CN111262131B - 一种面发射半导体激光芯片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面发射半导体激光芯片及其制备方法，该半导体激光芯片是从衬底层底发射激光的面发射两维阵列光源芯片，两个相邻光源中心间距相等；芯片由下往上依次设有衬底层、前镜、有源层、氧化光学限制层、后镜、欧姆接触层；衬底层厚度与面发射阵列光源间距和激光波长满足Talbot关系式；欧姆接触层顶部制作第一电极；第一电极与欧姆接触层不接触的位置制作钝化层；衬底层出光侧相对应氧化光学限制层的氧化孔径位置制作凹槽结构，并在衬底层凹槽位置制作第二电极，第二电极与欧姆接触层顶部第一电极电性相反；衬底层出光面非电极位置镀半反半透膜并在此位置处出射激光。

Description

一种面发射半导体激光芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体激光芯片技术领域，具体涉及一种面发射半导体激光芯片及其制备方法。
背景技术
与边发射半导体激光相比，垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)以其体积小、耦合效率高、阈值电流低、调制速率高、易二维集成、单纵模工作、可在片测试和制造成本低等优点成为最重要的半导体光电子器件之一。尤其是高功率VCSEL阵列在激光打印、激光医疗、激光打孔、焊接加工等领域有着广泛应用。随着工业、军事、医疗和空间通信等领域的发展，对高功率VCSEL阵列提出高光束质量的需求。具有近衍射极限的单模高斯远场分布激光器光束具有激光功率密度高的优势，满足激光雷达、激光瞄准、激光测距、激光打靶、激光制导、激光夜视、激光引信和激光对抗等军事领域的要求。
目前，广泛应用的高功率垂直腔面发射激光阵列由于出射的激光不是相干光束，横模普遍为高阶模，并且存在亮度低、光强分布分散、光束发散角大、光束质量差等问题，从而限制了高功率垂直腔面发射激光阵列的发展及应用。
为了改变这种光束质量差的缺点，针对高功率垂直腔面发射激光两维阵列，采用封装Talbot外腔镜相干耦合的方式来改善光束质量。虽然后期封装外腔镜相干耦合的方式能够很好的改善光束质量问题，但是封装调节困难和易受外界影响变形，容易造成Talbot距离的偏离，使得相干度降低。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种面发射半导体激光芯片及其制备方法，该发明不仅能够利用外腔结构实现光源相干，提高器件的光束质量，而且不存在封装困难和受外界影响变形的问题，工艺过程简单，制作容易。
本发明公开了一种面发射半导体激光芯片，所述半导体激光芯片是从衬底层底发射激光的面发射两维阵列光源芯片，两个相邻光源中心间距相等；
所述半导体激光芯片由下往上依次设有衬底层、前镜、有源层、氧化光学限制层、后镜和欧姆接触层；背光侧的所述欧姆接触层上制作第一电极，所述第一电极与所述欧姆接触层不接触的位置制作钝化层；所述衬底层出光侧相对应氧化光学限制层的氧化孔径位置制作凹槽，并在所述衬底层的凹槽位置制作第二电极，所述第二电极与所述第一电极的电性相反；
所述衬底层厚度与面发射阵列光源间距和激光波长满足Talbot关系式；其中，
所述衬底层厚度d与面发射四方形阵列相邻光源的间距和激光波长相关，满足Talbot关系式为：
Figure BDA0002394232050000021
Figure BDA0002394232050000022
所述衬底层厚度d与面发射六角形阵列相邻光源的间距和激光波长相关，满足Talbot关系式为：
Figure BDA0002394232050000023
Figure BDA0002394232050000024
式中，L为Talbot长度，λ为光源波长，D为面发射两个相邻光源中心间距，n为衬底材料的折射率。
作为本发明的进一步改进，所述衬底层的凹槽结构外的位置镀半反半透膜，并在此位置处出射激光，实现高光束质量激光输出。
作为本发明的进一步改进，所述衬底层为半绝缘掺杂的GaAs半导体衬底层。
作为本发明的进一步改进，所述前镜为AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs多层部分反射分布布拉格反射层(DBR)，反射率为50-90％。
作为本发明的进一步改进，所述前镜的对数为5至25对。
作为本发明的进一步改进，所述后镜为AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs多层全反射分布布拉格反射层。
作为本发明的进一步改进，所述后镜对数为20至40对。
作为本发明的进一步改进，所述半反半透膜的反射率为50-95％。
作为本发明的进一步改进，每一行或者每一列光源个数n大于等于2。
本发明还公开了一种面发射半导体激光芯片的制备方法，包括：
VCSEL外延片清洗干燥：
制作台面掩膜：
制作台面；
制作氧化孔；
制作第一电极；
制作台面钝化层；
衬底处理；
出射激光面钝化；
制作第二电极；
制作半反半透膜；
制作第二电极与pad压焊点；
解理封装。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明利用后镜、前镜和半反半透膜构成Talbot谐振腔，光束经过Talbot谐振腔形成衍射，实现阵列单元间的相位锁定，提高输出激光光束的光束质量和亮度。该发明的衬底层出射激光侧相对应氧化光学限制层氧化孔径位置制作凹槽，并在此位置制作电极，电极距离热源更近，利于带走热量，增快散热。该发明不仅能够利用Talbot外腔结构实现光源相干提高器件的光束质量，而且不存在封装困难和受外界影响变形的问题，集成度高，工艺过程简单，制作容易。
附图说明
图1为本发明一种面发射半导体激光芯片的结构示意图；
图1-1为本发明一种面发射半导体激光芯片实施例1与实施例3的结构示意图；
图1-2为本发明一种面发射半导体激光芯片实施例2与实施例4的结构示意图；
图2为本发明一种四方形矩阵面发射半导体激光芯片的背光面结构示意图；
图3为本发明一种四方形矩阵面发射半导体激光芯片的出光面结构示意图；
图4为本发明一种六角形矩阵面发射半导体激光芯片的背光面结构示意图；
图5为本发明一种六角形矩阵面发射半导体激光芯片的出光面结构示意图；
图6为本发明一种面发射半导体激光芯片的制备方法的流程图。
图中：
1、第一电极；2、钝化层；3、欧姆接触层；4、后镜；5、氧化光学限制层；6、有源层；7、前镜；8、衬底层；9、第二电极；10、半反半透膜；11、面发射光源；12、pad压焊点；13、电极引线；
1-1、P型电极(第一电极)；3-1、P型欧姆接触层；4-1、P型后镜；7-1、N型前镜；8-1、N型衬底层；9-1、N型电极(第二电极)；
1-2、N型电极(第一电极)；3-2、N型欧姆接触层；4-2、N型后镜；7-2、P型前镜；8-2、P型衬底层；9-2、P型电极(第二电极)；
其中，第一电极1与第二电极电性相反。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
下面通过实施例对本发明做进一步的详细描述：
如图1所示，本发明提供一种面发射半导体激光芯片，半导体激光芯片是从衬底层底发射激光的面发射两维阵列光源芯片，两个相邻光源中心间距相等；
半导体激光芯片由下往上依次设有衬底层8、前镜7、有源层6、氧化光学限制层5、后镜4和欧姆接触层3；背光侧的欧姆接触层3上制作第一电极1，第一电极1与欧姆接触层3不接触的位置制作钝化层2；衬底层8出光侧相对应氧化光学限制层的氧化孔径位置制作凹槽，并在衬底层的凹槽位置制作第二电极9，第二电极9与第一电极1的电性相反；衬底层8的凹槽结构外的位置镀半反半透膜10，并在此位置处出射激光，实现高光束质量激光输出。
衬底层厚度与面发射阵列光源间距和激光波长满足Talbot关系式；其中，
衬底层厚度d与面发射四方形阵列相邻光源的间距和激光波长相关，满足Talbot关系式为：
Figure BDA0002394232050000051
Figure BDA0002394232050000052
衬底层厚度d与面发射六角形阵列相邻光源的间距和激光波长相关，满足Talbot关系式为：
Figure BDA0002394232050000053
Figure BDA0002394232050000054
式中，L为Talbot长度，λ为光源波长，D为面发射两个相邻光源中心间距，n为衬底材料的折射率。
实施例1：
本发明公开了一种面发射半导体激光芯片及其制备方法，半导体激光芯片是从衬底层底发射激光的面发射两维阵列光源芯片。本实施例的面发射两维阵列光源由如图2和3所示的面发射光源11四方形矩阵排布形成。如图1-1所示，本实施例高光束质量面发射半导体激光芯片包括：P型电极1-1(第一电极)、钝化层2、P型欧姆接触层3-1、P型后镜4-1、氧化光学限制层5、有源层6、N型前镜7-1、N型衬底层8-1、N型电极9-1(第二电极)、半反半透膜10；芯片由下往上依次设有N型衬底层8-1、N型前镜7-1、有源层6、氧化光学限制层5、P型后镜4-1、P型欧姆接触层3-1；背光侧P型欧姆接触层3-1制作P型电极1-1；P型电极1-1与P型欧姆接触层3-1不接触的位置制作钝化层2；N型衬底层8-1出光侧相对应氧化光学限制层5的氧化孔径位置制作凹槽结构，并在N型衬底层凹槽位置制作N型电极9-1，N型电极9-1与背光侧P型欧姆接触层3-1上P型电极1-1电性相反；N型衬底层8-1出光侧其他剩余位置镀半反半透膜10并在此位置处出射激光。
其中：
本实施例N型衬底层8-1为半绝缘掺杂Si等物质的N型GaAs半导体衬底层，N型衬底层8-1的厚度d，满足Talbot关系式：
Figure BDA0002394232050000061
Figure BDA0002394232050000062
式中，L为Talbot长度，λ为光源波长，D为两个相邻光源中心间距，n为N型衬底层8-1材料的折射率。
如图2和图3所示，面发射光源11四方形阵列两个相邻光源中心间距D为30μm，假设GaAs折射率n为3.52，光源波长为980nm，通过公式计算的到N型衬底层8-1厚度d为260μm。衬底层出射激光侧上电极连接方式为类网状或者类蜂窝状结构，有利于匀化电流并且增加散热。
本实施例的N型前镜7-1为AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs多层部分反射N型分布布拉格反射层，反射率为50-90％，优选为80-90％；具体的，N型前镜7-1为N型掺杂的Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As多层部分反射DBR外延结构，DBR对数为5-25，反射率50-90％。本发明P型后镜4-1为AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs多层全反射P型分布布拉格反射层，具体的，P型后镜4-1为P型掺杂的Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As多层全反射DBR外延结构，DBR对数为20-40，反射率为99.99％；多层P型后镜制作台面直径d1为20μm，台面高度约4.3μm，露出氧化光学限制层5与有源区6；氧化光学限制层5为Al0.98Ga0.02As半导体材料，氧化光学限制层5的氧化孔直径15μm；背面P型电极1-1(第一电极)材料为Ti/Pt/Au＝30/50/150nm；N型电极9-1(第二电极)材料为AuGeNi/Au＝50/300nm。N型电极9-1(第一电极)与氧化光学限制层5的氧化孔径位置垂直；半反半透膜10的反射率为50-95％，优选为50-90％。
实施例2：
本发明公开了一种面发射半导体激光芯片及其制备方法，半导体激光芯片是从衬底层底发射激光的面发射两维阵列光源芯片。本实施例的面发射两维阵列光源由如图2和3所示的面发射光源11四方形矩阵排布形成。如图1-2所示，本实施例高光束质量面发射半导体激光芯片包括：N型电极1-2(第一电极)、钝化层2、N型欧姆接触层3-2、N型后镜4-2、氧化光学限制层5、有源层6、P型前镜7-2、P型衬底层8-2、P型圆形电极9-2(第二电极)、半反半透膜10；芯片由下往上依次设有P型衬底层8-2、P型前镜7-2、有源层6、氧化光学限制层5、N型后镜4-2、N型欧姆接触层3-2；背光侧N型欧姆接触层3-2制作N型电极1-2；N型电极1-2与N型欧姆接触层3-2不接触的位置制作钝化层2；P型衬底层8-2出光侧相对应氧化光学限制层5的氧化孔径位置制作凹槽结构，并在P型衬底层8-2凹槽位置制作P型电极9-2，P型电极9-2与背光侧N型欧姆接触层3-2上N型电极1-2电性相反；P型衬底层8-2出光侧其他剩余位置镀半反半透膜10并在此位置处出射激光。
本实施例P型衬底层8-2为半绝缘掺杂C等物质的P型GaAs半导体衬底层，P型衬底层8-2的厚度d满足Talbot关系式：
Figure BDA0002394232050000071
Figure BDA0002394232050000072
式中，L为Talbot长度，λ为光源波长，D为两个相邻光源中心间距，n为P型衬底层8-2材料的折射率。
如图2和图3所示，面发射光源11四方形阵列两个相邻光源中心间距D为30μm，假设GaAs折射率n为3.52，光源波长为980nm，通过公式计算的到P型衬底层8-2厚度d为260μm。衬底层出射激光侧上电极连接方式为类网状或者类蜂窝状结构，有利于匀化电流并且增加散热。
本实施例P型前镜7-2为AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs多层部分反射P型分布布拉格反射层，反射率为50-90％，优选为80-90％；具体的，P型前镜7-1为P型掺杂的Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As多层部分反射DBR外延结构，DBR对数为5-25，反射率50-90％。本发明N型后镜4-2为AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs多层全反射N型分布布拉格反射层，具体的，N型后镜4-2为N型掺杂的Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As多层全反射DBR外延结构，DBR对数为20-40，反射率为99.99％；多层N型后镜制作台面直径d1为20μm，台面高度约4.3μm，露出氧化光学限制层5与有源区6；氧化光学限制层5为Al0.98Ga0.02As半导体材料，氧化光学限制层5的氧化孔直径15μm；背面N型电极1-2(第一电极)材料为AuGeNi/Au＝50/300nm；P型圆形电极9-2(第二电极)材料为Ti/Pt/Au＝30/50/150nm。本发明的P型电极9-2与氧化光学限制层5的氧化孔径位置垂直；半反半透膜10的反射率为50-95％，优选为50-90％。
实施例3：
本发明公开了一种面发射半导体激光芯片及其制备方法，半导体激光芯片是从衬底层底发射激光的面发射两维阵列光源芯片。本实施例的面发射两维阵列光源由如图4和5所示的面发射光源11六角形矩阵排布形成。如图1-1所示，本实施例高光束质量面发射半导体激光芯片包括：P型电极1-1(第一电极)、钝化层2、P型欧姆接触层3-1、P型后镜4-1、氧化光学限制层5、有源层6、N型前镜7-1、N型衬底层8-1、N型电极9-1(第二电极)、半反半透膜10；芯片由下往上依次设有N型衬底层8-1、N型前镜7-1、有源层6、氧化光学限制层5、P型后镜4-1、P型欧姆接触层3-1；背光侧P型欧姆接触层3-1制作P型电极1-1；P型电极1-1与P型欧姆接触层3-1不接触的位置制作钝化层2；N型衬底层8-1出光侧相对应氧化光学限制层5的氧化孔径位置制作凹槽结构，并在N型衬底层凹槽位置制作N型电极9-1，N型圆形电极9-1极性与背光侧P型欧姆接触层3-1上P型电极1-1电性相反；N型衬底层8-1出光侧其他剩余位置镀半反半透膜10并在此位置处出射激光。
其中：
本实施例N型衬底层8-1为半绝缘掺杂Si等物质的N型GaAs半导体衬底层，N型衬底层8-1的厚度d，满足Talbot关系式：
Figure BDA0002394232050000081
Figure BDA0002394232050000082
式中，L为Talbot长度，λ为光源波长，D为两个相邻光源中心间距，n为N型衬底层8-1材料的折射率。
如图4和图5所示，面发射光源11六角形阵列两个相邻光源中心间距D为30μm，假设GaAs折射率n为3.52，光源波长为980nm，通过公式计算的到N型衬底层8-1厚度d为196μm。衬底层出射激光侧上电极连接方式为类网状或者类蜂窝状结构，有利于匀化电流并且增加散热。
本实施例的N型前镜7-1为AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs多层部分反射N型分布布拉格反射层，反射率为50-90％，优选为80-90％；具体的，N型前镜7-1为N型掺杂的Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As多层部分反射DBR外延结构，DBR对数为5-25，反射率50-90％。本发明P型后镜4-1为AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs多层全反射P型分布布拉格反射层，具体的，P型后镜4-1为P型掺杂的Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As多层全反射DBR外延结构，DBR对数为20-40，反射率为99.99％；多层P型后镜制作台面直径d1为20μm，台面高度约4.3μm，露出氧化光学限制层5与有源区6；氧化光学限制层5为Al0.98Ga0.02As半导体材料，氧化光学限制层5的氧化孔直径15μm；背面P型电极1-1(第一电极)材料为Ti/Pt/Au＝30/50/150nm；N型电极9-1(第二电极)材料为AuGeNi/Au＝50/300nm。N型电极9-1(第一电极)与氧化光学限制层5的氧化孔径位置垂直；半反半透膜10的反射率为50-95％，优选为50-90％。
实施例4：
本发明公开了一种面发射半导体激光芯片及其制备方法，半导体激光芯片是从衬底层底发射激光的面发射两维阵列光源芯片。本实施例的面发射两维阵列光源由如图4和5所示的面发射光源11六角形矩阵排布形成。如图1-2所示，本实施例高光束质量面发射半导体激光芯片包括：N型电极1-2(第一电极)、钝化层2、N型欧姆接触层3-2、N型后镜4-2、氧化光学限制层5、有源层6、P型前镜7-2、P型衬底层8-2、P型电极9-2(第二电极)、半反半透膜10；芯片由下往上依次设有P型衬底层8-2、P型前镜7-2、有源层6、氧化光学限制层5、N型后镜4-2、N型欧姆接触层3-2；背光侧N型欧姆接触层3-2制作N型电极1-2；N型电极1-2与N型欧姆接触层3-2不接触的位置制作钝化层2；P型衬底层8-2出光侧相对应氧化光学限制层5的氧化孔径位置制作凹槽结构，并在P型衬底层8-2凹槽位置制作P型电极9-2，P型圆形电极9-2极性与背光侧N型欧姆接触层3-2上N型电极1-2电性相反；P型衬底层8-2出光侧其他剩余位置镀半反半透膜10并在此位置处出射激光。
本实施例P型衬底层8-2为半绝缘掺杂C等物质的P型GaAs半导体衬底层，P型衬底层8-2的厚度d满足Talbot关系式：
Figure BDA0002394232050000101
Figure BDA0002394232050000102
式中，L为Talbot长度，λ为光源波长，D为两个相邻光源中心间距，n为P型衬底层8-2材料的折射率。
如图4和图5所示，面发射光源11六角形阵列两个相邻光源中心间距D为30μm，假设GaAs折射率n为3.52，光源波长为980nm，通过公式计算的到P型衬底层8-2厚度d为196μm。衬底层出射激光侧上电极连接方式为类网状或者类蜂窝状结构，有利于匀化电流并且增加散热。
本实施例P型前镜7-2为AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs多层部分反射P型分布布拉格反射层，反射率为50-90％，优选为80-90％；具体的，P型前镜7-1为P型掺杂的Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As多层部分反射DBR外延结构，DBR对数为5-25，反射率50-90％。本发明N型后镜4-2为AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs多层全反射N型分布布拉格反射层，具体的，N型后镜4-2为N型掺杂的Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As多层全反射DBR外延结构，DBR对数为20-40，反射率为99.99％；多层N型后镜制作台面直径d1为20μm，台面高度约4.3μm，露出氧化光学限制层5与有源区6；氧化光学限制层5为Al0.98Ga0.02As半导体材料，氧化光学限制层5的氧化孔直径15μm；背面N型电极1-2(第一电极)材料为AuGeNi/Au＝50/300nm；P型电极9-2(第二电极)材料为Ti/Pt/Au＝30/50/150nm。
本发明的P型电极9-2(第二电极)与氧化光学限制层5的氧化孔径位置垂直；半反半透膜10的反射率为50-95％，优选为50-90％。
如图6所示，本发明提供一种面发射半导体激光芯片的制备方法，包括：
步骤一、VCSEL外延片清洗干燥
将待清洗的VCSEL按照RCA标准清洗，清洗完毕后将芯片用高纯度氮气保护吹干，确保干净以后将待加工外延片加热烘干，待用；
步骤二、制作台面掩膜
首先，在待加工外延片上沉积或者溅射一定厚度SiO2掩膜。其次，在沉积或者溅射一定厚度SiO2掩膜的待加工外延片涂上AZ5214等光刻胶，作为刻蚀软掩膜，光刻显影得到台面结构图形。然后，通过湿法腐蚀或者干法刻蚀等方法，制作出SiO2台面掩膜。最后，湿法腐蚀掉待加工外延片上多余的SiO2，并按照RCA标准清洗芯片。清洗完毕后将待加工外延片用高纯度氮气保护吹干，确保干净以后，将片子加热烘干，待用；
步骤三、制作台面
首先，湿法腐蚀或者干法刻蚀等方法，在在待加工外延片制作出台面结构。若采用刻蚀方法，刻蚀Cl2/BCl3气体流量比为1：3，刻蚀功率500W，刻蚀芯片露出氧化层。其次，湿法腐蚀掉芯片上多余的SiO2，并按照RCA标准清洗芯片。最后，清洗完毕后将待加工外延片用高纯度氮气吹干，确保干净以后，将片子加热烘干，待用；
步骤四、制作氧化孔
利用湿法选择性氧化技术，将在待加工外延片台面中的氧化光学限制层5，从外侧氧化进去，形成一个氧化孔径。其目的是在有源层上方形成可以限制载流子以及光场限制孔。湿法选择性氧化过程：氧化炉升温至430℃，水温设定90℃，通微量氮气，流量为1L/min，稳定20min，排除氧化炉内多余空气。30min以后，开始通氮气，流量为9L/min，稳定30min。稳定30min以后，将外延片放入氧化炉进行氧化，氧化时间根据需要氧化的氧化孔径而定。氧化结束以后，等待炉温降到80摄氏度以后，取出芯片，待用；
步骤五、制作第一电极
在待加工外延片涂上SU-8等负性剥离光刻胶，通过光刻显影，制作电极图形。然后，磁控溅射技术溅射等金属工艺，生长电极金属材料。最后，进行金属剥离工艺，制作金属第一电极1；
步骤六、制作台面钝化层
首先，在待加工外延片上沉积或者溅射一定厚度SiO2、AlN以及Si3N4等绝缘物质作为钝化层2；其次，待加工外延片涂上AZ5214等光刻胶，光刻显影第一电极1与欧姆接触层3的掏孔，腐蚀或者刻蚀钝化层2，制作出电极与欧姆接触层的掏孔，等待打线封装使用；
步骤七、衬底处理
首先，根据计算的衬底层8厚度，利用减薄抛光技术，将衬底厚度减薄(根据不同实施例得到不同衬底层厚度)；其次，在待加工外延片涂上AZ5214等光刻胶，应用双面套刻工艺光刻显影衬底凹槽，在衬底层8上得到图形结构；最后，干法刻蚀出凹槽衬底结构；
步骤八、出射激光面钝化
如图3和图5所示，首先，在待加工外延片上沉积或者溅射一定厚度SiO2、AlN以及Si3N4等绝缘物质作为钝化层2；其次，待加工外延片涂上AZ5214等光刻胶，光刻显影第二电极9、半反半透膜10和pad压焊点12，腐蚀或者刻蚀第二电极9、半反半透膜10和pad压焊点12处的钝化层2，等待制作第二电极9、半反半透膜10和pad压焊点12使用；
步骤九、制作第二电极与pad压焊点12
如图3和图5所示，第二电极和pad压焊点12用电极引线13连接，形成类网状或者类蜂窝状等结构。首先在待加工外延片涂上AZ5214等光刻胶，应用双面套刻工艺光刻显影制作金属第二电极的图形，通过磁控溅射技术溅射金属第二电极，进行第二电极金属剥离。然后，通过快速退火工艺金属退火合金，退火温度430℃，退火时间15s。
步骤十、制作半反半透膜
如图3和图5所示，在待加工外延片通过等离子体增强化学的气相沉积法或者其他方法生长氮化硅、二氧化硅、氧化铪等材料，制作半反半透膜10；
步骤十一、制作pad焊接点
如图3和图5所示，首先在待加工外延片涂上AZ5214等光刻胶，应用双面套刻工艺光刻显影出pad焊接点12。其次，通过干法刻蚀或者湿法腐蚀的方式去除pad焊接点12处的半反半透膜10，待封装打线使用；
步骤十二、解理封装
如图3和图5所示，制作好的芯片用解理划片机解理，采用热压焊等方式完成外界供电系统电极与pad焊接点12的焊接，并完成芯片封装。
本发明的优点为：
本发明利用后镜、前镜和半反半透膜构成Talbot谐振腔，光束经过Talbot谐振腔形成衍射，实现阵列单元间的相位锁定，提高输出激光光束的光束质量和亮度。该发明的衬底层出射激光侧相对应氧化光学限制层氧化孔径位置制作凹槽，并在此位置制作电极，电极距离热源更近，利于带走热量，增快散热。该发明不仅能够利用Talbot外腔结构实现光源相干提高器件的光束质量，而且不存在封装困难和受外界影响变形的问题，集成度高，工艺过程简单，制作容易。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种面发射半导体激光芯片，其特征在于，所述半导体激光芯片是从衬底层底发射激光的面发射两维阵列光源芯片，两个相邻光源中心间距相等；
所述半导体激光芯片由下往上依次设有衬底层、前镜、有源层、氧化光学限制层、后镜和欧姆接触层；背光侧的所述欧姆接触层上制作第一电极，所述第一电极与所述欧姆接触层不接触的位置制作钝化层；所述衬底层出光侧相对应氧化光学限制层的氧化孔径位置制作凹槽，并在所述衬底层的凹槽位置制作第二电极，所述第二电极与所述第一电极的电性相反；所述衬底层的凹槽结构外的位置镀半反半透膜，并在所述半反半透膜处出射激光，实现高光束质量激光输出；
所述衬底层厚度与面发射阵列光源间距和激光波长满足Talbot关系式；其中，
所述衬底层厚度d与面发射两维阵列的四方形阵列相邻光源的间距和激光波长相关，满足Talbot关系式为：
Figure FDA0003013119230000011
Figure FDA0003013119230000012
所述衬底层厚度d与面发射两维阵列的六角形阵列相邻光源的间距和激光波长相关，满足Talbot关系式为：
Figure FDA0003013119230000013
Figure FDA0003013119230000014
式中，L为Talbot长度，λ为光源波长，D为面发射两个相邻光源中心间距，n为衬底材料的折射率。
2.如权利要求1所述的面发射半导体激光芯片，其特征在于，所述衬底层为半绝缘掺杂的GaAs半导体衬底层。
3.如权利要求1所述的面发射半导体激光芯片，其特征在于，所述前镜为AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs多层部分反射分布布拉格反射层(DBR)，反射率为50-90％。
4.如权利要求3所述的面发射半导体激光芯片，其特征在于，所述前镜的对数为5至25对。
5.如权利要求1所述的面发射半导体激光芯片，其特征在于，所述后镜为AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs多层全反射分布布拉格反射层。
6.如权利要求5所述的面发射半导体激光芯片，其特征在于，所述后镜对数为20至40对。
7.如权利要求1所述的面发射半导体激光芯片，其特征在于，所述半反半透膜的反射率为50-95％。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的面发射半导体激光芯片的制备方法，其特征在于，包括：
VCSEL外延片清洗干燥：
制作台面掩膜：
制作台面；
制作氧化孔；
制作第一电极；
制作台面钝化层；
衬底处理，计算所述衬底层厚度，利用减薄抛光技术，将所述衬底厚度减薄，在待加工外延片涂上光刻胶，应用双面套刻工艺光刻显影所述衬底凹槽，在所述衬底层上得到图形结构，干法刻蚀出凹槽衬底结构；
出射激光面钝化；
制作第二电极；
制作半反半透膜；
制作第二电极与pad压焊点；
解理封装。
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