，这种VCSEL点光源通常对应一个VCSEL器件的发射窗口，该发射窗口通常被设置为一个简单的圆孔或方孔等形状，一个发射窗口仅能携带一个位置信息。
VCSEL阵列的制备方法中关键的一步是形成随机阵列分布或规则阵列分布的氧化台阶的步骤，现有工艺一般采用光刻和刻蚀形成该氧化台阶，但形成的氧化台阶的台面侧壁不均匀，同时或者氧化台阶的刻蚀深度也不均匀，导致后续的氧化工艺出现问题或者不均匀，从而使形成的VCSEL阵列器件性能不一致，良率较低。
因此，如何提供一种垂直腔面发射激光器氧化台阶的制备方法及激光器的制备方法，以解决现有技术中所存在的上述问题实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种垂直腔面发射激光器氧化台阶及激光器的制备方法，用于解决现有技术中形成氧化台阶工艺形成的氧化台阶的台面侧壁不均匀，或者氧化台阶的刻蚀深度不均匀，导致后续形成的VCSEL阵列器件性能不一致，良率较低。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法，所述氧化台阶的制备方法至少包括步骤：
提供半导体衬底；
于所述半导体衬底上形成外延层，所述外延层从下向上依次包括下反射镜、有源层及上反射镜，所述上反射镜中具有限制氧化层；
于所述外延层上涂覆光刻胶，图形化所述光刻胶以定义出若干氧化台阶的刻蚀沟槽窗口，每个所述氧化台阶的所述刻蚀沟槽窗口的形貌相同；
藉由所述刻蚀沟槽窗口自所述外延层表面向下刻蚀，形成所述氧化台阶，去除所述光刻胶。
可选地，所述刻蚀沟槽窗口包括环形、六边形或方形。
进一步的，所述环形的外径与内径之差介于0.5μm~10μm。
可选地，若干所述氧化台阶呈密排六方阵列分布。
可选地，藉由所述刻蚀沟槽窗口自所述外延层表面向下刻蚀至超过所述限制氧化层。
可选地，所述半导体衬底包括N型半导体衬底，所述下反射镜包括N型反射镜，所述上反射镜包括P型反射镜。
可选地，所述外延层还包括缓冲层，所述缓冲层形成于所述半导体衬底与所述下反射镜之间。
可选地，所述上反射镜及所述下反射镜包括布拉格反射镜。
可选地，所述外延层还包括依次形成于所述上反射镜上的电流扩展层及上电极层，且在形成所述刻蚀沟槽窗口之前，图形化所述上电极层，使所述上电极层形成在所述氧化台阶上。
进一步的，图形化所述上电极层后，还包括于所述电流扩展层上及所述上电极层上形成第一介质层。
可选地，所述外延层的厚度介于7μm~11μm，藉由所述刻蚀沟槽窗口自所述外延层表面向下刻蚀的刻蚀深度介于2μm~6μm。
本发明还提供一种垂直腔面发射激光器的制备方法，所述激光器的制备方法至少包括步骤：
形成如上所述任一项所述的氧化台阶；
侧向氧化所述氧化台阶，形成电光限制层；
于所述氧化台阶的侧壁形成第二介质层；
显露出上电极区域，所述上电极区域形成于所述氧化台阶上；
于所述上电极区域中形成上电极，所述上电极包括上电极层；
于所述半导体衬底背面形成下电极。
可选地，若干所述氧化台阶呈密排六方阵列分布，所述氧化台阶包括第一氧化台阶及第二氧化台阶，其中所述第一氧化台阶上的外周形成所述上电极，所述第二氧化台阶上的外周不形成所述上电极。
可选地，所述上电极还包括形成于所述上电极层上的上电极引出层。
可选地，于所述半导体衬底背面形成所述下电极前，还包括减薄、抛光所述半导体衬底。
可选地，采用湿法氧化工艺，形成所述电光限制层。
如上所述，本发明的垂直腔面发射激光器氧化台阶及激光器的制备方法，在形成氧化台阶的方法中，刻蚀形成氧化台阶时，无论器件发光点的排列，由于若干个刻蚀沟槽窗口的形貌相同，刻蚀时，每个氧化台阶的刻蚀状况（包括刻蚀气体的用量、影响刻蚀效果的因子等）基本相同，所以形成的若干个所述氧化台阶的侧壁界面和形状及刻蚀深度基本相同；另外，采用相同形貌的刻蚀沟槽窗口，且刻蚀比例（需要刻蚀的面积/外延层总面积）相对较小，制程更容易控制，形成的氧化台阶的侧壁界面和形状及刻蚀深度更均匀。并且生成的副产物较少，便于清理，不会附着在侧壁上影响后续的氧化工艺。以上的特性在后续进行侧壁氧化时，可使若干氧化台阶的氧化更均匀，从而有效提高VCSEL阵列器件性能及良率，和在晶圆上的均匀度。
附图说明
图1显示为本发明的垂直腔面发射激光器的氧化台阶制备方法的流程图。
图2显示为实施例1的氧化台阶制备方法中执行图1中步骤S11的结构示意图。
图3a~3b显示为实施例1的氧化台阶制备方法中执行图1中步骤S12的结构示意图。
图4a~4b显示为实施例1的氧化台阶制备方法中执行图1中步骤S13的结构示意图。
图5a~5b显示为实施例1的氧化台阶制备方法中执行图1中步骤S14的结构示意图。
图5c~5f显示为实施例1的氧化台阶制备方法中形成的氧化台阶结构的俯视图。
图5g~图5h显示为采用实施例1的氧化台阶制备方法制备与采用现有氧化台阶制备方法制备的氧化台阶的结构示意图。
图6a~6c显示为实施例2的氧化台阶制备方法中执行图1中步骤S12的结构示意图。
图7显示为实施例2的氧化台阶制备方法中执行图1中步骤S13的结构示意图。
图8显示为实施例2的氧化台阶制备方法中执行图1中步骤S14的结构示意图。
图9显示为本发明的垂直腔面发射激光器制备方法的流程图。
图10显示为实施例3的激光器制备方法中执行图9中步骤S22的结构示意图。
图11显示为实施例3的激光器制备方法中执行图9中步骤S23的结构示意图。
图12显示为实施例3的激光器制备方法中执行图9中步骤S24的结构示意图。
图13显示为实施例3的激光器制备方法中执行图9中步骤S25的结构示意图。
图14a~14b显示为实施例3的激光器制备方法中执行图9中步骤S26的结构示意图。
图15显示为实施例4的激光器制备方法中执行图9中步骤S22的结构示意图。
图16显示为实施例4的激光器制备方法中执行图9中步骤S23的结构示意图。
图17显示为实施例4的激光器制备方法中执行图9中步骤S24的结构示意图。
图18显示为实施例4的激光器制备方法中执行图9中步骤S25的结构示意图。
图19a~19b显示为实施例4的激光器制备方法中执行图9中步骤S26的结构示意图。
元件标号说明
10 半导体衬底，11 外延层，110 下反射镜，111 有源层，112 上反射镜，113 限制氧化层，114 缓冲层，115 电流扩展层，116 上电极层，117 第一介质层，12 光刻胶，13 刻蚀沟槽窗口，14 氧化台阶，15 电光限制层，16 第二介质层，17 上电极区域，18 上电极，181 上电极引出层，19 下电极， W 环形的外径与内径之差，D1 外延层的厚度，D2 刻蚀深度，S11~S14 步骤，S21~S26 步骤。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图19b。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本发明提供一种垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法，所述氧化台阶的制备方法至少包括步骤：
S11，提供半导体衬底；
S12，于所述半导体衬底上形成外延层，所述外延层从下向上依次包括下反射镜、有源层及上反射镜，所述上反射镜中具有限制氧化层；
S13，于所述外延层上涂覆光刻胶，图形化所述光刻胶以定义出若干氧化台阶的刻蚀沟槽窗口，每个所述氧化台阶的所述刻蚀沟槽窗口的形貌相同；
S14，藉由所述刻蚀沟槽窗口自所述外延层表面向下刻蚀，形成所述氧化台阶，去除所述光刻胶。
本发明形成氧化台阶的方法中，刻蚀形成氧化台阶时，若干个刻蚀沟槽窗口的形貌相同，刻蚀时，每个氧化台阶的刻蚀状况（包括刻蚀气体的用量、影响刻蚀效果的因子等）基本相同，所以形成的若干个所述氧化台阶的侧壁界面、角度及刻蚀深度基本相同；另外，采用相同形貌的刻蚀沟槽窗口，且刻蚀比例（即：需要刻蚀的外延层面积/外延层总面积）相对较小，制程更容易控制，形成的氧化台阶的侧壁形状及刻蚀深度更均匀。并且生成的副产物较少，便于清理，不会附着在侧壁上影响后续的氧化工艺。以上的特性在后续进行侧壁氧化时，可使若干氧化台阶的氧化更均匀，从而有效提高VCSEL阵列器件性能及良率，和在晶圆上的均匀度。
本发明中不限制所述刻蚀沟槽窗口，即可以为各种规则的形状或不规则的形状，例如：方形、圆形、菱形、多边形等等。
实施例1
下面将结合附图来详细阐述本实施例1的垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法。
本实施例中以所述刻蚀沟槽窗口为环状进行阐述。
如图1及图2所示，首先进行步骤S11，提供半导体衬底10。
所述半导体衬底10可以是任意适于形成垂直腔面发射激光器的材料。本实施例中选择所述半导体衬底10的材料为砷化镓（GaAs）。
所述半导体衬底10可以是N型掺杂的半导体衬底，也可以是P型掺杂的半导体衬底，掺杂可以降低后续形成的电极与半导体衬底之间欧姆接触的接触电阻。本实施例中选择所述半导体衬底10为N型掺杂半导体衬底。
如图1及图3a~3b所示，然后进行步骤S12，于所述半导体衬底10上形成外延层11，所述外延层11从下向上依次包括下反射镜110、有源层111及上反射镜112，所述上反射镜112中具有限制氧化层113，如图3a所示。
本实施例中的所述限制氧化层113指的是形成氧化台阶后，对氧化台阶进行侧向氧化时，该层限制氧化层113会被氧化形成限制电流及光孔径的电光限制层。
作为示例，所述下反射镜110包括N型反射镜，所述上反射镜112包括P型反射镜。较佳地，所述N型反射镜可以为N型的布拉格反射镜DBR（N型-DBR），所述P型反射镜可以为P型的布拉格反射镜DBR（P型-DBR），所述P型-DBR与N型-DBR为四分之一波长的GaAs和AlGaAs周期结构组成。
作为示例，所述有源层111由InGaAs/GaAs应变量子阱组成。
作为示例，采用化学气相沉积工艺（MOCVD）形成所述外延层11。
作为示例，如图3b所示，所述外延层11还包括缓冲层114，所述缓冲层114形成于所述半导体衬底10与所述下反射镜110之间。所述缓冲层114可以有效释放半导体衬底与下反射镜之间的应力以及位错过滤。
作为示例，所述外延层11的厚度D1介于7μm~11μm。
如图1及图4a~4b所示，然后进行步骤S13，于所述外延层11上涂覆光刻胶12，图形化所述光刻胶12以显影出若干氧化台阶的刻蚀沟槽窗口13，每个所述氧化台阶的所述刻蚀沟槽窗口13的形貌相同。
如图5c所示，较佳地，所述刻蚀沟槽窗口13为环形，本实施例中所述氧化台阶的制备过程也是以所述刻蚀沟槽窗口13为环形为例进行阐述的，环形的刻蚀沟槽窗口形成的氧化台阶为圆柱状，易于形成圆形的出光孔。所述环形的外径与内径之差W介于0.5μm~10μm，更优地，所述环形的外径与内径之差W介于4μm~7μm。但是并不限制所述刻蚀沟槽窗口13也可以是其他形状，例如，如图5e所示的六边形，如图5f所示的方形等等。
本实施例中，采用光刻工艺形成刻蚀沟槽窗口13，并在图形化所述光刻胶12时，使形成的每个氧化台阶的刻蚀沟槽窗口13的形貌相同，刻蚀形成氧化台阶时，无论器件发光点的排列，只去除刻蚀沟槽窗口13下面的外延层材料，这样，相对于每一个氧化台阶来说，其刻蚀状况基本相同，这里所述刻蚀基本情况包括刻蚀气体的用量、影响刻蚀效果的因子等等，所以形成的若干个氧化台阶的侧壁界面及刻蚀深度D2基本相同。如图5h所示，为采用本实施例的制备方法制备的氧化台阶14的结构示意图，当经过本实施例步骤S14后，图中在半导体衬底上形成有三个氧化台阶，分别为14（1）、14（2）、14（3），且相邻两氧化台阶之间的间隔依次增大，获得的每个氧化台阶的刻蚀深度D2基本相同，如图5g所示，为采用现有技术中形成氧化台阶时，将氧化台阶周围外延层全部去除形成三个氧化台阶，分别为14（1）、14（2）、14（3），且相邻两氧化台阶之间的间隔依次增大，但获得的每个氧化台阶的刻蚀深度D2依次增大，图5g及图5h只是示例性的示出了三个氧化台阶，本领域技术人员可不难理解，半导体衬底上一般会形成有若干个氧化台阶，其个数是根据不同需求设置的，所以在此不能以半导体衬底上仅形成有三个氧化台阶限定本方法的保护范围。另外，本实施例中，采用相同形貌的刻蚀沟槽窗口13，且刻蚀比例（即，需要刻蚀的面积/外延层总面积）相对较小，使刻蚀的制程更容易控制，因而形成的氧化台阶阵列的侧壁界面、角度及刻蚀深度也更均匀。再者，采用本实施例的氧化台阶制备方法，刻蚀生成的副产物较少，易于清理，副产物不易附着在氧化台阶侧壁上影响后续的氧化台阶的氧化工艺。
如图1及图5a~5b所示，然后进行步骤S14，藉由所述刻蚀沟槽窗口13自所述外延层11表面向下刻蚀，形成所述氧化台阶14，去除所述光刻胶12。
作为示例，采用干法刻蚀工艺形成所述氧化台阶14。
作为示例，藉由所述刻蚀沟槽窗口13自所述外延层11表面向下刻蚀至超过所述限制氧化层113。较佳地，藉由所述刻蚀沟槽窗口13自所述外延层11表面向下刻蚀至所述下反射镜110层内。
作为示例，当所述外延层11的厚度D1介于7μm~11μm时，藉由所述刻蚀沟槽窗口13自所述外延层11表面向下刻蚀的刻蚀深度D2介于2μm~6μm。
于所述半导体衬底10上形成的所述氧化台阶14可以是随机阵列（如图5c所示），也可以是规则阵列，如图5d所示，所述氧化台阶14呈密排六方阵列分布。当所述氧化台阶14是规则阵列时，如需要形成伪随机阵列的出光形貌（随机点阵的其中一种），可以将所述氧化台阶14分为第一氧化台阶及第二氧化台阶，选择在所述第二氧化台阶上不形成电极，以使其成为虚拟的氧化台阶而不出射光，选择在所述第一氧化台阶形成电极，以使其成为发光像素。由于形成规则阵列的所述氧化台阶14的工艺更易控制，所以形成的若干所述氧化台阶14的一致性及均匀性更佳，而要形成伪随机阵列的出光形貌，只要在形成的规则阵列氧化台阶中，选择需要点亮的氧化台阶设置电极，不需要点亮的氧化台阶不设置电极即可，这样可得到出光效果更优的伪随机氧化阵列。
这里需要说明的是，图5c及图5d中是以所述刻蚀深度D2刻蚀至所述下反射镜110层内为示例进行说明的。
作为示例，如图5d所示，形成密排六方阵列分布的所述氧化台阶14时，首先以所述刻蚀沟槽窗口13刻蚀所述外延层11，直至目标刻蚀深度，另外还需再刻蚀相切的三个所述氧化台阶14之间的外延层11，直至目标刻蚀深度。
实施例2
下面将结合附图来详细阐述本实施例2的垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法。
本实施例中同样以所述刻蚀沟槽窗口为环状进行阐述。
本实施例提供的垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法与实施例1基本相同，具体不同在于：
如图1及图6a~6c所示，在进行步骤S12时，于所述半导体衬底10上形成的外延层11，还包括依次形成于所述上反射镜112上的电流扩展层115及上电极层116（如图6a所示），并在形成所述刻蚀沟槽窗口13之前，图形化所述上电极层116，使所述上电极层116形成在所述氧化台阶上（如图6b所示）。所述上电极层116后续作为每个氧化台阶的上电极的一部分。由于每个氧化台阶尺寸相对很小，所以如果在形成氧化台阶之后再形成上电极，难度较大，形成的上电极质量相对较差，所以本实施例中在形成氧化台阶之前先在整个外延层上形成上电极，可提高刻蚀精度，后续形成的上电极质量较好，提高产品良率，同时形成的所述上电极也可以作为后续光刻、刻蚀等工艺的对准标记。
作为示例，所述上电极层116的材料可以是金、铂金或其可与所述上反射镜112形成欧姆接触的金属。
作为示例，所述电流扩展层115可以是通过在所述上电极层116中掺杂形成，也可以是重新沉积形成。
作为示例，形成图形化的所述上电极层116后，还包括于所述电流扩展层115及所述上电极层116上形成第一介质层117（如图6c所示）。所述第一介质层117用于保护后续制程对所述上电极层116的伤害。所述第一介质层117的材料可以是氮化硅（SiN）、氧化硅（SiO2）或其他绝缘保护材料。
如图1及图7所示，在进行步骤S13时，于所述外延层11上涂覆光刻胶12，所述光刻胶12需覆盖所述上电极层116。
如图1及图8所示，在进行步骤S14后，形成的所述氧化台阶14上形成有所述上电极层116。
如图9所示，本发明还提供一种垂直腔面发射激光器的制备方法，所述激光器的制备方法至少包括如下步骤：
形成使用本发明提供的垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法制备的氧化台阶；
侧向氧化所述限制氧化层，形成电光限制层；
于所述氧化台阶的侧壁形成第二介质层；
显露出上电极区域，所述上电极区域形成于所述氧化台阶上；
于所述上电极区域中形成上电极，所述上电极包括上电极层；
于所述半导体衬底背面形成下电极。
实施例3
下面将结合附图来详细阐述本实施例的垂直腔面发射激光器的制备方法，且本实施例中的氧化台阶是使用实施例1中的制备方法制得。
如图9及图5b所示，首先进行步骤S21，形成如实施例1中所述的制备方法制得的氧化台阶14。
如图9及图10所示，然后进行步骤S22，侧向氧化所述氧化台阶14，形成电光限制层15。
作为示例，采用湿法氧化工艺形成所述电光限制层15。
侧向氧化所述氧化台阶14时，主要是对所述氧化台阶14中的限制氧化层113进行氧化，以形成所述电光限制层15。
由于采用实施例1的制备方法制备的氧化台阶的侧壁界面、角度及刻蚀深度基本相同，且刻蚀产生的副产物不易出现挂壁（即刻蚀副产物不易附着在氧化台阶的侧壁上）现象，所以在进行本实施例的侧壁氧化步骤S22时，可使若干氧化台阶的氧化更均匀，基于电光限制层对氧化台阶出光孔径的限制作用，所以氧化台阶的氧化均匀性，有效提高了VCSEL阵列出光的均匀性，从而提高VCSEL阵列器件性能及良率，以及在晶圆上的均匀度。
如图9及图11所示，然后进行步骤S23，于所述氧化台阶14的侧壁形成第二介质层16。
作为示例，采用化学沉积工艺于所述氧化台阶14的侧壁及所述外延层11的表面形成所述第二介质层16。所述第二介质层16既可以保护所述电光限制层15又可以有效电隔离相邻氧化台阶14。
作为示例，所述第二介质层16的材料可以是氮化硅（SiN）、氧化硅（SiO2）或其他绝缘保护材料。
如图9及图12所示，然后进行步骤S24，显露出上电极区域17，所述上电极区域17形成于所述氧化台阶14上。
作为示例，采用光刻刻蚀工艺图形化所述第二介质层16，以显露出需制备上电极的所述上电极区域17。
如图9及图13所示，然后进行步骤S25，于所述上电极区域17中形成上电极18。
如图9及图14a~14b所示，然后进行步骤S26，于所述半导体衬底10背面形成下电极19。
作为示例，如图14a所示，先减薄、抛光所述半导体衬底10的背面，然后于所述半导体衬底10的背面形成所述下电极19，如图14b所示。
实施例4
下面将结合附图来详细阐述本实施例的垂直腔面发射激光器的制备方法，且本实施例中的氧化台阶是使用实施例2中的制备方法制得。
本实施例提供的垂直腔面发射激光器的制备方法与实施例3基本相同，具体不同在于：
如图8及图9所示，在进行步骤S21时，所述氧化台阶14上已形成了所述上电极层116。
如图9及图15所示，在进行步骤S22时，对形成有所述上电极层116的所述氧化台阶14进行侧向氧化，形成电光限制层15。
如图9及图16所示，在进行步骤S23时，于所述形成有所述上电极层116的所述氧化台阶14的侧壁形成所述第二介质层16。
作为示例，采用化学沉积工艺于所述氧化台阶14的侧壁、所述外延层11的表面及所述上电极层116的表面形成所述第二介质层16。
如图9及图17所示，在进行步骤S24时，显露所述上电极区域17后，所述上电极区域内已形成所述上电极层116。
如图9及图18所示，在进行步骤S25时，由于所述上电极区域17内已形成有所述上电极层116，所以优选的，可于所述上电极层116上形成上电极引出层181，以形成上电极18。
最后，如图9及图19a~19b所示，进行步骤S26，于所述半导体衬底10背面形成下电极19。
作为示例，如图19a所示，先减薄、抛光所述半导体衬底10的背面，然后于所述半导体衬底10的背面形成所述下电极19，如图19b所示。
综上所述，本发明的垂直腔面发射激光器氧化台阶及激光器的制备方法，在形成氧化台阶的方法中，刻蚀形成氧化台阶时，若干个刻蚀沟槽窗口的形貌相同，刻蚀时，每个氧化台阶的刻蚀状况（包括刻蚀气体的用量、影响刻蚀效果的因子等）基本相同，所以形成的若干个所述氧化台阶的侧壁界面、角度及刻蚀深度基本相同；另外，采用相同形貌的刻蚀沟槽窗口，且刻蚀比例（即：需要刻蚀的外延层面积/外延层总面积）相对较小，制程更容易控制，形成的氧化台阶的侧壁形状及刻蚀深度更均匀。并且生成的副产物较少，便于清理，不会附着在侧壁上影响后续的氧化工艺。以上的特性在后续进行侧壁氧化时，可使若干氧化台阶的氧化更均匀，从而有效提高VCSEL阵列器件性能及良率，和在晶圆上的均匀度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (16)

1.一种垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法，其特征在于，所述氧化台阶的制备方法至少包括步骤：
提供半导体衬底；
于所述半导体衬底上形成外延层，所述外延层从下向上依次包括下反射镜、有源层及上反射镜；
于所述外延层上涂覆光刻胶，图形化所述光刻胶以定义出若干氧化台阶的刻蚀沟槽窗口，每个所述氧化台阶的所述刻蚀沟槽窗口的形貌相同；
藉由所述刻蚀沟槽窗口自所述外延层表面向下刻蚀，形成所述氧化台阶，去除所述光刻胶。
2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法，其特征在于：所述刻蚀沟槽窗口包括环形、六边形或方形。
3.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法，其特征在于：所述环形的外径与内径之差介于0.5μm~10μm。
4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法，其特征在于：若干所述氧化台阶呈密排六方阵列分布。
5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法，其特征在于：所述上反射镜中具有限制氧化层，藉由所述刻蚀沟槽窗口自所述外延层表面向下刻蚀至超过所述限制氧化层。
6.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法，其特征在于：所述半导体衬底包括N型半导体衬底，所述下反射镜包括N型反射镜，所述上反射镜包括P型反射镜。
7.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法，其特征在于：所述外延层还包括缓冲层，所述缓冲层形成于所述半导体衬底与所述下反射镜之间。
8.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法，其特征在于：所述上反射镜及所述下反射镜包括布拉格反射镜。
9.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法，其特征在于：所述外延层还包括依次形成于所述上反射镜上的电流扩展层及上电极层，且在形成所述刻蚀沟槽窗口之前，图形化所述上电极层，使所述上电极层形成在所述氧化台阶上。
10.根据权利要求9所述的垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法，其特征在于：图形化所述上电极层后，还包括于所述电流扩展层上及所述上电极层上形成第一介质层。
11.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的氧化台阶的制备方法，其特征在于：所述外延层的厚度介于7μm~11μm，藉由所述刻蚀沟槽窗口自所述外延层表面向下刻蚀的刻蚀深度介于2μm~6μm。
12.一种垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，所述激光器的制备方法至少包括步骤：
形成如权利要求1至11中任一项所述的氧化台阶；
侧向氧化所述氧化台阶，形成电光限制层；
于所述氧化台阶的侧壁形成第二介质层；
显露出上电极区域，所述上电极区域形成于所述氧化台阶上；
于所述上电极区域中形成上电极，所述上电极包括上电极层；
于所述半导体衬底背面形成下电极。
13.根据权利要求12所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于：若干所述氧化台阶呈密排六方阵列分布，所述氧化台阶包括第一氧化台阶及第二氧化台阶，其中所述第一氧化台阶上的外周形成所述上电极，所述第二氧化台阶上的外周不形成所述上电极。
14.根据权利要求12所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于：所述上电极还包括形成于所述上电极层上的上电极引出层。
15.根据权利要求12所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于：于所述半导体衬底背面形成所述下电极前，还包括减薄、抛光所述半导体衬底。
16.根据权利要求12所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于：采用湿法氧化工艺，形成所述电光限制层。
CN201910363273.5A 2019-01-28 2019-04-30 垂直腔面发射激光器氧化台阶及激光器的制备方法 Active CN110233422B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910077367.6A CN109449755A (zh) 2019-01-28 2019-01-28 垂直腔面发射激光器氧化台阶及激光器的制备方法
CN2019100773676 2019-01-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110233422A true CN110233422A (zh) 2019-09-13
CN110233422B CN110233422B (zh) 2021-05-28

Family

ID=65544327

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910077367.6A Withdrawn CN109449755A (zh) 2019-01-28 2019-01-28 垂直腔面发射激光器氧化台阶及激光器的制备方法
CN201910363273.5A Active CN110233422B (zh) 2019-01-28 2019-04-30 垂直腔面发射激光器氧化台阶及激光器的制备方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910077367.6A Withdrawn CN109449755A (zh) 2019-01-28 2019-01-28 垂直腔面发射激光器氧化台阶及激光器的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN109449755A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110880674A (zh) * 2019-11-25 2020-03-13 江苏华兴激光科技有限公司 一种高阶模选择抑制型垂直面发射激光器及其制备方法
CN111313227A (zh) * 2020-03-04 2020-06-19 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 一种垂直腔面发射激光器及其制造方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110137802B (zh) * 2019-05-13 2020-09-25 苏州长光华芯半导体激光创新研究院有限公司 一种小间距密排垂直腔面发射激光器及其制备方法
CN110416874B (zh) * 2019-09-18 2020-01-17 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 一种小间距垂直腔面发射激光器阵列的制备方法
CN110649466B (zh) * 2019-11-26 2021-07-13 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 一种vcsel阵列、制造方法、平顶远场生成方法及照明模组
CN111211481B (zh) * 2020-01-16 2022-03-01 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 一种具有背面正负电极的vcsel器件及其制备方法
CN111834891A (zh) * 2020-09-17 2020-10-27 山东元旭光电股份有限公司 一种vcsel芯片的低温氧化方法
CN113410757B (zh) * 2021-06-16 2023-06-06 厦门市三安集成电路有限公司 一种垂直腔面发射激光器及其制备方法
CN116387980B (zh) * 2023-06-07 2023-08-25 深圳市柠檬光子科技有限公司 垂直腔面发射激光器及电子设备

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3422413B2 (ja) * 1999-04-09 2003-06-30 日本電気株式会社 面発光型レーザアレイ及びその製造方法
CN1467890A (zh) * 2002-06-20 2004-01-14 富士施乐株式会社 表面发射半导体激光器及其制造方法
US7949024B2 (en) * 2009-02-17 2011-05-24 Trilumina Corporation Multibeam arrays of optoelectronic devices for high frequency operation
CN102439806A (zh) * 2009-05-28 2012-05-02 株式会社理光 制造表面发射激光器的方法、以及表面发射激光器、表面发射激光器阵列、光学扫描装置和成像设备
EP1590834B1 (en) * 2003-02-05 2012-10-17 University of Strathclyde MICRO-LEDs
CN106505410A (zh) * 2015-09-03 2017-03-15 富士施乐株式会社 垂直腔面发射激光器阵列及其制造方法
CN107404066A (zh) * 2017-07-25 2017-11-28 厦门大学 全介质膜dbr结构氮化镓面发射激光器的制备方法
US20170353012A1 (en) * 2016-06-02 2017-12-07 Lumentum Operations Llc Variable emission area design for a vertical-cavity surface-emitting laser array

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3422413B2 (ja) * 1999-04-09 2003-06-30 日本電気株式会社 面発光型レーザアレイ及びその製造方法
CN1467890A (zh) * 2002-06-20 2004-01-14 富士施乐株式会社 表面发射半导体激光器及其制造方法
EP1590834B1 (en) * 2003-02-05 2012-10-17 University of Strathclyde MICRO-LEDs
US7949024B2 (en) * 2009-02-17 2011-05-24 Trilumina Corporation Multibeam arrays of optoelectronic devices for high frequency operation
CN102439806A (zh) * 2009-05-28 2012-05-02 株式会社理光 制造表面发射激光器的方法、以及表面发射激光器、表面发射激光器阵列、光学扫描装置和成像设备
CN106505410A (zh) * 2015-09-03 2017-03-15 富士施乐株式会社 垂直腔面发射激光器阵列及其制造方法
US20170353012A1 (en) * 2016-06-02 2017-12-07 Lumentum Operations Llc Variable emission area design for a vertical-cavity surface-emitting laser array
CN107404066A (zh) * 2017-07-25 2017-11-28 厦门大学 全介质膜dbr结构氮化镓面发射激光器的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
荀孟: "垂直腔面发射激光器同相耦合阵列及电控光束偏转的研究", 《中国博士学位论文全文数据库信息科技辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110880674A (zh) * 2019-11-25 2020-03-13 江苏华兴激光科技有限公司 一种高阶模选择抑制型垂直面发射激光器及其制备方法
CN111313227A (zh) * 2020-03-04 2020-06-19 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 一种垂直腔面发射激光器及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109449755A (zh) 2019-03-08
CN110233422B (zh) 2021-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110233422A (zh) 垂直腔面发射激光器氧化台阶及激光器的制备方法
KR100568297B1 (ko) 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
US7615398B2 (en) Pyramidal photonic crystal light emitting device
US7700962B2 (en) Inverted-pyramidal photonic crystal light emitting device
EP1158585A1 (en) Injection non-coherent emitter
US8343788B2 (en) Light emitting device and manufacturing method thereof
CN108923261B (zh) 垂直腔面发射激光器的像素结构及其制作方法
US20090146168A1 (en) High efficiency led with multi-layer reflector structure and method for fabricating the same
WO2010095531A1 (ja) 半導体発光ダイオード
CN211404520U (zh) 一种led芯片结构
TWI714146B (zh) 具有光提取強化之利用內部色彩轉換之發光二極體
CN216529834U (zh) 拓扑腔面发射激光器及包括其的单片集成激光器阵列和电子设备
KR101281504B1 (ko) 피라미드형 광 결정 발광 소자
KR101573095B1 (ko) 광전 소자 및 그 제조 방법
CN111164770B (zh) 一种微型发光二极管芯片及其制作方法和显示装置
CN117374097A (zh) 微显示单元及显示装置
JP2009059851A (ja) 半導体発光ダイオード
CN109038216B (zh) 一种多光束垂直腔面发射激光芯片及其制作方法
JP2009500872A (ja) 光抽出が改善したレーザリフトオフｌｅｄ
CN213519957U (zh) Micro-LED芯片结构及Micro-LED发光组件
US20110033962A1 (en) High efficiency led with multi-layer reflector structure and method for fabricating the same
TW202209713A (zh) 發光裝置、包括多個該裝置的像素、像素矩陣及相關製造方法
CN107275925A (zh) 激光芯片及其制备方法、光模块
CN101587927B (zh) 发光元件及其制造方法
KR20080028292A (ko) 경사진 측벽 반사면을 갖는 ⅲ―니트라이드계 ｌｅｄ 구조및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant