CN114583554A - 一种垂直腔面发射激光器及其的制作方法 - Google Patents
一种垂直腔面发射激光器及其的制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114583554A CN114583554A CN202011399258.5A CN202011399258A CN114583554A CN 114583554 A CN114583554 A CN 114583554A CN 202011399258 A CN202011399258 A CN 202011399258A CN 114583554 A CN114583554 A CN 114583554A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- ohmic contact
- trench
- conductive metal
- forming
- 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.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 65
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 91
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 91
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 abstract 3
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 18
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009279 wet oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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]
-
- 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)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种垂直腔面发射激光器及其制作方法，涉及激光器技术领域，所述垂直腔面发射激光器包括：衬底；第一欧姆接触层，形成在所述衬底的第一表面上；第一反射层，形成在所述第一欧姆接触层背离所述衬底一侧的表面上，包括第一沟槽和多个第二沟槽，第一沟槽暴露至所述第一欧姆接触层，每个所述第二沟槽的底部厚度大于零。其中，刻蚀的第二沟槽无需暴露至第一欧姆接触层，仅需刻蚀部分第一反射层即可，从而在相同的发光面积下，减小了发光单元的电阻，提升了发光单元的光电转换效率，并且减小了发光单元之间的间距，提升了单位面积中的发光面积。
Description
技术领域
本发明实施例涉及激光器技术领域，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器及其的制作方法。
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、光存储高功率的应用、工业切割、测距、Lidar、医疗等领域。
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。
传统VCSEL中相邻发光单元之间的距离较大，单位面积中的发光面积较小，并且单个发光单元的电阻较大，激光器的光电转换效率较低，结构整体不紧凑。
发明内容
本发明提供一种垂直腔面发射激光器及其的制作方法，以实现相邻两个发光单元之间的间距减小，单位面积的发光面积增大，并且发光单元的电阻变小，进而提升激光器的光电转换效率。
为实现上述目的，本发明一方面实施例提出了一种垂直腔面发射激光器，包括：
衬底；
第一欧姆接触层，形成在所述衬底的第一表面上；
第一反射层，形成在所述第一欧姆接触层背离所述衬底一侧的表面上，包括第一沟槽和多个第二沟槽，第一沟槽暴露至所述第一欧姆接触层，每个所述第二沟槽的底部厚度大于零。
可选地，所述第一反射层还包括第一台型结构和第二台型结构，所述第二台型结构上设置有多个第三台型结构。
可选地，沿所述衬底指向所述第一欧姆接触层的方向上，所述第一台型结构上依次设置有，第一有源层、第一个第二反射层、第一个第二欧姆接触层、第一绝缘层和第一电极层；
所述第一沟槽的底部设置有第一导电金属，侧壁设置有第一绝缘层，且所述第一绝缘层延伸至所述第一沟槽的底部，覆盖部分所述第一导电金属；
所述第一电极层与所述第一导电金属电连接。
可选地，所述第一沟槽包括第一矩形沟槽。
可选地，所述第一沟槽还包括第二矩形沟槽，所述第二矩形沟槽与所述第一矩形沟槽形成T型沟槽或者L型沟槽。
可选地，所述第一电极层仅与所述第二矩形沟槽中第一导电金属电连接。
可选地，沿所述衬底指向所述第一欧姆接触层的方向上，每个所述第三台型结构上依次设置有，第二有源层、第二个第二反射层、第二个第二欧姆接触层、第二导电金属层、第二绝缘层和第二电极层；
其中，所述第二绝缘层覆盖部分所述第二导电金属层，以及覆盖每个所述第二沟槽的底部和侧壁，所述第二电极层与所述第二导电金属层电连接。
可选地，所述第二沟槽为环形沟槽；所述第三台型结构为圆柱型台面。
为实现上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种垂直腔面发射激光器的制作方法，包括以下步骤：
提供一衬底；
在所述衬底的一侧表面形成第一欧姆接触层；
在所述第一欧姆接触层背离所述衬底的一侧表面形成外延结构，沿所述衬底指向所述第一欧姆接触层的方向上，所述外延结构包括依次形成的第一反射层、有源层和第二反射层；
在所述外延结构背离所述第一欧姆接触层的一侧表面形成第二欧姆接触层；
在所述第二欧姆接触层背离所述外延结构的一侧表面形成多个第二导电金属层；
在多个所述第二导电金属层背离所述第二欧姆接触层的一侧形成第三绝缘层；
形成第一沟槽和多个第二沟槽，其中，所述第一沟槽暴露至所述第一欧姆接触层，所述第二沟槽依次贯穿所述第二欧姆接触层、所述第二反射层、所述有源层和部分所述第一反射层；
氧化多个所述第二沟槽中的所述第二反射层；
在所述第一沟槽中形成所述第一导电金属层；
在所述第三绝缘层背离所述第二导电金属层的一侧表面形成第四绝缘层；
形成第三沟槽和多个第四沟槽，所述第三沟槽用于暴露部分所述第一导电金属层；每个所述第四沟槽用于暴露部分所述第二导电金属层；
形成第一电极层和第二电极层。
可选地，形成所述第一沟槽包括：
形成矩形沟槽。
可选地，形成所述第一沟槽包括：
形成T型沟槽或L型沟槽。
本发明实施例提出的垂直腔面发射激光器及其的制作方法，刻蚀的第二沟槽无需暴露至第一欧姆接触层，仅需刻蚀部分第一反射层即可，从而在相同的发光面积下，减小了发光单元的电阻，提升了发光单元的光电转换效率，并且减小了发光单元之间的间距，提升了单位面积中的发光面积。
附图说明
图1是本发明实施例的垂直腔面发射激光器的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的垂直腔面发射激光器的结构示意图；
图3是本发明一个实施例的垂直腔面发射激光器的俯视图；
图4是本发明另一个实施例的垂直腔面发射激光器的俯视图；
图5是图4中BB’的剖视图；
图6是图4中CC’的剖视图；
图7是本发明又一个实施例的垂直腔面发射激光器的俯视图；
图8是本发明再一个实施例的垂直腔面发射激光器的俯视图；
图9是本发明实施例的垂直腔面发射激光器的制作方法的流程图；
图10是本发明一个实施例的垂直腔面发射激光器的制作方法的流程图；
图11是本发明实施例的垂直腔面发射激光器的制作方法中步骤S1-S8的结构示意图；
图12至图13是本发明实施例的垂直腔面发射激光器的制作方法中步骤S9的结构示意图；
图14是本发明实施例的垂直腔面发射激光器的制作方法中步骤S10的结构示意图；
图15是本发明实施例的垂直腔面发射激光器的制作方法中步骤S11的结构示意图；
图16至图17是本发明实施例的垂直腔面发射激光器的制作方法中步骤S12的结构示意图；
图18是本发明实施例的垂直腔面发射激光器的制作方法中步骤S13的结构示意图；
图19是本发明实施例的垂直腔面发射激光器的制作方法中步骤S14的结构示意图；
图20是本发明实施例的垂直腔面发射激光器的制作方法中步骤S15的结构示意图；
图21是本发明实施例的垂直腔面发射激光器的制作方法中步骤S16的结构示意图；
图22至图24是本发明实施例的垂直腔面发射激光器的制作方法中步骤S17的结构示意图。
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是本发明实施例的垂直腔面发射激光器的结构示意图。如图1所示，该垂直腔面发射激光器100，包括：
衬底101；
第一欧姆接触层102，形成在衬底101的第一表面上；
第一反射层103，形成在第一欧姆接触层102背离衬底101一侧的表面上，包括第一沟槽104和多个第二沟槽105，第一沟槽104暴露至第一欧姆接触层102，每个第二沟槽105的底部厚度大于零。
可选地，如图1所示，第一反射层103还包括第一台型结构106和第二台型结构107，第二台型结构107上设置有多个第三台型结构108。
可选地，如图2所示，沿衬底101指向第一欧姆接触层102的方向上，第一台型结构106上依次设置有，第一有源层1061、第一个第二反射层1062、第一个第二欧姆接触层1063、第一绝缘层1064和第一电极层1065；
第一沟槽104的底部设置有第一导电金属109，侧壁设置有第一绝缘层1064，且第一绝缘层1064延伸至第一沟槽104的底部，覆盖部分第一导电金属109；
第一电极层1065与第一导电金属109电连接。
可选地，如图2所示，沿衬底101指向第一欧姆接触层102的方向上，每个第三台型结构108上依次设置有，第二有源层1081、第二个第二反射层1082、第二个第二欧姆接触层1083、第二导电金属层1084、第二绝缘层1085和第二电极层1086；
其中，第二绝缘层1085覆盖部分第二导电金属层1084，以及覆盖每个第二沟槽105的底部和侧壁，第二电极层1086与第二导电金属层1084电连接。
可以理解的是，第三台型结构108上形成的第二有源层1081、第二个第二反射层1082、第二个第二欧姆接触层1083、第二导电金属层1084、第二绝缘层1085和第二电极层1086，形成一个激光器发光单元。
结合图1至图3所示，图2为图3中AA’的剖视图。
可选地，如图3所示，第一沟槽104包括第一矩形沟槽1041。
需要说明的是，第一有源层1061与第二有源层1081为同层设置，第一个第二反射层1062与第二个第二反射层1082同层设置，第一个第二欧姆接触层1063与第二个第二欧姆接触层1083同层设置，其中，通过外延生长的方式于衬底上依序生长包括但不限于第一欧姆接触层、第一反射层、有源层、第二反射层及第二欧姆接触层。
本实施例中，该衬底101可以是任意适于形成垂直腔面发射激光器的半绝缘材料，衬底101例如为半绝缘性GaAs基板，该半绝缘性GaAs基板是未掺杂有杂质的GaAs基板，并且具有非常高的电阻。该半绝缘性GaAs基板的电阻率在107Ω·cm以上。在一些实施例中，还可以使用导电基板或绝缘基板来代替半绝缘基板。在这种情况下，激光器阵列可以形成在GaAs基板上，从GaAs基板分离，然后粘贴到例如绝缘性的AlN基板或导电性的Cu基板的具有高导热性的基板上，衬底101可以为N型衬底。
第一欧姆接触层102为具有浓度较高的N型掺杂层形成一欧姆接触层，如此以降低第一导电金属109与第一欧姆接触层102之间欧姆接触的接触电阻，其中第一欧姆接触层可为N型掺杂欧姆接触层。第一欧姆接触层102可以通过化学气相沉积的方式形成。
第一反射层103可例如由包括AlGaAs和GaAs，或者高铝组分的AlGaAs和低铝组分的AlGaAs两种不同折射率的材料层叠构成，该第一反射层103可以为N型反射镜，该第一反射层103可以为N型的布拉格反射镜。第一有源层1061和第二有源层1081均包括层叠设置的量子阱复合结构，由GaAs和AlGaAs，或者InGaAs和AlGaAs材料层叠排列构成，有源层用以将电能转换为光能。第一个第二反射层1062和第二个第二反射层1082均可包括由AlGaAs和GaAs，或者高铝组分的AlGaAs和低铝组分的AlGaAs两种不同折射率的材料层叠构成，第一个第二反射层1062和第二个第二反射层1082均可以为P型反射镜，第一个第二反射层1062和第二个第二反射层1082均可以为P型的布拉格反射镜，其中，第一个第二反射层1062和第二个第二反射层1082中包含至少一Al组分含量最高的AlGaAs层作为后续湿法氧化的限制电流层；在另一些实施例中，依具体的设计需求，第一反射层103也可以包含至少一Al组分含量最高的AlGaAs层作为后续湿法氧化的限制电流层。其中，第一反射层103和第二反射层用于对有源层产生的光线进行反射增强。
第一反射层103或第二反射层包括一系列不同折射率材料的交替层，其中每一交替层的有效光厚度(该层厚度乘以该层折射率)是四分之一垂直腔面发射激光器的工作波长的奇数整数倍，即每一交替层的有效光厚度为垂直腔面发射激光器的工作波长的奇数整数倍的四分之一。用于形成第一反射层103或第二反射层交替层的合适介电材料包括钽氧化物，钛氧化物，铝氧化物，钛氮化物，氮硅化物等。用于形成第一反射层103或第二反射层交替层的合适半导材料包括镓氮化物，铝氮化物和铝镓氮化物。然不限于此，在一些实施例中，第一反射层102和第二反射层也可由其他的材料所形成。
其中，第一反射层103的交替层对的数量少于第二反射层交替层对的数量，也就是说，第二反射层的反射率高于第一反射层，由此，由第一反射层103出光，即，本实施例中的激光器为底发射激光器。
第一反射层103、第一个第二反射层1062、第二个第二反射层1082均可通过化学气相沉积的方式形成。
该有源层可以包括一个或多个半导体层，该半导体层包括夹在相应对的阻挡层之间的一个或多个量子阱层或一个或多个量子点层。
第一有源层1061和第二有源层1081均可通过化学气相沉积的方式形成。
第一个第二欧姆接触层1063和第二个第二欧姆接触层1083均具有浓度较高的P型掺杂层形成一欧姆接触层，如此以降低第二导电金属1084与第二个第二欧姆接触层1083之间欧姆接触的接触电阻，其中第一欧姆接触层可为P型掺杂欧姆接触层。第二欧姆接触层1063可通过化学气相沉积的方式形成。
第一绝缘层1064和第二绝缘层1085的材料均可以是氮化硅或氧化硅或其他绝缘材料，第二绝缘层1085可以有效隔离相邻的第三台型结构。在本实施例中，可例如通过化学气相沉积的方式形成第一绝缘层1064以及第二绝缘层1085。
第一电极层1065位于第一绝缘层1064之上，并且部分覆盖第一导电金属层109，形成公共阴极。第二电极层1086位于第二绝缘层1085之上，并且覆盖部分第二导电金属1084。多个发光单元的第二电极层1086连接在一起形成阳极。
其中，第一电极层1065的材料可以包括Au金属、Ag金属、Pt金属、Ge金属、Pd金属、Ti金属及Ni金属中的一种或组合，第二电极层1086的材料可以包括Au金属、Ag金属、Pt金属、Ge金属、Pd金属、Ti金属及Ni金属中的一种或组合。
可选地，如图3所示，第二沟槽105为环形沟槽；第三台型结构108为圆柱型台面。
也就是说，在衬底101上，通过多个阵列排布的第二沟槽105的设置，形成阵列排布的多个发光单元，其中第二沟槽105的间距越小越好，仅可以满足第二反射层1082中湿法氧化电流限制层10821的空隙即可。进而，提升单位面积的发光面积，提高激光器的功率值，同时，也使得整个激光器芯片的结构更加紧凑。
需要说明的是，第二沟槽105的底部厚度大于零(亦即第二沟槽105的底部相对于第一反射层103与第二有源层1081接触面的厚度大于零)，也就是第一反射层103未被刻蚀刻穿，每个发光单元的横截面积相同，刻蚀深度越小，发光单元的电阻越小，为了限制电流，使得电压表现良好，需要完全刻蚀有源层，以及部分第一反射层103，进而，同样的操作电流，同样的能量，电阻越小，发光单元本身消耗的能量就越小，输出的能量就越大，从而使得发光单元的功率转换效率越大，性能越好。其中，所述厚度可为
(埃米)，优选为
可选地，如图4至图8所示，第一沟槽104还包括第二矩形沟槽1042，第二矩形沟槽1042与第一矩形沟槽1041形成T型沟槽或者L型沟槽。
可选地，第一电极层1065仅与第二矩形沟槽1042中第一导电金属层109电连接。
如图4所示，第一沟槽104为T型沟槽，第一电极层1065仅与第二矩形沟槽1042中第一导电金属层109电连接，其中，图5为图4中BB’的剖视图。由图5可以看出，第一电极层1065与第一矩形沟槽1041中的第一导电金属层109不连接。图6为图4中CC’的剖视图，可以看出，第一电极层1065与第二矩形沟槽1042中第一导电金属层109电连接。
另外，如图7和图8所示，第二矩形沟槽1042与第一矩形沟槽1041形成L型沟槽。
第一电极层1065仅与第二矩形沟槽1042中的第一导电金属层109电连接，因第一电极层1065须与发光单元保持预定的安全距离，且第一电极层1065沉积于第一矩形沟槽1041的部分电极不能作为焊盘使用(即不能作为后续与其他器件电连接使用)，第一电极层1065于第二矩形沟槽1042中的第一导电金属层109电连接可以减小第一矩形沟槽1041的宽度。从而，以图4中的CC’方向为上下来说，第一电极层1065仅有少部分与第二矩形沟槽1042中的第一导电金属层109电连接，除去连接部分，第一电极层1065的上部分和下部分均可以作为布线空间，减少第一电极层1065的无法利用的面积，提升第一电极层1065的利用率。
相比于图3中第一电极层1065与第一矩形沟槽1041的排列方式，第一电极层1065大部分面积都被设置在第一矩形沟槽1041中，只有左边的部分第一电极层1065可以作为布线空间来说，图4、图7和图8中的设置方式，提升了第一电极层1065的利用率。其中，第二矩形沟槽1042可以在第一矩形沟槽1041的左侧的任意位置。
图9是本发明实施例的垂直腔面发射激光器的制作方法的流程图，如图9所示，该方法包括以下步骤：
S101，提供一衬底；
S102，在衬底的一侧表面形成第一欧姆接触层；
S103，在第一欧姆接触层背离衬底的一侧表面形成外延结构，沿衬底指向第一欧姆接触层的方向上，外延结构包括依次形成有第一反射层、有源层和第二反射层；
S104，在外延结构背离第一欧姆接触层的一侧表面形成第二欧姆接触层；
S105，在第二欧姆接触层背离外延结构的一侧表面形成多个第二导电金属层；
S106，在多个第二导电金属层背离第二欧姆接触层的一侧形成第三绝缘层；
S107，形成第一沟槽和多个第二沟槽，其中，第一沟槽暴露至第一欧姆接触层，第二沟槽依次贯穿第二欧姆接触层、第二反射层、有源层和部分第一反射层；
S108，氧化多个第二沟槽中的第二反射层；
S109，在第一沟槽中形成第一导电金属层；
S110，在第三绝缘层背离第二导电金属层的一侧表面形成第四绝缘层；
S111，形成第三沟槽和多个第四沟槽，第三沟槽用于暴露部分第一导电金属层；每个第四沟槽用于暴露部分第二导电金属层；
S112，形成第一电极层和第二电极层。
需要说明的是，步骤S107，形成第一沟槽和多个第二沟槽，其中，第一沟槽暴露至第一欧姆接触层，第二沟槽依次贯穿第二欧姆接触层、第二反射层、有源层和部分第一反射层；
可以有以下几种实施方式，第一种，先形成多个第二沟槽，再形成第一沟槽；第二种，先形成第一沟槽，再形成多个第二沟槽；第三种，同时形成第一沟槽和第二沟槽。步骤S108和步骤S109依据形成第一沟槽和第二沟槽的顺序进行。先形成多个第二沟槽，再形成第一沟槽，就先执行步骤S108，再执行步骤S109，先形成第一沟槽，再形成多个第二沟槽，就先执行步骤S109，再执行步骤是S108，如果同时形成第一沟槽和第二沟槽，则同时执行步骤S108和步骤S109。
下面以先形成多个第二沟槽，再形成第一沟槽为例进行说明。
如图10至图24所示，该垂直腔面发射激光器的制作方法包括以下步骤：
S1，提供一衬底201；
其中，该衬底201可以是任意适于形成垂直腔面发射激光器的半绝缘材料，衬底201例如为半绝缘性GaAs基板，该半绝缘性GaAs基板是未掺杂有杂质的GaAs基板，并且具有非常高的电阻。该半绝缘性GaAs基板的电阻率在107Ω·cm以上。在一些实施例中，还可以使用导电基板或绝缘基板来代替半绝缘基板。在这种情况下，激光器阵列可以形成在GaAs基板上，从GaAs基板分离，然后粘贴到例如绝缘性的AlN基板或导电性的Cu基板的具有高导热性的基板上，衬底101可以为N型衬底。
S2，在衬底201的一侧表面形成第一欧姆接触层202；
第一欧姆接触层202为具有浓度较高的N型掺杂层形成一欧姆接触层，如此以降低第一导电金属与第一欧姆接触层202之间欧姆接触的接触电阻，其中第一欧姆接触层可为N型掺杂欧姆接触层。第一欧姆接触层202可以通过化学气相沉积的方式形成。
S3，在第一欧姆接触层202背离衬底201的一侧表面形成第一反射层203；
S4，在第一反射层203背离第一欧姆接触层202的一侧表面形成有源层204；
S5，在有源层204背离第一反射层203的一侧表面形成第二反射层205；
第一反射层203可例如由包括AlGaAs和GaAs，或者高铝组分的AlGaAs和低铝组分的AlGaAs两种不同折射率的材料层叠构成，该第一反射层203可以为N型反射镜，该第一反射层203可以为N型的布拉格反射镜。有源层204包括层叠设置的量子阱复合结构，由GaAs和AlGaAs，或者InGaAs和AlGaAs材料层叠排列构成，有源层204用以将电能转换为光能。第二反射层205可包括由AlGaAs和GaAs，或者高铝组分的AlGaAs和低铝组分的AlGaAs两种不同折射率的材料层叠构成，第二反射层205可以为P型反射镜，第二反射层205可以为P型的布拉格反射镜。其中，第一反射层103和第二反射层205用于对有源层204产生的光线进行反射增强。
第一反射层103或第二反射层205包括一系列不同折射率材料的交替层，其中每一交替层的有效光厚度(该层厚度乘以该层折射率)是四分之一垂直腔面发射激光器的工作波长的奇数整数倍，即每一交替层的有效光厚度为垂直腔面发射激光器的工作波长的奇数整数倍的四分之一。用于形成第一反射层203或第二反射层205交替层的合适介电材料包括钽氧化物，钛氧化物，铝氧化物，钛氮化物，氮硅化物等。用于形成第一反射层203或第二反射层205交替层的合适半导材料包括镓氮化物，铝氮化物和铝镓氮化物。然不限于此，在一些实施例中，第一反射层203和第二反射层205也可由其他的材料所形成。
其中，第一反射层203的交替层对的数量少于第二反射层205交替层对的数量，也就是说，第二反射层205的反射率高于第一反射层203，由此，由第一反射层203出光，即，本实施例中的激光器为底发射激光器。
第一反射层203、第二反射层205均可通过化学气相沉积的方式形成。
该有源层204可以包括一个或多个半导体层，该半导体层包括夹在相应对的阻挡层之间的一个或多个量子阱层或一个或多个量子点层。
有源层204均可通过化学气相沉积的方式形成。
S6，在第二反射层205背离有源层204的一侧表面形成第二欧姆接触层206；
第二欧姆接触层206具有浓度较高的P型掺杂层形成一欧姆接触层，如此以降低第二导电金属与第二欧姆接触层206之间欧姆接触的接触电阻，其中第一欧姆接触层可为P型掺杂欧姆接触层。第二欧姆接触层206可通过化学气相沉积的方式形成。
S7，在第二欧姆接触层206背离第二反射层205的一侧表面形成多个第二导电金属层207；
S8，如图11所示，在多个第二导电金属层207背离第二欧姆接触层206的一侧形成第三绝缘层208；
在本实施例中，第二导电金属层207可例如为圆环状，在一些实施例中，第二导电金属层207的形状还可以为椭圆形环状，矩形环状，六边形环状，第二导电金属层207的形状可根据需要进行选择。(本实施例中仅以一个第二导电金属层207为例来说)。第三绝缘层208的形成是为了防止第二导电金属层207被氧化。
S9，如图12至13所示，形成多个第二沟槽209，其中，第二沟槽209依次贯穿第二欧姆接触层206、第二反射层205、有源层204和部分第一反射层203；
其中，需要说明的是，在形成多个第二导电金属层207之后，需要在第三绝缘层208上形成图案化光阻层209，图案化光阻层209暴露出部分第三绝缘层208，根据图案化光阻层209对第三绝缘层208向下刻蚀，形成多个第二沟槽210。图11中的箭头方向表示刻蚀方向。图12中的两个第二沟槽210实际为一个环形沟槽。中间包括一个圆形台面，圆形台面用于形成发光单元。
S10，如图14所示，氧化第二反射层205；
在形成多个第二沟槽210之后，还需要在台型结构内形成电流限制层211，以形成发光孔。本实施例通过高温氧化高掺铝的方法，对第二沟槽210的侧壁进行氧化，以在第二反射层205内形成多个电流限制层211。
S11，如图15所示，在第三绝缘层208背离第二导电金属层207的一侧表面形成第四绝缘层212；其中，第四绝缘层212的形成是为了防止第二沟槽210中台型结构的侧壁继续被氧化。
S12，如图16和图17所示，形成第一沟槽213，其中，第一沟槽213暴露至第一欧姆接触层202；
需要说明的是，第一沟槽213可以是矩形沟槽，T型沟槽或者L型沟槽中的一种，其形状可以在图案化光阻层209提前设置。
S13，如图18所示，在第一沟槽213中形成第一导电金属层214；其中，第一导电金属层214可以采用化学气相沉积、溅镀、蒸镀、电镀或化镀的方式沉积在第一沟槽213中。
S14，如图19所示，在第四绝缘层212背离第三绝缘层208的一侧表面形成第五绝缘层215；其中，第五绝缘层215是为了防止如图18中方位中的左侧台型结构中的第二反射层氧化。
S15，如图20所示，形成第三沟槽216，第三沟槽216用于暴露部分第一导电金属层214；
S16，如图21所示，形成多个第四沟槽217，每个第四沟槽217用于暴露部分第二导电金属层207；
S17，形成第一电极层218和第二电极层219。
需要说明的是，如果第一沟槽213为矩形沟槽，则第一电极层218的形成如图22所示。如图第一沟槽213为T型沟槽，或者L型沟槽，则第一电极层218的形成如图23所示。可以理解的是，图22为图3沿AA’的剖面图。图23为图4沿BB’的剖面图。图24为第二电极层219的形成图。其中，第一电极层218和第二电极层219可采用化学气相沉积的方式形成。
其中，第一电极层218的材料可以包括Au金属、Ag金属、Pt金属、Ge金属、Ti金属及Ni金属中的一种或组合，第二电极层219的材料可以包括Au金属、Ag金属、Pt金属、Ge金属、Ti金属及Ni金属中的一种或组合。
综上所述，本发明实施例提出的垂直腔面发射激光器及其的制作方法，刻蚀的第二沟槽无需暴露至第一欧姆接触层，仅需刻蚀部分第一反射层即可，从而在相同的发光面积下，减小了发光单元的电阻，提升了发光单元的光电转换效率，并且减小了发光单元之间的间距，提升了单位面积中的发光面积。
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 (11)
1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：
衬底；
第一欧姆接触层，形成在所述衬底的第一表面上；
第一反射层，形成在所述第一欧姆接触层背离所述衬底一侧的表面上，包括第一沟槽和多个第二沟槽，第一沟槽暴露至所述第一欧姆接触层，每个所述第二沟槽的底部厚度大于零。
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，所述第一反射层还包括第一台型结构和第二台型结构，所述第二台型结构上设置有多个第三台型结构。
3.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，沿所述衬底指向所述第一欧姆接触层的方向上，所述第一台型结构上依次设置有，第一有源层、第一个第二反射层、第一个第二欧姆接触层、第一绝缘层和第一电极层；
所述第一沟槽的底部设置有第一导电金属，侧壁设置有第一绝缘层，且所述第一绝缘层延伸至所述第一沟槽的底部，覆盖部分所述第一导电金属；
所述第一电极层与所述第一导电金属电连接。
4.根据权利要求3所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一沟槽包括第一矩形沟槽。
5.根据权利要求4所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一沟槽还包括第二矩形沟槽，所述第二矩形沟槽与所述第一矩形沟槽形成T型沟槽或者L型沟槽。
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，所述第一电极层仅与所述第二矩形沟槽中第一导电金属电连接。
7.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，沿所述衬底指向所述第一欧姆接触层的方向上，每个所述第三台型结构上依次设置有，第二有源层、第二个第二反射层、第二个第二欧姆接触层、第二导电金属层、第二绝缘层和第二电极层；
其中，所述第二绝缘层覆盖部分所述第二导电金属层，以及覆盖每个所述第二沟槽的底部和侧壁，所述第二电极层与所述第二导电金属层电连接。
8.根据权利要求7所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第二沟槽为环形沟槽；所述第三台型结构为圆柱型台面。
9.一种垂直腔面发射激光器的制作方法，基于权利要求1-8任一项所述的垂直腔面发射激光器实现，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底；
在所述衬底的一侧表面形成第一欧姆接触层；
在所述第一欧姆接触层背离所述衬底的一侧表面形成外延结构，沿所述衬底指向所述第一欧姆接触层的方向上，所述外延结构包括依次形成的第一反射层、有源层和第二反射层；
在所述外延结构背离所述第一欧姆接触层的一侧表面形成第二欧姆接触层；
在所述第二欧姆接触层背离所述外延结构的一侧表面形成多个第二导电金属层；
在多个所述第二导电金属层背离所述第二欧姆接触层的一侧形成第三绝缘层；
形成第一沟槽和多个第二沟槽，其中，所述第一沟槽暴露至所述第一欧姆接触层，所述第二沟槽依次贯穿所述第二欧姆接触层、所述第二反射层、所述有源层和部分所述第一反射层；
氧化多个所述第二沟槽中的所述第二反射层；
在所述第一沟槽中形成所述第一导电金属层；
在所述第三绝缘层背离所述第二导电金属层的一侧表面形成第四绝缘层；
形成第三沟槽和多个第四沟槽，所述第三沟槽用于暴露部分所述第一导电金属层；每个所述第四沟槽用于暴露部分所述第二导电金属层；
形成第一电极层和第二电极层。
10.根据权利要求9所述的垂直腔面发射激光器的制作方法，其特征在于，形成所述第一沟槽包括：
形成矩形沟槽。
11.根据权利要求9所述的垂直腔面发射激光器的制作方法，其特征在于，形成所述第一沟槽包括：
形成T型沟槽或L型沟槽。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011399258.5A CN114583554A (zh) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | 一种垂直腔面发射激光器及其的制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011399258.5A CN114583554A (zh) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | 一种垂直腔面发射激光器及其的制作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114583554A true CN114583554A (zh) | 2022-06-03 |
Family
ID=81768374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011399258.5A Pending CN114583554A (zh) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | 一种垂直腔面发射激光器及其的制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114583554A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000164982A (ja) * | 1998-11-30 | 2000-06-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 面発光レーザ |
| TW201042782A (en) * | 2009-05-19 | 2010-12-01 | Lien-Shine Lu | Manufacturing method for a flip-chip GaN LED |
| CN111313234A (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阵列及其制造方法与应用 |
| CN213636610U (zh) * | 2020-12-01 | 2021-07-06 | 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 |
-
2020
- 2020-12-01 CN CN202011399258.5A patent/CN114583554A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000164982A (ja) * | 1998-11-30 | 2000-06-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 面発光レーザ |
| TW201042782A (en) * | 2009-05-19 | 2010-12-01 | Lien-Shine Lu | Manufacturing method for a flip-chip GaN LED |
| CN111313234A (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阵列及其制造方法与应用 |
| CN213636610U (zh) * | 2020-12-01 | 2021-07-06 | 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 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN213636610U (zh) | 一种垂直腔面发射激光器 | |
| EP1999827B1 (en) | Red light laser | |
| US9014225B2 (en) | Vertical cavity surface emitting laser device | |
| US7856045B2 (en) | Surface emitting semiconductor component | |
| CN113783105B (zh) | 一种垂直腔面发射激光器及其制备方法 | |
| US9627854B2 (en) | VCSEL with intracavity contacts | |
| CN111641109B (zh) | 一种多有源区级联的半导体激光器 | |
| EP3888138A1 (en) | Indium-phosphide vcsel with dielectric dbr | |
| CN115548880A (zh) | 多隧道结倒装表面浮雕结构的垂直腔面发射激光器阵列 | |
| JP2015153862A (ja) | 面発光レーザアレイ及びレーザ装置 | |
| CN216903721U (zh) | 一种波长可调谐的垂直腔面发射激光器阵列 | |
| KR100404043B1 (ko) | 수직으로 집적화된 고출력 면발광 반도체 레이저 장치 및그 제조 방법 | |
| CN111129953B (zh) | 一种激光器及其制造方法及激光器阵列 | |
| CN214754678U (zh) | 垂直腔面发射激光器、激光器芯片和激光器发射模组 | |
| CN114583554A (zh) | 一种垂直腔面发射激光器及其的制作方法 | |
| CN114552374A (zh) | 一种垂直腔面发射激光器阵列 | |
| CN111431031B (zh) | 一种激光器芯片及其制造方法 | |
| CN111525394B (zh) | 垂直腔面发射激光器、制备方法及摄像头模组 | |
| CN114552375A (zh) | 一种垂直腔面发射激光器阵列 | |
| CN112968354A (zh) | 垂直腔面发射激光器、激光器芯片和激光器发射模组 | |
| US20240258770A1 (en) | Vertical cavity surface emitting laser and preparation method therefor | |
| CN220233724U (zh) | 薄膜式垂直共振腔面射型激光元件 | |
| US20240162684A1 (en) | Multi-junction optical emitter with multiple active regions aligned to multiple wavelengths | |
| CN113422291B (zh) | 一种激光器及其制造方法与应用 | |
| CN116526287A (zh) | 一种垂直腔面发射激光器及其制造方法 |
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 |