CN113783106B - 一种垂直腔面发射激光器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，垂直腔面发射激光器包括：衬底，所述衬底包括若干个间隔的发光区、以及位于相邻所述发光区之间且与所述发光区邻接的连接区；设置于所述衬底的发光区和连接区的一侧的外延结构，所述外延结构包括层叠设置的第一布拉格反射镜层和有源层，所述第一布拉格反射镜层位于所述衬底与所述有源层之间，部分所述连接区上的外延结构中具有沟槽，所述沟槽贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层。所述垂直腔面发射激光器具有较高的横向散热能力，能够避免由于热量积聚对器件性能造成不利影响。

Description

一种垂直腔面发射激光器及其制备方法

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种垂直腔面发射激光器及其制备方法。

背景技术

垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简称VCSEL)是一种激光发射方向垂直于芯片表面的新型半导体激光器。相比于边发射激光器(Edgeemitting Laser，简称EEL),垂直腔面发射激光器具有许多优点，包括阈值电流低、稳定性好、寿命长、光斑圆形对称、光纤耦合效率高、调制速率高、易于二维集成等。随着垂直腔面发射激光器在人脸识别、激光雷达等方面的大规模应用，垂直腔面发射激光器受到人们越来越多的关注。

然而，现有垂直腔面发射激光器的横向散热性能较差，易发生热量积聚，从而对器件性能造成不利影响。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有垂直腔面发射激光器的横向散热性能较差的缺陷，从而提供一种垂直腔面发射激光器及其制备方法。

本发明提供一种垂直腔面发射激光器，包括：衬底，所述衬底包括若干个间隔的发光区、以及位于相邻所述发光区之间且与所述发光区邻接的连接区；设置于所述衬底的发光区和连接区的一侧的外延结构，所述外延结构包括层叠设置的第一布拉格反射镜层和有源层，所述第一布拉格反射镜层位于所述衬底与所述有源层之间，部分所述连接区上的外延结构中具有沟槽，所述沟槽贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层。

可选的，与所述沟槽相邻的发光区的中心至所述沟槽在所述衬底表面的正投影的距离大于两个相邻所述沟槽之间的距离的二分之一。

可选的，若干个所述发光区排列成N行，N为大于1的整数，第k+1行的发光区与第k行的发光区沿着行方向上错位排列，第k-1行的发光区与第k行的发光区沿着行方向上错位排列，k为大于等于2且小于等于N-1的整数；第k行的发光区中的任意两个相邻的发光区分别为第一特征发光区和第二特征发光区，第k+1行的发光区中具有与所述第一特征发光区和所述第二特征发光区对应的第三特征发光区，第k-1行的发光区中具有与所述第一特征发光区和所述第二特征发光区对应的第四特征发光区，所述第三特征发光区的中心和所述第四特征发光区的中心的连线垂直于所述第一特征发光区的中心和第二特征发光区的中心的连线；所述第一特征发光区、第二特征发光区、第三特征发光区和第四特征发光区围绕两个所述沟槽在所述衬底表面的正投影，两个沟槽的中心在所述衬底表面的正投影的连线与所述第三特征发光区的中心和所述第四特征发光区的中心的连线重合。

可选的，所述第一特征发光区、第二特征发光区和第三特征发光区围绕的沟槽为第一沟槽，所述第一特征发光区、第二特征发光区和第四特征发光区围绕的沟槽为第二沟槽，所述第一沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第一特征发光区的最小距离、所述第一沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第二特征发光区的最小距离、所述第一沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第三特征发光区的最小距离、所述第二沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第一特征发光区的最小距离、所述第二沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第二特征发光区的最小距离与所述第二沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第四特征发光区的最小距离相等。

可选的，围绕所述发光区且与所述发光区相邻的若干个所述沟槽呈中心对称设置。

可选的，所述最小距离为5μm～20μm。

可选的，所述沟槽在所述衬底表面的正投影的形状为“Y”形。

可选的，所述沟槽包括相互连通的第一分支子槽、第二分支子槽和第三分支子槽，第一分支子槽在所述衬底表面的正投影朝向所述第一特征发光区，所述第二分支子槽在所述衬底表面的正投影朝向所述第二特征发光区，所述第三分支子槽在所述衬底表面的正投影朝向所述第三特征发光区。

可选的，所述沟槽在所述衬底表面的正投影的形状为圆形、矩形或三角形。

本发明还提供一种垂直腔面发射激光器的制备方法，包括：提供衬底，所述衬底包括若干个间隔的发光区、以及位于相邻所述发光区之间且与所述发光区邻接的连接区；在所述衬底的发光区和连接区的一侧形成外延结构，所述外延结构包括层叠设置的第一布拉格反射镜层和有源层，所述第一布拉格反射镜层位于所述衬底与所述有源层之间，部分所述连接区上的外延结构中具有沟槽，所述沟槽贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层。

可选的，在所述衬底一侧形成所述外延结构的步骤包括：在所述衬底的发光区和连接区的一侧形成初始外延结构，所述初始外延结构包括层叠设置的第一布拉格反射镜层和有源层；对部分所述连接区上的所述初始外延结构进行第一刻蚀，形成贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层的沟槽。

可选的，所述初始外延结构还包括初始电流限制层，所述初始电流限制层位于所述第一布拉格反射镜层与所述有源层之间和/或所述有源层背离所述第一布拉格反射镜层的一侧表面，所述沟槽贯穿所述初始电流限制层；所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：对所述沟槽侧壁的初始电流限制层进行湿法氧化处理，使初始电流限制层形成电流限制层。

可选的，所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：在进行所述湿法氧化处理之前，对所述沟槽侧壁的所述初始电流限制层进行第二刻蚀。

可选的，所述湿法氧化处理在湿法氧化腔体中进行；所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：在进行所述湿法氧化处理之后，向所述湿法氧化腔体中通入惰性气体或氮气；向湿法氧化腔体中通入惰性气体或氮气之后，对所述电流限制层进行退火处理。

可选的，所述退火处理的参数包括：退火温度为380℃-430℃，退火时间为30min-120min。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的垂直腔面发射激光器，设置在部分连接区上的外延结构中的沟槽使所述外延结构构成相互连接的一个整体，所述垂直腔面发射激光器产生的热量能够沿着所述外延结构横向传输至外，提高了垂直腔面发射激光器的横向散热能力，进而提高了垂直腔面发射激光器的总散热能力，降低了垂直腔面发射激光器的工作温度，避免了由于热量积聚对器件性能造成不利影响。同时不影响垂直腔面发射激光器发光。

2.本发明提供的垂直腔面发射激光器，与沟槽相邻的发光区的中心至沟槽在衬底表面的正投影的距离大于两个相邻沟槽之间的距离的二分之一。所述电流限制层是通过对位于沟槽侧壁的初始电流限制层进行湿法氧化得到的，且位于所述沟槽侧壁各个位置的电流限制层形成的速率相同。通过限定上述距离关系，避免了当位于发光区的边缘区域上方的电流限制层连接成封闭环状时位于发光区中心位置初始电流限制层也反应形成电流限制层，从而保证了有源层产生的光能够顺利传输至外，保证了垂直腔面发射激光器的正常工作。

3.本发明提供的垂直腔面发射激光器，围绕所述发光区且与所述发光区相邻的若干个所述沟槽呈中心对称设置，使得位于发光区的边缘区域上方的不同位置的电流限制层的形成程度和形状相同，当一个沟槽侧壁的初始电流限制层形成的电流限制层与其相邻沟槽侧壁的初始电流限制层形成的电流限制层连接时，即可保证发光区的边缘区域上方的电流限制层连接成封闭环状，即上述设置保证了发光区的边缘区域上方的电流限制层连接成封闭环状以起光限制作用。

4.本发明提供的垂直腔面发射激光器，所述沟槽在所述衬底表面的正投影的形状为“Y”形，“Y”形沟槽在所述衬底表面的正投影的面积较小，使得垂直腔面发射激光器的横向散热的面积较大，从而有利于提高垂直腔面发射激光器的横向散热能力。

5.本发明提供的垂直腔面发射激光器，所述沟槽包括相互连通的第一分支子槽、第二分支子槽和第三分支子槽，第一分支子槽在所述衬底表面的正投影朝向所述第一特征发光区，所述第二分支子槽在所述衬底表面的正投影朝向所述第二特征发光区，所述第三分支子槽在所述衬底表面的正投影朝向所述第三特征发光区，使得所述沟槽与所述发光区的距离较小，从而缩小了所述氧化限制层的形成区域，进而缩短了湿法氧化的处理时间。

6.本发明提供的垂直腔面发射激光器的制备方法，通过在部分所述连接区上的外延结构中形成贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层的沟槽，使所述外延结构构成相互连接的一个整体，所述垂直腔面发射激光器产生的热量能够沿着所述外延结构横向传输至外，提高了垂直腔面发射激光器的横向散热能力，进而提高了垂直腔面发射激光器的总散热能力，降低了垂直腔面发射激光器的工作温度，避免了由于热量积聚对器件性能造成不利影响。同时不影响垂直腔面发射激光器发光。

7.本发明提供的垂直腔面发射激光器的制备方法，在进行所述湿法氧化处理之前，对所述沟槽侧壁的初始电流限制层进行第二刻蚀。在形成贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层的沟槽后，位于沟槽侧壁的初始外延结构易被空气中的氧气氧化从而形成致密氧化物，阻碍后续电流限制层的形成。通过第二刻蚀去除致密氧化物，保证了所述电流限制层的形成。

8.本发明提供的垂直腔面发射激光器的制备方法，通过在所述湿法氧化腔体中通入惰性气体或氮气，将所述湿法氧化腔体中的水分和氧气排出以停止湿法氧化步骤，并将湿法氧化过程中生成的砷烷排出，降低了所述湿法氧化腔室内的砷烷浓度，使所述湿法氧化腔体中水分、氧气和砷烷的浓度小于电流限制层中的水分、氧气和砷烷的浓度，从而使所述电流限制层中的水分、氧气和砷烷能够扩散至所述湿法氧化腔体；同时，通过高温退火促进所述电流限制层中水分、氧气和砷烷的扩散，从而避免了在温度变化时上述气态残留物导致垂直腔面发射激光器发生应力释放，从而提高了垂直腔面发射激光器结构的稳定性，有利于延长垂直腔面发射激光器的使用寿命。

9.本发明提供的垂直腔面发射激光器的制备方法，通过限定退火温度为380℃-430℃，退火时间为30min-120min，保证了电流限制层中的水分、氧气和砷烷能够大量甚至全部排出，有效降低了电流限制层中的气态残留物残留。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种垂直腔面发射激光器的俯视图；

图2为图1中O-O'虚线处的截面图；

图3为本发明的实施例提供的垂直腔面发射激光器的俯视图；

图4为图3中A-A'虚线处的截面图；

图5为图3中B-B'虚线处的截面图；

附图标记说明：

1-衬底；2-外延结构；21-沟槽；22-第二布拉格反射镜层；23-有源层；24-第一布拉格反射镜层；3-第一电极；4-第二电极层。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有垂直腔面发射激光器的横向散热性能较差，易发生热量积聚，从而对器件性能造成不利影响。

如图1-图2所示，一种垂直腔面发射激光器包括：衬底1'；设置于衬底1'一侧表面的外延结构2'，所述外延结构2'包括：由下至上层叠设置的第一布拉格反射镜层24'、有源层23'和第二布拉格反射镜层22'，所述第一布拉格反射镜层24'与所述衬底1'接触，所述外延结构2'内设置有贯穿至部分所述第一布拉格反射镜层24'内部的若干沟槽21'，以将所述外延结构2'分隔为若干台面结构；位于台面结构内的电流限制层(图中未示出)，所述电流限制层呈环状且位于所述第一布拉格反射镜层24'与有源层23'之间；设置于所述台面结构远离所述衬底1'的一侧表面的第一电极3'，所述第一电极3呈环形；设置于所述衬底1'远离所述外延结构2'的一侧表面的第二电极层4'。

垂直腔面发射激光器中有源层23'产生光并传输至外，有源层23'在产生光的同时伴随有大量的热。由于沟槽21'将所述外延结构2'分隔为若干个独立的台面结构，各个台面结构相互分隔，从而影响了台面结构的横向散热性能。

在此基础上，本发明提供一种垂直腔面发射激光器，包括：衬底，所述衬底包括若干个间隔的发光区、以及位于相邻所述发光区之间且与所述发光区邻接的连接区；设置于所述衬底的发光区和连接区的一侧的外延结构，所述外延结构包括层叠设置的第一布拉格反射镜层和有源层，所述第一布拉格反射镜层位于所述衬底与所述有源层之间，部分所述连接区上的外延结构中具有沟槽，所述沟槽贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层。所述垂直腔面发射激光器具有较高的横向散热能力，能够避免由于热量积聚对器件性能造成不利影响。

下面将结合附图对本发明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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图3-图5所示，本实施例提供一种垂直腔面发射激光器，包括：衬底1，所述衬底1包括若干个间隔的发光区、以及位于相邻所述发光区之间且与所述发光区邻接的连接区；设置于所述衬底1的发光区和连接区的一侧的外延结构2，所述外延结构2包括层叠设置的第一布拉格反射镜层24和有源层23，所述第一布拉格反射镜层24位于所述衬底1与所述有源层23之间，部分所述连接区上的外延结构2中具有沟槽21，所述沟槽21贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层24。

上述垂直腔面发射激光器设置在部分连接区上的外延结构2中的沟槽21使所述外延结构2构成相互连接的一个整体，所述垂直腔面发射激光器产生的热量能够沿着所述外延结构2横向传输至外，提高了垂直腔面发射激光器的横向散热能力，进而提高了垂直腔面发射激光器的总散热能力，降低了垂直腔面发射激光器的工作温度，避免了由于热量积聚对器件性能造成不利影响。同时不影响垂直腔面发射激光器发光。

在本实施例中，所述外延结构2还包括第二布拉格反射镜层22，所述第一布拉格反射镜层24位于所述有源层23背离所述第一布拉格反射镜层24的一侧，所述沟槽21贯穿所述第二布拉格反射镜层22。具体的，所述第一布拉格反射镜层24的材料为n型，所述第二布拉格反射镜层22的材料为p型。

在本实施例中，所述垂直腔面发射激光器还包括：位于所述外延结构2背离所述衬底1的一侧表面的若干个间隔设置的第一电极3，所述第一电极3呈环状，所述第一电极3在所述衬底1上的正投影位于所述发光区内，所述垂直腔面发射激光器产生的激光从所述第一电极3的中心射出；位于所述衬底1背离所述外延结构2的一侧表面的第二电极层4；位于所述第一布拉格反射镜层24与所述有源层23之间和/或所述有源层23背离所述第一布拉格反射镜层24的一侧表面的电流限制层，所述电流限制层呈环状以起光限制作用。

具体的，所述第一电极3的中心以阵列形式排布；第一电极3的外径为5μm-30μm，第一电极3的内环为3μm-27μm，第一电极3的材料可以为Ti、Pt或Au。

在本实施例中，如图3所示，与所述沟槽21相邻的发光区的中心至所述沟槽21在所述衬底1表面的正投影的距离大于两个相邻所述沟槽21之间的距离的二分之一。所述电流限制层是通过对位于沟槽21侧壁的初始电流限制层进行湿法氧化得到的，且位于所述沟槽21侧壁各个位置的电流限制层形成的速率相同。通过限定上述距离关系，避免了当位于发光区的边缘区域上方的电流限制层连接成封闭环状时位于发光区中心位置初始电流限制层也反应形成电流限制层，从而保证了有源层23产生的光能够顺利传输至外，保证了垂直腔面发射激光器的正常工作。

在本实施例中，如图3所示，围绕所述发光区且与所述发光区相邻的若干个所述沟槽21呈中心对称设置。这使得位于发光区的边缘区域上方的不同位置的电流限制层的形成程度和形状相同，当一个沟槽21侧壁的初始电流限制层形成的电流限制层与其相邻沟槽21侧壁的初始电流限制层形成的电流限制层连接时，即可保证发光区的边缘区域上方的电流限制层连接成封闭环状，即上述设置保证了发光区的边缘区域上方的电流限制层连接成封闭环状以起光限制作用。

在本实施例中，所述沟槽21在所述衬底1表面的正投影的形状可以为“Y”形、圆形、矩形或三角形，其中优选为“Y”形。这是由于“Y”形沟槽21在所述衬底1表面的正投影的面积较小，使得垂直腔面发射激光器的横向散热的面积较大，从而有利于提高垂直腔面发射激光器的横向散热能力。“Y”形沟槽21包括相互连通的第一分支子槽、第二分支子槽和第三分支子槽，第一分支子槽、第二分支子槽和第三分支子槽的朝向灵活。

图3示出了一个具体的实施方式，如图3所示，若干个所述发光区排列成N行，N为大于1的整数，第k+1行的发光区与第k行的发光区沿着行方向上错位排列，第k-1行的发光区与第k行的发光区沿着行方向上错位排列，k为大于等于2且小于等于N-1的整数；第k行的发光区中的任意两个相邻的发光区分别为第一特征发光区和第二特征发光区，第k+1行的发光区中具有与所述第一特征发光区和所述第二特征发光区对应的第三特征发光区，第k-1行的发光区中具有与所述第一特征发光区和所述第二特征发光区对应的第四特征发光区，所述第三特征发光区的中心和所述第四特征发光区的中心的连线垂直于所述第一特征发光区的中心和第二特征发光区的中心的连线；所述第一特征发光区、第二特征发光区、第三特征发光区和第四特征发光区围绕两个所述沟槽21在所述衬底1表面的正投影，两个沟槽21的中心在所述衬底1表面的正投影的连线与所述第三特征发光区的中心和所述第四特征发光区的中心的连线重合。

进一步的，如图3所示，所述第一特征发光区、第二特征发光区和第三特征发光区围绕的沟槽21为第一沟槽，所述第一特征发光区、第二特征发光区和第四特征发光区围绕的沟槽21为第二沟槽，所述第一沟槽在所述衬底1表面的正投影至所述第一特征发光区的最小距离、所述第一沟槽在所述衬底1表面的正投影至所述第二特征发光区的最小距离、所述第一沟槽在所述衬底1表面的正投影至所述第三特征发光区的最小距离、所述第二沟槽在所述衬底1表面的正投影至所述第一特征发光区的最小距离、所述第二沟槽在所述衬底1表面的正投影至所述第二特征发光区的最小距离与所述第二沟槽在所述衬底1表面的正投影至所述第四特征发光区的最小距离相等。这使得所述第一沟槽侧壁的第一特征发光区的边缘区域上方的初始电流限制层、第二特征发光区的边缘区域上方的初始电流限制层、第三特征发光区的边缘区域上方的初始电流限制层、所述第二沟槽侧壁的第一特征发光区的边缘区域上方的初始电流限制层、第二特征发光区的边缘区域上方的初始电流限制层以及第四特征发光区的边缘区域上方的初始电流限制层形成电流限制层的所需的时间相同，进而使第一特征发光区的边缘区域上方的初始电流限制层、第二特征发光区的边缘区域上方的初始电流限制层、第三特征发光区的边缘区域上方的初始电流限制层以及第四特征发光区的边缘区域上方的初始电流限制层形成电流限制层的所需的时间相同，即，所述垂直腔面发射激光器中每个发光区的边缘区域上方的电流限制层形成电流限制层的所需的时间相同。因此，当任意一个发光区的边缘区域上方的电流限制层连接成封闭环状时，即可保证所述垂直腔面发射激光器中每个发光区的边缘区域上方的电流限制层均连接成封闭环状以起光限制作用。

具体的，所述最小距离为5μm～20μm。示例性的，所述最小距离可以为5μm、7μm、10μm、15μm或20μm。

进一步的，如图3所示，“Y”形沟槽的第一分支子槽在所述衬底1表面的正投影朝向所述第一特征发光区，所述第二分支子槽在所述衬底1表面的正投影朝向所述第二特征发光区，所述第三分支子槽在所述衬底1表面的正投影朝向所述第三特征发光区。这使得所述沟槽21与所述发光区的距离较小，从而缩小了所述氧化限制层的形成区域，进而缩短了湿法氧化的处理时间。

需要理解的是，所述沟槽21的形状、数量和排布方式包括但不限于图3所示的沟槽21的形状、数量和排布方式。

本实施例还提供一种垂直腔面发射激光器的制备方法，包括：提供衬底1，所述衬底1包括若干个间隔的发光区、以及位于相邻所述发光区之间且与所述发光区邻接的连接区；在所述衬底1的发光区和连接区的一侧形成外延结构2，所述外延结构2包括层叠设置的第一布拉格反射镜层24和有源层23，所述第一布拉格反射镜层24位于所述衬底1与所述有源层23之间，部分所述连接区上的外延结构2中具有沟槽21，所述沟槽21贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层24。

上述垂直腔面发射激光器的制备方法通过在部分所述连接区上的外延结构2中形成贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层24的沟槽21，使所述外延结构2构成相互连接的一个整体，所述垂直腔面发射激光器产生的热量能够沿着所述外延结构2横向传输至外，提高了垂直腔面发射激光器的横向散热能力，进而提高了垂直腔面发射激光器的总散热能力，降低了垂直腔面发射激光器的工作温度，避免了由于热量积聚对器件性能造成不利影响。同时不影响垂直腔面发射激光器发光。

在本实施例中，在所述衬底1一侧形成所述外延结构2的步骤包括：

S1、在所述衬底1的发光区和连接区的一侧形成初始外延结构，所述初始外延结构包括层叠设置的第一布拉格反射镜层24和有源层23；

S2、对部分所述连接区上的所述初始外延结构进行第一刻蚀，形成贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层24的沟槽21。

具体的，在步骤S1中，在所述衬底1的发光区和连接区的一侧形成初始外延结构的步骤包括：在所述衬底1的一侧形成第一布拉格反射镜层24；在所述第一布拉格反射镜层24背离所述衬底1的一侧形成有源层23；在所述有源层23背离所述第一布拉格反射镜层24的一侧表面形成第二布拉格反射镜层22。

进一步地，在形成初始外延结构的过程中还包括形成初始电流限制层的步骤。具体的，在形成第一布拉格反射镜层24之后且在形成有源层23之前和/或在形成有源层23之后且在形成第二布拉格反射镜层22之前形成初始电流限制层。初始电流限制层的材料为高铝含量的AlGaAs。

进一步地，在形成初始外延结构之后，对部分所述连接区上的所述初始外延结构进行第一刻蚀之前，还包括：在所述初始外延结构背离所述衬底1的一侧表面形成若干个间隔设置的第一电极3，所述第一电极3呈环状，所述第一电极3在所述衬底1上的正投影位于所述发光区内。

具体的，在步骤S2中，对部分所述连接区上的所述初始外延结构进行第一刻蚀的步骤包括：形成覆盖所述第一电极3、位于所述第一电极3中心的第二布拉格反射镜层22以及相邻第一电极3之间的第二布拉格反射镜层22的掩膜层，其中所述掩膜层具有若干间隔设置的通孔，所述通孔在所述衬底1上的投影位于所述连接区的部分区域内；以所述掩膜层为掩膜对所述初始外延结构进行刻蚀，得到若干个贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层24的沟槽21，形成外延结构2。其中所述掩膜层的材料可以为氧化硅，所述掩膜层的厚度为100nm-1000nm，形成所述掩膜层的工艺为光刻工艺。示例性的，所述掩膜层的厚度可以为100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1000nm。

在本实施例中，所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：在进行第一刻蚀之后，对所述沟槽21侧壁的初始电流限制层进行湿法氧化处理，使初始电流限制层形成电流限制层。

具体的，所述湿法氧化处理在湿法氧化腔体中进行。所述湿法氧化的温度为380℃-430℃，所述湿法氧化的时间为5min-180min。示例性的，所述湿法氧化的温度可以为380℃、390℃、400℃、410℃、420℃或430℃，所述湿法氧化的时间可以为5min、10min、30min、45min、60min、75min、90min、105min、120min、150min或180min。

进一步地，所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：在进行第一刻蚀之后，且在进行所述湿法氧化处理之前，对所述沟槽21侧壁的初始电流限制层进行第二刻蚀。在形成贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层24的沟槽21后，位于沟槽21侧壁的初始外延结构易被空气中的氧气氧化从而形成致密氧化物，阻碍后续电流限制层的形成。通过第二刻蚀去除致密氧化物，保证了所述电流限制层的形成。

具体的，所述第二刻蚀为湿法刻蚀，进行湿法刻蚀的物质为酸或碱，酸可以采用盐酸，碱可以采用NH₄OH。

需要理解的是，在湿法氧化时，水与初始电流限制层反应生成固态的氧化铝和氧化镓、以及气态的砷烷；电流限制层形成后，电流限制层中残留有水、氧气和砷烷，这些气态残留物的存在使垂直腔面发射激光器在温度变化时电流限制层的不同位置产生应变的程度不同，导致电流限制层内部产生应力积累，从而导致应力释放，继而导致垂直腔面发射激光器失效。

在本实施例中，所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：在进行所述湿法氧化处理之后，向所述湿法氧化腔体中通入惰性气体或氮气；向湿法氧化腔体中通入惰性气体或氮气之后，对所述电流限制层进行退火处理。通过在所述湿法氧化腔体中通入惰性气体或氮气，将所述湿法氧化腔体中的水分和氧气排出以停止湿法氧化步骤，并将湿法氧化过程中生成的砷烷排出，降低了所述湿法氧化腔室内的砷烷浓度，使所述湿法氧化腔体中水分、氧气和砷烷的浓度小于电流限制层中的水分、氧气和砷烷的浓度，从而使所述电流限制层中的水分、氧气和砷烷能够扩散至所述湿法氧化腔体；同时，通过高温退火促进所述电流限制层中水分、氧气和砷烷的扩散，从而避免了在温度变化时上述气态残留物导致垂直腔面发射激光器发生应力释放，从而提高了垂直腔面发射激光器结构的稳定性，有利于延长垂直腔面发射激光器的使用寿命。

具体的，退火温度为380℃-430℃，退火时间为30min-120min，以保证所述电流限制层中的水分、氧气和砷烷能够大量甚至全部排出，有效降低所述电流限制层中的气态残留物残留。示例性的，退火温度可以为380℃、390℃、400℃、410℃、420℃或430℃，退火时间可以为30min、45min、60min、75min、90min、105min或120min。需要注意的是，需要快速向所述湿法氧化腔体中通入惰性气体或氮气，以快速排出湿法氧化腔体中的水分和氧气，使湿法氧化反应即刻停止，以控制湿法氧化的精度。

在本实施例中，所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：在形成电流限制层之后，对所述衬底1进行减薄；在衬底1背离所述外延结构2的一侧表面形成第二电极层4。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (13)

1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：

衬底，所述衬底包括若干个间隔的发光区、以及位于相邻所述发光区之间且与所述发光区邻接的连接区；

设置于所述衬底的发光区和连接区的一侧的外延结构，所述外延结构包括层叠设置的第一布拉格反射镜层和有源层，所述第一布拉格反射镜层位于所述衬底与所述有源层之间，部分所述连接区上的外延结构中具有沟槽，所述沟槽贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层，与所述沟槽相邻的发光区的中心至所述沟槽在所述衬底表面的正投影的距离大于两个相邻所述沟槽之间的距离的二分之一；

若干个所述发光区排列成N行，N为大于1的整数，第k+1行的发光区与第k行的发光区沿着行方向上错位排列，第k-1行的发光区与第k行的发光区沿着行方向上错位排列，k为大于等于2且小于等于N-1的整数；

第k行的发光区中的任意两个相邻的发光区分别为第一特征发光区和第二特征发光区，第k+1行的发光区中具有与所述第一特征发光区和所述第二特征发光区对应的第三特征发光区，第k-1行的发光区中具有与所述第一特征发光区和所述第二特征发光区对应的第四特征发光区，所述第三特征发光区的中心和所述第四特征发光区的中心的连线垂直于所述第一特征发光区的中心和第二特征发光区的中心的连线；

所述第一特征发光区、第二特征发光区、第三特征发光区和第四特征发光区围绕两个所述沟槽在所述衬底表面的正投影，两个沟槽的中心在所述衬底表面的正投影的连线与所述第三特征发光区的中心和所述第四特征发光区的中心的连线重合。

2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一特征发光区、第二特征发光区和第三特征发光区围绕的沟槽为第一沟槽，所述第一特征发光区、第二特征发光区和第四特征发光区围绕的沟槽为第二沟槽，所述第一沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第一特征发光区的最小距离、所述第一沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第二特征发光区的最小距离、所述第一沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第三特征发光区的最小距离、所述第二沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第一特征发光区的最小距离、所述第二沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第二特征发光区的最小距离与所述第二沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第四特征发光区的最小距离相等。

3.根据权利要求1或2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，围绕所述发光区且与所述发光区相邻的若干个所述沟槽呈中心对称设置。

4.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述最小距离为5μm~20μm。

5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述沟槽在所述衬底表面的正投影的形状为“Y”形。

6.根据权利要求5所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述沟槽包括相互连通的第一分支子槽、第二分支子槽和第三分支子槽，第一分支子槽在所述衬底表面的正投影朝向所述第一特征发光区，所述第二分支子槽在所述衬底表面的正投影朝向所述第二特征发光区，所述第三分支子槽在所述衬底表面的正投影朝向所述第三特征发光区。

7.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述沟槽在所述衬底表面的正投影的形状为圆形、矩形或三角形。

8.一种如权利要求1至7任意一项所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，包括：

提供衬底，所述衬底包括若干个间隔的发光区、以及位于相邻所述发光区之间且与所述发光区邻接的连接区；

在所述衬底的发光区和连接区的一侧形成外延结构，所述外延结构包括层叠设置的第一布拉格反射镜层和有源层，所述第一布拉格反射镜层位于所述衬底与所述有源层之间，部分所述连接区上的外延结构中具有沟槽，所述沟槽贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层。

9.根据权利要求8所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，在所述衬底一侧形成所述外延结构的步骤包括：

在所述衬底的发光区和连接区的一侧形成初始外延结构，所述初始外延结构包括层叠设置的第一布拉格反射镜层和有源层；

对部分所述连接区上的所述初始外延结构进行第一刻蚀，形成贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层的沟槽。

10.根据权利要求9所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，所述初始外延结构还包括初始电流限制层，所述初始电流限制层位于所述第一布拉格反射镜层与所述有源层之间和/或所述有源层背离所述第一布拉格反射镜层的一侧表面，所述沟槽贯穿所述初始电流限制层；

所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：对所述沟槽侧壁的初始电流限制层进行湿法氧化处理，使初始电流限制层形成电流限制层。

11.根据权利要求10所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，还包括：在进行所述湿法氧化处理之前，对所述沟槽侧壁的所述初始电流限制层进行第二刻蚀。

12.根据权利要求10所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，所述湿法氧化处理在湿法氧化腔体中进行；

所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：在进行所述湿法氧化处理之后，向所述湿法氧化腔体中通入惰性气体或氮气；向湿法氧化腔体中通入惰性气体或氮气之后，对所述电流限制层进行退火处理。

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，所述退火处理的参数包括：退火温度为380℃-430℃，退火时间为30min-120min。

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