CN112103767B - 一种垂直腔面发射激光器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，制备方法包括：形成InP系外延结构，InP系外延结构包括层叠设置的InP衬底、n型上DBR层、有源区及波导层和第一p型下DBR层；形成GaAs系外延结构，GaAs系外延结构包括层叠设置的p型GaAs衬底以及第二p型下DBR层；键合第一p型下DBR层和第二p型下DBR层；去除InP衬底，露出n型上DBR层；图案化n型上DBR层以形成多个n型上DBR单元；在有源区及波导层靠近n型上DBR层的一侧形成限流层，限流层与n型上DBR单元同层设置；形成多个环形电极和背电极，并在环形电极围成的区域内形成介质DBR层，以形成垂直腔面发射激光器晶圆，切割晶圆以形成多个垂直腔面发射激光器。该制备方法可以提高成品率和生产效率。

Description

一种垂直腔面发射激光器及其制备方法
技术领域
本发明实施例涉及半导体光电技术，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器及其制备方法。
背景技术
激光器是利用受激辐射原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发射的器件。垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)是一种半导体激光器，其激光出射方向垂直于外延平面射出，相比于一般激光由边缘射出(出射方向平行于外延方向)的边发射型激光而言，具有远场发散角小、易于光纤耦合、阈值电流小、带宽高以及测试效率高等优点。
VCSEL主要包括有源区及波导层、DBR层(Distributed Bragg Reflection，DBR，分布式布拉格反射镜，由原位III-V族材料或者介质材料形成)以及环形电极和背电极等结构，其中，DBR层包括上反射DBR层和下反射DBR层，分别设置于有源区及波导层的两侧，当在环形电极和背电极上施加不同的电信号后，有源区受到激发产生一定波长的光，该光束在上反射DBR层和下反射DBR层之间反复反射并发生谐振放大，最后从反射率相对较低的DBR层出射以形成激光。
现有技术中，InP系的VCSEL(波长1260nm至1675nm)由于没有合适折射率差的DBR材料，故而常常借助其他体系的材料形成DBR层，采用此类方案使得垂直腔面发射激光器的腔膜只有在完成几乎全部工艺后才能检测，导致不能及时监控DBR反射平台和腔膜的位置，使得成品率验证环节后移，降低了生产效率和成品率。
发明内容
本发明实施例提供一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，以提高成品率和生产效率。
第一方面，本发明实施例提供了一种垂直腔面发射激光器的制备方法，包括：
形成InP系外延结构，InP系外延结构包括层叠设置的InP衬底、n型上DBR层、有源区及波导层和第一p型下DBR层；n型上DBR层包括多对层叠设置的n型InGaAs层和n型InP层，第一p型下DBR层包括多对层叠设置的p型InGaAs层和p型InP层；
形成GaAs系外延结构，GaAs系外延结构包括层叠设置的p型GaAs衬底以及第二p型下DBR层；第二p型下DBR层包括多对层叠设置的p型AlmGa1-mAs层和p型AlnGa1-nAs层，其中，0＜m＜1，0＜n＜1；
键合第一p型下DBR层和第二p型下DBR层；
去除InP衬底，露出n型上DBR层；
图案化n型上DBR层以形成多个n型上DBR单元；
在有源区及波导层靠近n型上DBR层的一侧形成限流层，限流层与n型上DBR单元同层设置；
在限流层背离P型GaAs衬底的一侧形成多个环形电极，环形电极围成的区域露出n型上DBR单元，在环形电极围成的区域内形成介质DBR层，以及在P型GaAs衬底背离环形电极的一侧形成背电极，以形成垂直腔面发射激光器晶圆；
切割垂直腔面发射激光器晶圆以形成多个垂直腔面发射激光器。
可选的，去除InP衬底，露出n型上DBR层，包括：
减薄并抛光InP衬底；
利用InP-InGaAs选择性腐蚀液腐蚀背离P型GaAs衬底一侧的一对n型InGaAs层和n型InP层。
可选的，图案化n型上DBR层以形成多个n型上DBR单元，包括：
在n型上DBR层背离P型GaAs衬底的一侧形成保护层；
图案化保护层，以露出部分n型上DBR层；
刻蚀n型上DBR层以形成多个n型上DBR单元。
可选的，图案化保护层，包括：
在保护层背离P型GaAs衬底的一侧形成光刻胶层，并采用光刻工艺图案化光刻胶层；
以图案化的光刻胶层为掩膜，刻蚀保护层；
刻蚀n型上DBR层以形成多个n型上DBR单元，包括：
采用干法刻蚀和湿法刻蚀工艺刻蚀n型上DBR层，以形成多个第一截面的形状为倒梯形的n型上DBR单元；第一截面垂直于P型GaAs衬底所在平面。
可选的，在有源区及波导层靠近n型上DBR层的一侧形成限流层，包括：
在多个n型上DBR单元之间形成高阻Fe-InP层，高阻Fe-InP层构成限流层。
第二方面，本发明实施例还提供了一种垂直腔面发射激光器，采用上一方面的制备方法制备，包括：
层叠设置的第一p型下DBR层、有源区及波导层和n型上DBR单元；n型上DBR单元包括多对层叠设置的n型InGaAs层和n型InP层，第一p型下DBR层包括多对层叠设置的p型InGaAs层和p型InP层；
层叠设置的p型GaAs衬底以及第二p型下DBR层，第二p型下DBR层与第一p型下DBR层连接；第二p型下DBR层包括多对层叠设置的p型AlmGa1-mAs层和p型AlnGa1-nAs层，其中，0＜m＜1，0＜n＜1；
限流层，限流层与n型上DBR单元同层设置；
环形电极，位于限流层背离P型GaAs衬底的一侧，环形电极围成的区域露出n型上DBR单元；
介质DBR层，位于环形电极围成的区域内；
背电极，位于P型GaAs衬底背离环形电极的一侧。
可选的，n型InGaAs层的厚度L1满足n1L1＝0.25λ，n型InP层的厚度L2满足n2L2＝0.25λ；
p型InGaAs层的厚度L3满足n3L3＝0.25λ，p型InP层的厚度L4满足n4L4＝0.25λ；
p型AlmGa1-mAs层的厚度L5满足n5L5＝0.25λ，p型AlnGa1-nAs层的厚度L6满足n6L6＝0.25λ；
其中n1、n2、n3、n4、n5和n6分别为对应材料的有效折射率，λ为垂直腔面发射激光器出射激光的目标波长。
可选的，第一p型下DBR层与第二p型下DBR层组成下反射DBR层，n型上DBR单元与介质DBR层组成上反射DBR层，下反射DBR层的反射率R1和上反射DBR层的反射率R2满足95％<R2<R1<1。
可选的，有源区及波导层的总光学厚度L7与垂直腔面发射激光器的目标波长λ满足谐振条件，目标波长λ满足1260nm≤λ≤1675nm。
可选的，n型上DBR单元的第一截面的形状为倒梯形，第一截面垂直于P型GaAs衬底所在平面；
限流层为高阻Fe-InP层，高阻Fe-InP层的电阻率大于107ohm·cm。
本发明实施例通过在InP系外延结构中形成位于有源区及波导层两侧的n型上DBR层和第一p型下DBR层，可以在工艺初期获得DBR反射平台和腔膜的位置，相比于现有技术而言能够减少无效工序，提高生产效率和成品率，另外，本发明实施例通过形成其他材料体系的第二p型下DBR层以及介质DBR层，可以由第一p型下DBR层和第二p型下DBR层组成下反射DBR层，由n型上DBR层和介质DBR层组成上反射DBR层，可以保证上反射DBR层和下反射DBR层能够满足反射率要求，保证垂直腔面发射激光器的性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制备方法的流程示意图；
图2-图11是与图1所示制备方法对应的垂直腔面发射激光器的制备流程图；
图12是11中Q1区域的放大结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制备方法的流程示意图，图2-图11是与图1所示制备方法对应的垂直腔面发射激光器的制备流程图，下面结合图1-图11介绍本发明实施例提供的垂直腔面发射激光器的制备方法。参见图1，该制备方法包括如下步骤：
S11、形成InP系外延结构，InP系外延结构包括层叠设置的InP衬底、n型上DBR层、有源区及波导层和第一p型下DBR层；n型上DBR层包括多对层叠设置的n型InGaAs层和n型InP层，第一p型下DBR层包括多对层叠设置的p型InGaAs层和p型InP层。
参见图2，InP系外延结构100包括层叠设置的InP衬底101、n型上DBR层103、有源区及波导层104和第一p型下DBR层105。其中，n型上DBR层103和第一p型下DBR层105位于有源区及波导层104的两侧，且三者在一道外延工艺中形成，因而在形成上述InP系外延结构100后即可检测DBR反射平台和腔膜的位置，避免现有技术需要完成几乎全部工艺后才能检测而导致的生产效率和成品率低等问题。由于本发明实施例提供的制备方法可以在工艺初期获得DBR反射平台和腔膜的位置，从而可以减少无效工序，提高生产效率和成品率。具体的，InP系外延结构的反射谱的中心位置为腔膜。
示例性的，n型上DBR层103由多对层叠设置的n型InGaAs层和n型InP层构成(图2未示出)。具体的，InGaAs为高折射率的材料，InP为低折射率的材料，多对高折射率的n型InGaAs层和低折射率的n型InP层层叠设置构成n型上DBR层103。而且，基于DBR的常规结构，n型InGaAs层与n型InP层可包括10nm～20nm的材料不同的渐变层，渐变层介于该高、低折射率的材料之间，起到过渡作用，后续做示例性说明，在此不再赘述。同理，第一p型下DBR层的结构与此类似，是由多对高折射率的p型InGaAs层和低折射率的p型InP层层叠设置构成的。示例性的，n型上DBR层103和第一p型下DBR层105均为III-V族DBR材料，掺杂水平在(1～5)×1018cm-3，每层的渐变层的掺杂是相邻层的1.1～1.9倍。
示例性的，参见图2，InP衬底101与n型上DBR层103之间还形成有缓冲层102，缓冲层102的材料为InP。示例性的，有源区所在膜层的材料为AlxInyGa1-x-yAs，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，本领域技术人员可自行设计有源区及波导层，本实施例对此不作限定和过多说明。
S12、形成GaAs系外延结构，GaAs系外延结构包括层叠设置的p型GaAs衬底以及第二p型下DBR层；第二p型下DBR层包括多对层叠设置的p型AlmGa1-mAs层和p型AlnGa1-nAs层，其中，0＜m＜1，0＜n＜1。
参见图3，GaAs系外延结构200包括层叠设置的p型GaAs衬底201以及第二p型下DBR层202。优选的，p型GaAs衬底201以及第二p型下DBR层202之间还可以设置有GaAs缓冲层(图3未示出)，本领域技术人员可自行设定。
InP系外延结构100中的n型上DBR层103和第一p型下DBR层105足以实现腔膜位置的检测，但却无法满足反射率要求，因此，仍需借助其他非InP系材料体系DBR(例如GaAs系DBR或者介质层DBR)。故而本实施例在另一道外延工艺中形成GaAs系外延结构200，以制备GaAs系的第二p型下DBR层。
其中，第二p型下DBR层202的结构同样与n型上DBR层103类似，由多对层叠设置的p型AlmGa1-mAs层和p型AlnGa1-nAs层构成。当m和n取不同的值时，其对应的膜层的折射率是不同的，本领域技术人员可自行设计，本发明实施例对此不作限定。示例性的，第二p型下DBR层105同样为III-V族DBR材料，掺杂水平在(1～5)×1018cm-3，每层的渐变层的掺杂是相邻层的1.1～1.9倍。
后续，通过键合第一p型下DBR层105和第二p型下DBR层202即可得到垂直腔面发射激光器的下发射DBR层，详见S13。
S13、键合第一p型下DBR层和第二p型下DBR层。
参见图4，GaAs系外延结构200中第二p型下DBR层202和InP系外延结构100中的第一p型下DBR层105键合，从而可以由第一p型下DBR层105和第二p型下DBR层202组成下反射DBR层。
S14、去除InP衬底，露出n型上DBR层。
与下反射DBR层的设计同理，n型上DBR层需要与其他材料的DBR层结合组成垂直腔面发射激光器的上反射DBR层，因此，需要去除InP衬底以及缓冲层等结构。参见图5，InP衬底101以及缓冲层102等结构被去除，n型上DBR层103露出。
S15、图案化n型上DBR层以形成多个n型上DBR单元。
参见图8，n型上DBR层103经图案化处理后形成了多个n型上DBR单元1030(图8以2个n型上DBR单元1030进行示意)。该步骤为后续形成限流层做准备。本领域技术人员可采用任意方式图案化n型上DBR层，本发明实施例对此不作限定，后续做示例性说明。
S16、在有源区及波导层靠近n型上DBR层的一侧形成限流层，限流层与n型上DBR单元同层设置。
限流层对载流子起到限制作用。参见图9，限流层401位于有源区及波导层104靠近n型上DBR层103的一侧，且与n型上DBR单元1030同层设置。
S17、在限流层背离P型GaAs衬底的一侧形成多个环形电极，环形电极围成的区域露出n型上DBR单元，在环形电极围成的区域内形成介质DBR层，以及在P型GaAs衬底背离环形电极的一侧形成背电极，以形成垂直腔面发射激光器晶圆。
参见图10，按照上述方法形成环形电极501、介质DBR层502以及背电极503后可形成垂直腔面发射激光器晶圆10。其中，环形电极501和背电极503为外接电极，用于接收驱动信号。环形电极501露出n型上DBR单元1030，可形成出光孔。介质DBR层502和n型上DBR单元1030可组成上反射DBR层，能够满足反射率要求。示例性的，介质DBR层502包括不限于SiO2、SiNx、SiON、Al2O3、AlON、SiAlON、TiO2、Ta2O5、ZrO2和多晶硅等材料中的高低折射率的组合。
进一步地，对背电极503和环形电极501进行欧姆接触以及退火处理，并沿图10中虚线切割垂直腔面发射激光器晶圆10后，即可形成多个垂直腔面发射激光器110，详见S18。
S18、切割垂直腔面发射激光器晶圆以形成多个垂直腔面发射激光器。
参见图11，具体的，垂直腔面发射激光器110主要包括有源区及波导层104、由介质DBR层502和n型上DBR单元1030组成的上反射DBR层、由第一p型下DBR层105和第二p型下DBR层202组成的下反射DBR层以及环形电极501和背电极503。其中，上反射DBR层和下发射DBR层为垂直腔面发射激光器110的两个腔面，两个腔面及其之间的有源区及波导层104构成谐振腔，腔膜位置位于下反射DBR层和上反射DBR层所形成的反射谱的中间。其工作原理为，在环形电极501和背电极503上施加电信号后可激发有源区发出一定波长的光，该光束在谐振腔内来回反射发生谐振放大，最终形成目标波长的激光光束并从出光孔(环形电极501围成的区域)出射。示例性的，本发明实施例提供的垂直腔面发射激光器110的目标波长λ处于1260nm～1675nm范围内，例如1550nm，属于通信波段。
本发明实施例通过在InP系外延结构中形成位于有源区及波导层两侧的n型上DBR层和第一p型下DBR层，可以在工艺初期获得DBR反射平台和腔膜的位置，相比于现有技术而言能够减少无效工序，提高生产效率和成品率，另外，本发明实施例通过形成其他材料体系的第二p型下DBR层以及介质DBR层，可以由第一p型下DBR层和第二p型下DBR层组成下反射DBR层，由n型上DBR层和介质DBR层组成上反射DBR层，可以保证上反射DBR层和下反射DBR层能够满足反射率要求，保证垂直腔面发射激光器的性能。
在上述实施例的基础上，下面对垂直腔面发射激光器的制备方法中的工艺做进一步示例性说明。
可选的，去除InP衬底，露出n型上DBR层(S14)，可采用如下步骤实现：减薄并抛光InP衬底；利用InP-InGaAs选择性腐蚀液腐蚀背离P型GaAs衬底一侧的一对n型InGaAs层和n型InP层。
具体的，去除InP衬底101和缓冲层102，并采用选择性腐蚀液腐蚀掉背离P型GaAs衬底201一侧的一对n型InGaAs层和n型InP层后，即可露出n型上DBR层，而且不会存在其他膜层(如缓冲层)的残留。
可选的，图案化n型上DBR层以形成多个n型上DBR单元(S15)，可采用如下步骤实现：
a.在n型上DBR层背离P型GaAs衬底的一侧形成保护层。
参见图6，n型上DBR层103背离P型GaAs衬底201的一侧形成有保护层301。示例性的，可以采用物理气相沉积(PECVD)形成保护层301，保护层301的材料可以为SiO2。
b.图案化保护层，以露出部分n型上DBR层。
参见图7，保护层301被图案化，并且露出部分n型上DBR层103。
可选的，图案化保护层301可以采用如下方法实现：在保护层301背离P型GaAs衬底201的一侧形成光刻胶层，并采用光刻工艺图案化光刻胶层；以图案化的光刻胶层为掩膜，刻蚀保护层301。图7未示出光刻胶层及其光刻后的形貌，本领域技术人员可自行设计，在此不做过多说明。图案化后的光刻胶层可以作为掩膜版，保护部分保护层301不被刻蚀。示例性的，可以采用干法刻蚀或湿法刻蚀方法刻蚀保护层301，使其图案化。
c.刻蚀n型上DBR层以形成多个n型上DBR单元。
参见图8，可选的，该步骤可以采用如下方法实现：采用干法刻蚀和湿法刻蚀工艺刻蚀n型上DBR层103，以形成多个第一截面的形状为倒梯形的n型上DBR单元1030；第一截面垂直于P型GaAs衬底201所在平面。
设置n型上DBR单元1030的第一截面的形状为倒梯形，一方面可以为后续限流层401的形成做准备，另一方面还可以确保环形电极501不会减小出光孔的尺寸，使其尺寸与n型上DBR单元1030的下底面的直径一致。示例性的，湿法刻蚀工艺可以采用选择性腐蚀和非选择腐蚀相结合的方式进行。在其他实施例中，n型上DBR单元1030的第一截面的形状还可以为倒锥形，本发明实施例对此不做限定。
此外，通过调节n型上DBR单元1030的下底面的直径，可以控制垂直腔面发射激光器的单模或多模模式。例如，当n型上DBR单元1030的下底面的直径为5μm以下时可以获得单模以及25GHz以上的调制速率。具体可根据不同的应用调节n型上DBR单元1030的下底面的直径，以获得功率更高的器件(大于5mW甚至更高)，但对调制速率要求下降时，可以将下端直径调至6μm或者更大，激射模式变为多模，调制速率降到20GHz(或者10GHz)以下。另外，若要获得30GHz的调制速率或者满足其他封装要求，需要制作共面电极，即，背电极503并非制作在p型GaAs衬底201的一侧，而是与环形电极501设置在同一侧；外延方向的n型上DBR单元以外的区域刻蚀出背电极沟到第二p型下DBR层202下方的GaAs缓冲层，同时该GaAs缓冲层需要高掺p型至1×1019cm-3，以及p型GaAs衬底201改变为半绝缘型。
可选的，在有源区及波导层靠近n型上DBR层的一侧形成限流层(S16)，可采用如下步骤实现：在多个n型上DBR单元1030之间形成高阻Fe-InP层，高阻Fe-InP层构成限流层401(参见图9)。
对于InP系垂直腔面发射激光器，现有技术常采用隧道结等方案实现载流子的限制，但是该方案会引入吸收损耗和泄露损耗。本发明实施例采取第一截面形状为倒梯形的n型上DBR单元1030与高阻Fe-InP层相结合的方式实现载流子的限制，使得非III-V的界面(例如材料并非全是III-V族材料的介质层、金属层、空气等界面)远离有源区，具有降低损耗的作用，而且能够使垂直腔面发射激光器的远场模式可控。此外，高阻Fe-InP层为掺Fe的InP材料，与有源区以及n型上DBR单元的折射率接近，从而能够获得发散角小的圆形光斑，使垂直腔面发射激光器的出射光容易和光纤耦合。
示例性的，高阻Fe-InP层可以在InP系的二次外延工艺中形成，示例性的，高阻Fe-InP层401的电阻率大于107ohm·cm。具体的，在二次外延之前，可以在外延腔室内对有源区及波导层104的上表面和n型上DBR单元1030的侧壁进行脱氧烘烤处理，温度在600℃～680℃之间，V族源气氛的比例P/As在5～20之间。
综上所述，本发明实施例提供的垂直腔面发射激光器的制备方法，不仅能够在工艺初期的一次外延工艺后即可获得DBR反射平台和腔膜位置，减少无效工序，提高成品率，还结合第一截面形状为倒梯形的n型上DBR单元与高阻Fe-InP层，降低了器件损耗，提升了InP系垂直腔面发射激光器的远场特性，使垂直腔面发射激光器的出射光容易和光纤耦合。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种垂直腔面发射激光器，可采用上述实施例提供的制备方法制备。参见图11，该垂直腔面发射激光器110包括：层叠设置的第一p型下DBR层105、有源区及波导层104和n型上DBR单元1030，以及层叠设置的p型GaAs衬底201以及第二p型下DBR层202，其中，第二p型下DBR层202与第一p型下DBR层105连接，以及与n型上DBR单元1030同层设置的限流层401，以及位于限流层401背离P型GaAs衬底201的一侧的环形电极501，以及位于环形电极501围成的区域内的介质DBR层502和位于P型GaAs衬底201背离环形电极501的一侧的背电极503。n型上DBR单元103包括多对层叠设置的n型InGaAs层和n型InP层，第一p型下DBR层105包括多对层叠设置的p型InGaAs层和p型InP层；第二p型下DBR层202包括多对层叠设置的p型AlmGa1-mAs层和p型AlnGa1-nAs层，其中，0＜m＜1，0＜n＜1；环形电极103围成的区域露出n型上DBR单元。
该垂直腔面发射激光器的结构及其工作原理请参照上述制备方法实施例的描述，在此不再赘述。
需要说明的是，对于背电极503、p型GaAs衬底201、第二p型下DBR层202、第一p型下DBR层105、有源区及波导层104以及限流层401等结构，由于生产工艺中未对其做进一步处理(例如图案化)，因此，无论垂直腔面发射激光器晶圆10还是垂直腔面发射激光器110，本发明实施例均采用了相同的命名和附图标记。可以理解的，对于垂直腔面发射激光器晶圆10来说，上述结构对应了整个晶圆上的膜层结构，即其尺寸与晶圆尺寸对应。而对于垂直腔面发射激光器110来说，上述结构仅对应一个激光器器件，与激光器的尺寸对应。此外，可以理解的，对于n型上DBR单元1030而言，其结构与未图案化时的n型上DBR层103是相同的，同样由多对层叠设置的n型InGaAs层和n型InP层构成。
示例性的，图12是是11中Q1区域的放大结构示意图，以n型上DBR单元1030为例，示意了n型上DBR层103的具体结构。从图12可以看出，n型上DBR单元1030包括多对层叠设置的n型InGaAs层1031和n型InP层1032，且一对n型InGaAs层1031和n型InP层1032中，折射率较低的n型InP层1032更靠近有源区及波导层104。此外，从图12还可以看出，n型InGaAs层1031和n型InP层1032均包括厚度d为10nm～20nm的渐变层1033，渐变层1033位于高、低折射率的材料之间，起到过渡作用。具体的，n型InGaAs层1031的渐变层1033-1和n型InP层1032的渐变层1033-2的材料是不同的，n型InGaAs层1031的渐变层1033-1的材料为InGaAs，n型InP层1032的渐变层1033-2的材料为InP，而且，n型InGaAs层1031中，渐变层1033-1与其余厚度上的膜层的元素成分不同，n型InP层1032中，渐变层1033-2与其余厚度上的膜层的元素成分不同，从而起到过渡作用，本领域技术人员可自行设计各元素的成分，本发明实施例对此不作限定。示例性的，第一p型下DBR层、第二p型下DBR层以及介质DBR层的结构可参照此进行设计，在此不再过多说明。
可选的，n型InGaAs层的厚度L1满足n1L1＝0.25λ，n型InP层的厚度L2满足n2L2＝0.25λ；p型InGaAs层的厚度L3满足n3L3＝0.25λ，p型InP层的厚度L4满足n4L4＝0.25λ；p型AlmGa1-mAs层的厚度L5满足n5L5＝0.25λ，p型AlnGa1-nAs层的厚度L6满足n6L6＝0.25λ；其中n1、n2、n3、n4、n5和n6分别为对应材料的有效折射率，λ为垂直腔面发射激光器110出射激光的目标波长。
示例性的，参见图12，n型InGaAs层1031的厚度为L1，n型InP层1032的厚度L2，并且满足上述公式，以满足谐振条件。可以理解的，p型InGaAs层、p型InP层、p型AlmGa1-mAs层和p型AlnGa1-nAs层的厚度L3、L4、L5和L6均包括厚度为d的渐变层，且不同膜层的渐变层的材料是不同的。
可选的，第一p型下DBR层105与第二p型下DBR层202组成下反射DBR层，n型上DBR单元1030与介质DBR层502组成上反射DBR层，下反射DBR层的反射率R1和上反射DBR层的反射率R2满足95％<R2<R1<1。
相对于下反射DBR层而言，上反射DBR层的反射率较低，如此，当光在谐振腔中发射谐振放大后，高能量的激光光束便可穿透上反射DBR层射出。
可选的，有源区及波导层104的总光学厚度L7与垂直腔面发射激光器110的目标波长λ满足谐振条件，目标波长λ满足1260nm≤λ≤1675nm。
需要说明的是，垂直腔面发射激光器的目标波长也可以是其他波段的波长，本发明实施例对此不做限定。
可选的，参见图11，n型上DBR单元1030的第一截面的形状为倒梯形，第一截面垂直于P型GaAs衬底201所在平面；限流层401为高阻Fe-InP层，高阻Fe-InP层的电阻率大于107ohm·cm，如此，可以起到很好的限流作用，降低器件损耗。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，包括：
形成InP系外延结构，所述InP系外延结构包括层叠设置的InP衬底、n型上DBR层、有源区及波导层和第一p型下DBR层；所述n型上DBR层包括多对层叠设置的n型InGaAs层和n型InP层，所述第一p型下DBR层包括多对层叠设置的p型InGaAs层和p型InP层；
形成GaAs系外延结构，所述GaAs系外延结构包括层叠设置的p型GaAs衬底以及第二p型下DBR层；所述第二p型下DBR层包括多对层叠设置的p型AlmGa1-mAs层和p型AlnGa1-nAs层，其中，0＜m＜1，0＜n＜1；
键合所述第一p型下DBR层和所述第二p型下DBR层；
去除所述InP衬底，露出所述n型上DBR层；
图案化所述n型上DBR层以形成多个n型上DBR单元；
在所述有源区及波导层靠近所述n型上DBR层的一侧形成限流层，所述限流层与所述n型上DBR单元同层设置；
在所述限流层背离所述P型GaAs衬底的一侧形成多个环形电极，所述环形电极围成的区域露出所述n型上DBR单元，在所述环形电极围成的区域内形成介质DBR层，以及在所述P型GaAs衬底背离所述环形电极的一侧形成背电极，以形成垂直腔面发射激光器晶圆；
切割所述垂直腔面发射激光器晶圆以形成多个垂直腔面发射激光器。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
去除所述InP衬底，露出所述n型上DBR层，包括：
减薄并抛光所述InP衬底；
利用InP-InGaAs选择性腐蚀液腐蚀背离所述P型GaAs衬底一侧的一对n型InGaAs层和n型InP层。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，图案化所述n型上DBR层以形成多个n型上DBR单元，包括：
在所述n型上DBR层背离所述P型GaAs衬底的一侧形成保护层；
图案化所述保护层，以露出部分所述n型上DBR层；
刻蚀所述n型上DBR层以形成多个所述n型上DBR单元。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，图案化所述保护层，包括：
在所述保护层背离所述P型GaAs衬底的一侧形成光刻胶层，并采用光刻工艺图案化所述光刻胶层；
以图案化的所述光刻胶层为掩膜，刻蚀所述保护层；
刻蚀所述n型上DBR层以形成多个所述n型上DBR单元，包括：
采用干法刻蚀和湿法刻蚀工艺刻蚀所述n型上DBR层，以形成多个第一截面的形状为倒梯形的所述n型上DBR单元；所述第一截面垂直于所述P型GaAs衬底所在平面。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述有源区及波导层靠近所述n型上DBR层的一侧形成限流层，包括：
在多个所述n型上DBR单元之间形成高阻Fe-InP层，所述高阻Fe-InP层构成所述限流层。
6.一种垂直腔面发射激光器，采用权利要求1-5任一项所述的制备方法制备，其特征在于，包括：
层叠设置的第一p型下DBR层、有源区及波导层和n型上DBR单元；所述n型上DBR单元包括多对层叠设置的n型InGaAs层和n型InP层，所述第一p型下DBR层包括多对层叠设置的p型InGaAs层和p型InP层；
层叠设置的p型GaAs衬底以及第二p型下DBR层，所述第二p型下DBR层与所述第一p型下DBR层连接；所述第二p型下DBR层包括多对层叠设置的p型AlmGa1-mAs层和p型AlnGa1-nAs层，其中，0＜m＜1，0＜n＜1；
限流层，所述限流层与所述n型上DBR单元同层设置；
环形电极，位于所述限流层背离所述P型GaAs衬底的一侧，所述环形电极围成的区域露出所述n型上DBR单元；
介质DBR层，位于所述环形电极围成的区域内；
背电极，位于所述P型GaAs衬底背离所述环形电极的一侧。
7.根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述n型InGaAs层的厚度L1满足n1L1＝0.25λ，所述n型InP层的厚度L2满足n2L2＝0.25λ；
所述p型InGaAs层的厚度L3满足n3L3＝0.25λ，所述p型InP层的厚度L4满足n4L4＝0.25λ；
所述p型AlmGa1-mAs层的厚度L5满足n5L5＝0.25λ，所述p型AlnGa1-nAs层的厚度L6满足n6L6＝0.25λ；
其中n1、n2、n3、n4、n5和n6分别为对应材料的有效折射率，λ为所述垂直腔面发射激光器出射激光的目标波长。
8.根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，第一p型下DBR层与所述第二p型下DBR层组成下反射DBR层，所述n型上DBR单元与所述介质DBR层组成上反射DBR层，所述下反射DBR层的反射率R1和所述上反射DBR层的反射率R2满足95％<R2<R1<1。
9.根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述有源区及波导层的总光学厚度L7与垂直腔面发射激光器的目标波长λ满足谐振条件，所述目标波长λ满足1260nm≤λ≤1675nm。
10.根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述n型上DBR单元的第一截面的形状为倒梯形，所述第一截面垂直于所述P型GaAs衬底所在平面；
所述限流层为高阻Fe-InP层，所述高阻Fe-InP层的电阻率大于107ohm·cm。
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