CN114899707A - 一种垂直腔面发射半导体发光结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种垂直腔面发射半导体发光结构及其制备方法，其中半导体器件包括：半导体衬底层；位于半导体衬底层上的第一布拉格反射镜；位于第一布拉格反射镜背向半导体衬底层一侧的有源层；位于有源层背向第一布拉格反射镜一侧的第二布拉格反射镜，第二布拉格反射镜的反射率大于第一布拉格反射镜的反射率；位于第二布拉格反射镜、有源层和第一布拉格反射镜中的若干开口，相邻的开口之间构成发光柱，发光柱的数量为若干个；光栅层，光栅层位于半导体衬底层背向第一布拉格反射镜的一侧，光栅层至少位于若干个发光柱的底部以及相邻的发光柱之间区域的底部。所述垂直腔面发射半导体发光结构的阵列光束为单模相干且其相位分布可控。

Description

一种垂直腔面发射半导体发光结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种垂直腔面发射半导体发光结构及其制备方法。
背景技术
垂直腔面发射半导体发光结构由于具有光束质量好、阈值电流低、易于二维列阵集成、制造成本低廉和批量化生产等优点，成为诸如3D传感、激光雷达、夜视照明、健康医疗等一系列高光功率应用的重要光源。
现有的垂直腔面发射半导体发光结构由于其设计的特殊性，阵列光源之间的光束为非相干，光束相位分布不可控，因此导致垂直腔面发射半导体发光结构出射的光束线宽较宽，模式特性差，远场发散角大，亮度低，使其在某些特殊领域的应用受到限制，如基于VCSEL光源芯片的相控阵雷达、全息投影等领域的应用受到限制。
因此，现有的垂直腔面发射半导体发光结构的结构仍有待改进。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于解决现有技术中垂直腔面发射半导体发光结构的阵列光束为非相干且其相位分布不可控的问题，从而提供一种垂直腔面发射半导体发光结构及其制备方法。
本发明提供一种垂直腔面发射半导体发光结构，包括：半导体衬底层；位于所述半导体衬底层上的第一布拉格反射镜；位于所述第一布拉格反射镜背向所述半导体衬底层一侧的有源层；位于所述有源层背向所述第一布拉格反射镜一侧的第二布拉格反射镜，所述第二布拉格反射镜的反射率大于所述第一布拉格反射镜的反射率；位于所述第二布拉格反射镜、有源层和所述第一布拉格反射镜中的若干开口，相邻的开口之间构成发光柱，所述发光柱的数量为若干个；光栅层，所述光栅层位于所述半导体衬底层背向所述第一布拉格反射镜的一侧，所述光栅层至少位于若干个发光柱的底部以及相邻的发光柱之间区域的底部。
可选的，所述光栅层中的栅缝的宽度与所述光栅层中相邻的栅缝之间的间距之和为m/n，n为所述光栅层的折射率，m为所述垂直腔面发射半导体发光结构发出的光的半波长的整数倍。
可选的，所述光栅层中的栅缝的宽度为3m/8-3m/4，m为所述垂直腔面发射半导体发光结构发出的光的半波长的整数倍。
可选的，还包括：相位匹配层，所述相位匹配层位于所述半导体衬底层与所述光栅层之间。
可选的，若干开口分为第二开口和若干个第一开口，所述第二开口与第一开口间隔；第一开口位于所述第二布拉格反射镜、有源层和部分所述第一布拉格反射镜中；所述第二开口位于所述第一布拉格反射镜、有源层、第二布拉格反射镜和部分所述半导体衬底层中；相邻的第一开口之间、以及第一开口和所述第二开口之间定义出所述若干个发光柱。
可选的，还包括：位于所述第二开口的底部区域覆盖所述半导体衬底层的第一电极；位于所述发光柱中的所述第二布拉格反射镜背向所述半导体衬底层的一侧的第二电极。
可选的，还包括：位于所述第二开口底部的半导体衬底层的表面的第一欧姆接触层；所述第一电极还覆盖所述第一欧姆接触层；位于所述发光柱中的所述第二布拉格反射镜背向所述半导体衬底层的一侧表面的第二欧姆接触层；所述第二电极还覆盖所述第二欧姆接触层。
本发明还提供一种垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法，包括：提供半导体衬底层；在所述半导体衬底层上形成第一布拉格反射镜；在所述第一布拉格反射镜背向所述半导体衬底层的一侧形成有源层；在所述有源层背向所述第一布拉格反射镜的一侧形成第二布拉格反射镜，所述第二布拉格反射镜的反射率大于所述第一布拉格反射镜的反射率；在所述第二布拉格反射镜、有源层和第一布拉格反射镜中形成若干开口，相邻的开口之间构成发光柱，所述发光柱的数量为若干个；在所述半导体衬底层背向所述第一布拉格反射镜的一侧形成光栅层，所述光栅层至少位于若干个发光柱的底部以及相邻的发光柱之间区域的底部。
可选的，还包括：形成相位匹配层，所述相位匹配层位于所述光栅层和所述半导体衬底层之间。
可选的，形成所述光栅层和所述相位匹配层的步骤包括：在所述半导体衬底层背向所述有源层的一侧表面形成初始介质膜，所述初始介质膜包括第一区和第二区，所述第二区位于所述第一区和所述半导体衬底层之间；对所述初始介质膜的第一区进行刻蚀，使所述第一区形成所述光栅层，使所述第二区形成所述相位匹配层。
可选的，在所述第二布拉格反射镜、有源层和第一布拉格反射镜中形成若干开口的步骤包括：在所述第二布拉格反射镜、有源层和部分所述第一布拉格反射镜中形成若干个第一开口；在所述第一布拉格反射镜、有源层、第二布拉格反射镜和部分半导体衬底层中形成与所述第一开口间隔的第二开口；在相邻的第一开口之间、以及第一开口和所述第二开口之间定义出若干个发光柱。
可选的，还包括：在所述第二开口的底部区域形成覆盖所述半导体衬底层的第一电极；在所述发光柱中的所述第二布拉格反射镜背向所述半导体衬底层的一侧形成第二电极。
可选的，还包括：在形成第一电极之前，在所述第二开口底部的半导体衬底层的表面形成第一欧姆接触层；在形成第二电极之前，在所述发光柱中的所述第二布拉格反射镜背向所述半导体衬底层的一侧表面形成第二欧姆接触层。
可选的，还包括：形成所述第一电极和所述第二电极之后，形成所述光栅层之前，在所述第一开口中、第二开口中、以及第二布拉格反射镜和第二电极背离所述半导体衬底层的一侧形成键合胶层；提供临时衬底，形成所述键合胶层之后，将所述键合胶层键合到所述临时衬底上；将所述键合胶层键合到所述临时衬底上之后，形成所述光栅层之前，对所述半导体衬底层进行减薄处理；形成所述光栅层之后，去除所述临时衬底。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明技术方案中的垂直腔面发射半导体发光结构，由于所述第二布拉格反射镜的反射率大于所述第一布拉格反射镜的反射率，因此垂直腔面发射半导体发光结构在朝向所述半导体衬底层的一侧发光，所述光栅层位于所述半导体衬底层背向所述第一布拉格反射镜的一侧，所述光栅层至少位于若干个发光柱的底部以及相邻的发光柱之间区域的底部。所述光栅层可以将波矢方向垂直于半导体衬底层的光束耦合转换为波矢方向平行于所述半导体衬底层的光束，所述光栅层耦合的效率的大小取决于所述光栅层的结构和射入所述光栅层的光模式的入射角，在光栅层的结构不变时，射入所述光栅层的光模式的入射角越小，所述光栅层的耦合效率越大。在所述光栅层存在的情况下，任意相邻的两个发光柱与相邻的两个发光柱之间的光栅层构成复合谐振腔，相邻的两个发光柱中具有高反射率的第二布拉格反射镜作为复合谐振腔的腔面。而高阶横模相对于低阶横模的发散角较大，高阶横模射入所述光栅层的光模式的入射角大，所以所述光栅层对于低阶横模的耦合转换效率大于高阶横模的耦合转换效率，这样使得复合谐振腔能更好地谐振低阶横模，并形成正反馈。高阶横模无法在复合谐振腔中谐振而无法获得足够的增益，最终无法满足激射条件。由于第一布拉格反射镜的反射率较小，因此当低阶横模在复合谐振腔内谐振达到一定增益时，低阶横模就能从第一布拉格反射镜出射。任意相邻的两个发光柱与相邻的两个发光柱之间的光栅层能构成复合谐振腔，因此从每个发光柱出射的光就是相干光。因此垂直腔面发射半导体发光结构发出的光束为单模相干光，单模相干光的相位一致，因此，所述垂直腔面发射半导体发光结构的阵列光束相干且其相位分布可控。
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为本发明一实施例提供的垂直腔面发射半导体发光结构的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法的流程图；
图3至图9为本发明一实施例提供的垂直腔面发射半导体发光结构的制备过程的结构示意图。
具体实施方式
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“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种垂直腔面发射半导体发光结构，参考图1，包括：
半导体衬底层1；
位于所述半导体衬底层1上的第一布拉格反射镜2；
位于所述第一布拉格反射镜2背向所述半导体衬底层1一侧的有源层3；
位于所述有源层3背向所述第一布拉格反射镜2一侧的第二布拉格反射镜4，所述第二布拉格反射镜4的反射率大于所述第一布拉格反射镜2的反射率；
位于所述第二布拉格反射镜4、有源层3和所述第一布拉格反射镜2中的若干开口，相邻的开口之间构成发光柱，所述发光柱的数量为若干个；
光栅层5，所述光栅层5位于所述半导体衬底层1背向所述第一布拉格反射镜2的一侧，所述光栅层5至少位于若干个发光柱的底部以及相邻的发光柱之间区域的底部。
本实施例提供的垂直腔面发射半导体发光结构，所述光栅层5可以将波矢方向垂直于半导体衬底层1的光束耦合转换为波矢方向平行于所述半导体衬底层1的光束，所述光栅层5耦合的效率的大小取决于所述光栅层的结构和射入所述光栅层的光模式的入射角，在光栅层的结构不变时，射入所述光栅层的光模式的入射角越小，所述光栅层的耦合效率越大。在所述光栅层存在的情况下，任意相邻的两个发光柱与相邻的两个发光柱之间的光栅层构成复合谐振腔，相邻的两个发光柱中具有高反射率的第二布拉格反射镜作为复合谐振腔的腔面。而高阶横模相对于低阶横模的发散角较大，高阶横模射入所述光栅层的光模式的入射角大，所以所述光栅层对于低阶横模的耦合转换效率大于高阶横模的耦合转换效率，这样使得复合谐振腔能更好地谐振低阶横模，并形成正反馈。高阶横模无法在复合谐振腔中谐振而无法获得足够的增益，最终无法满足激射条件。由于第一布拉格反射镜的反射率较小，因此当低阶横模在复合谐振腔内谐振达到一定增益时，低阶横模就能从第一布拉格反射镜出射。任意相邻的两个发光柱与相邻的两个发光柱之间的光栅层能构成复合谐振腔，因此从每个发光柱出射的光就是相干光。因此垂直腔面发射半导体发光结构发出的光束为单模相干光，单模相干光的相位一致，因此，所述垂直腔面发射半导体发光结构的阵列光束相干且其相位分布可控。
在一个实施例中，射入所述光栅层的光模式的入射角为射入所述光栅层的光模式与所述半导体衬底层1的法线之间的夹角。此外所述光栅层增加了所述垂直腔面发射半导体发光结构的复合谐振腔的长度，复合谐振腔长度的增加，增加了所述垂直腔面发射半导体发光结构高阶横模的工作阈值，从而所述低阶横模可从所述光栅层发出。
本实施例中，所述光栅层5位于所述半导体衬底层1背向所述第一布拉格反射镜2的一侧，降低了制备所述光栅层5的难度，简化了工艺。
在一个实施例中，所述光栅层5中的栅缝的宽度与所述光栅层中相邻的栅缝之间的间距之和为m/n，n为所述光栅层的折射率，m为所述垂直腔面发射半导体发光结构发出的光的半波长的整数倍。
在一个实施例中，所述半导体衬底层的厚度为100μm-300μm，例如200μm。所述半导体衬底层降低了垂直腔面发射半导体发光结构的串阻。
在一个实施例中，所述光栅层5中的栅缝的宽度为3m/8-3m/4，m为所述垂直腔面发射半导体发光结构发出的光的半波长的整数倍，例如4m/8；若所述光栅层5中的栅缝的宽度小于3m/8，则栅缝的宽度过窄，则提高所述光栅层筛选出单模相干光的程度较小；若所述光栅层5中的栅缝的宽度大于3m/4，则栅缝的宽度过宽，则提高所述光栅层筛选出单模相干光的程度较小。因此，所述光栅层5中的栅缝的宽度在3m/8-3m/4之间，有利于所述光栅层最大程度地筛选出单模相干光。
在一个实施例中，所述光栅层5的厚度为100nm-300nm，例如150nm、200nm或者250nm；所述光栅层5的厚度在此范围内有利于所述光栅层最大程度地筛选出单模相干光。
在一个实施例中，所述光栅层5的材料包括氮化硅。
在一个实施例中，所述垂直腔面发射半导体发光结构还包括：相位匹配层6，所述相位匹配层6位于所述半导体衬底层1与所述光栅层5之间。
所述相位匹配层6保证谐振腔纵向上的光程长度为半波长的整数倍，否则将无法出现理想的谐振驻波。
在一个实施例中，所述相位匹配层6的材料包括氮化硅。
在一个实施例中，所述相位匹配层6的厚度为400nm-600nm，例如300nm。
在一个实施例中，若干开口分为第二开口k2和若干个第一开口k1，所述第二开口k2与第一开口k1间隔；第一开口k1位于所述第二布拉格反射镜4、有源层3和部分所述第一布拉格反射镜2中；所述第二开口k2位于所述第一布拉格反射镜2、有源层3、第二布拉格反射镜4和部分所述半导体衬底层1中；相邻的第一开口k1之间、以及第一开口k1和所述第二开口k2之间定义出所述若干个发光柱。所述第二开口k2背向所述第一开口k1的一侧具有非发光柱。
在一个实施例中，所述垂直腔面发射半导体发光结构还包括：位于所述第二开口k2的底部区域覆盖所述半导体衬底层1的第一电极D1。
在一个实施例中，所述垂直腔面发射半导体发光结构还包括：位于所述第二开口k2底部的半导体衬底层的表面的第一欧姆接触层m1；所述第一电极D1还覆盖所述第一欧姆接触层m1。
在一个实施例中，所述第一欧姆接触层m1的宽度为6μm-10μm，例如8μm。
在一个实施例中，所述第一欧姆接触层m1的材料包括：钯、锗、钛或者金；在其他实施例中，所述第一欧姆接触层的材料还可以包括其他可以导电的金属材料。
在一个实施例中，所述垂直腔面发射半导体发光结构还包括：位于所述发光柱中的所述第二布拉格反射镜4背向所述半导体衬底层1的一侧的第二电极D2。
在一个实施例中，所述垂直腔面发射半导体发光结构还包括：位于所述发光柱中的所述第二布拉格反射镜4背向所述半导体衬底层1的一侧表面的第二欧姆接触层m2；所述第二电极D2还覆盖所述第二欧姆接触层m2。
在一个实施例中，所述第二欧姆接触层m2的宽度为22μm-32μm，例如25μm。
在一个实施例中，所述第二欧姆接触层m2的材料包括：铂、钛或者金；在其他实施例中，所述第二欧姆接触层的材料还可以包括其他可以导电的金属材料。
在一个实施例中，所述垂直腔面发射半导体发光结构还包括:钝化层7，所述钝化层7覆盖所述非发光柱的侧壁表面和顶部表面；所述钝化层7还覆盖发光柱的侧部表面和部分顶部表面、以及所述第一开口k1的底部表面。所述第一电极D1还覆盖所述非发光柱表面的钝化层7。第二电极还覆盖位于发光柱的侧部表面和部分顶部表面的钝化层。
在一个实施例中，所述钝化层的材料包括氮化硅。
所述钝化层7还覆盖所述第一欧姆接触层m1的边缘和所述第二欧姆接触层m2的边缘。
在一个实施例中，所述垂直腔面发射半导体发光结构还包括：电流限制层8，所述电流限制层8位于所述有源层3和所述第二布拉格反射镜4之间，所述电流限制层8包括氧化区与导电区，所述氧化区位于所述导电区的周围。
实施例2
本实施例提供一种垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法，参考图2，包括以下步骤：
步骤S1：提供半导体衬底层；
步骤S2：在所述半导体衬底层上形成第一布拉格反射镜；
步骤S3：在所述第一布拉格反射镜背向所述半导体衬底层的一侧形成有源层；
步骤S4：在所述有源层背向所述第一布拉格反射镜的一侧形成第二布拉格反射镜，所述第二布拉格反射镜的反射率大于所述第一布拉格反射镜的反射率；
步骤S5：在所述第二布拉格反射镜、有源层和第一布拉格反射镜中形成若干开口，相邻的开口之间构成发光柱，所述发光柱的数量为若干个；
步骤S6：在所述半导体衬底层背向所述第一布拉格反射镜的一侧形成光栅层，所述光栅层至少位于若干个发光柱的底部以及相邻的发光柱之间区域的底部。
下面参考图3至图9详细介绍所述垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法。
参考图3，提供半导体衬底层1；在所述半导体衬底层1上形成第一布拉格反射镜2；在所述第一布拉格反射镜2背向所述半导体衬底层1的一侧形成有源层3；在所述有源层3背向所述第一布拉格反射镜2的一侧形成第二布拉格反射镜4，所述第二布拉格反射镜4的反射率大于所述第一布拉格反射镜2的反射率。
本实施例中，继续参考图3，还包括：在所述第一布拉格反射镜2背向所述半导体衬底层1的一侧形成有源层3之后，在所述有源层3背向所述第一布拉格反射镜2的一侧形成第二布拉格反射镜4之前，在所述有源层3背向所述第一布拉格反射镜2的一侧表面形成初始电流限制层8’。
结合参考图4至图6，在所述第二布拉格反射镜4、有源层3和第一布拉格反射镜2中形成若干开口，相邻的开口之间构成发光柱，所述发光柱的数量为若干个。
在所述第二布拉格反射镜4、有源层3和第一布拉格反射镜2中形成若干开口的步骤包括：在所述第二布拉格反射镜4、有源层3和部分所述第一布拉格反射镜2中形成若干个第一开口k1；在所述第一布拉格反射镜2、有源层3、第二布拉格反射镜4和部分半导体衬底层1中形成与所述第一开口k1间隔的第二开口k2；在相邻的第一开口k1之间、以及第一开口k1和所述第二开口k2之间定义出若干个发光柱。所述第二开口k2背向所述第一开口k1的一侧具有非发光柱。
形成第一开口和第二开口的步骤包括:参考图4，在所述第二布拉格反射镜4背向所述半导体衬底层1的一侧形成初始掩膜层Y；参考图5，去除部分初始掩膜层Y以使所述初始掩膜层Y形成掩膜层Y’，之后，参考图5，以所述掩膜层Y’为掩膜刻蚀所述第二布拉格反射镜4、有源层3和部分所述第一布拉格反射镜2，以使在所述第二布拉格反射镜4、有源层3和部分所述第一布拉格反射镜2中形成若干个第一开口，在所述第二布拉格反射镜4、有源层3和部分所述第一布拉格反射镜2中形成初始第二开口k2’，初始第二开口k2’和第一开口间隔设置；参考图6，刻蚀部分初始第二开口k2’底部的第一布拉格反射镜2和部分所述半导体衬底层1，在初始第二开口底部的第一布拉格反射镜2和部分半导体衬底层1中形成底槽，底槽和所述初始第二开口k2’构成第二开口k2。
在一个实施例中，形成若干个第一开口的工艺包括干法刻蚀工艺。
在一个实施例中，形成底槽的工艺包括干法刻蚀工艺。
在一个实施例中，所述掩膜层Y’的材料包括氮化硅。
在一个实施例中，所述掩膜层Y’的厚度为50nm-100nm，例如80nm。
在一个实施例中，形成掩膜层Y’的方法包括光刻工艺和刻蚀工艺。
在一个实施例中，所述第一开口k1直径为24μm-34μm，例如30μm。
在一个实施例中，所述第二开口k2直径为30μm-34μm，例如32μm。
继续参考图6，在形成第一开口和初始第二开口之后，形成底槽之前，还包括：对第一开口侧部的部分初始电流限制层的边缘区域进行氧化，使所述初始电流限制层形成电流限制层8，所述电流限制层8包括氧化区与导电区，氧化区位于导电区的周围。
对第一开口侧部的部分初始电流限制层的边缘区域进行氧化的过程中，向反应腔室内通入水蒸气，升温至氧化温度进行对初始电流限制层的边缘区域进行氧化，使所述初始电流限制层形成电流限制层。
在一个实施例中，所述导电区的宽度为8μm-18μm，例如15μm。
本实施例中，在形成第一开口和初始第二开口之后，对初始电流限制层的边缘区域进行氧化之前，还包括：对第一开口的侧壁使用刻蚀溶液处理，所述刻蚀溶液可以是稀酸（如HCl:H20=1:50）或稀碱（如NH4OH:H2O=1：10），以去除第一开口的侧壁与空气相接触的表面所形成的很薄的氧化层同时减小工艺制程中产生的表面缺陷。
参考图7，在所述第二开口k2的底部区域形成覆盖所述半导体衬底层1的第一电极D1；在所述发光柱中的所述第二布拉格反射镜4背向所述半导体衬底层1的一侧形成第二电极D2。
本实施例中，继续参考图7，还包括：形成第一电极D1和第二电极D2之前，形成钝化层7，所述钝化层7覆盖所述非发光柱的侧壁表面和顶部表面、发光柱的侧部表面和部分顶部表面、以及所述第一开口的底部表面。
在形成所述第一电极D1的过程中，所述第一电极D1还覆盖所述非发光柱表面的钝化层7。在形成第二电极D2的过程中，第二电极D2还覆盖发光柱侧部表面和部分顶部表面的钝化层7。
在一个实施例中，形成所述钝化层7之前去除所述掩膜层Y’；在另一个实施例中，所述钝化层在所述掩膜层Y’背离所述半导体衬底层1的一侧表面形成。
本实施例中，继续参考图7，还包括：在形成第一电极D1之前，在所述第二开口k2底部的半导体衬底层1的表面形成第一欧姆接触层m1，所述第一电极D1还覆盖所述第一欧姆接触层m1；在形成第二电极D2之前，在所述发光柱中的所述第二布拉格反射镜4背向所述半导体衬底层1的一侧表面形成第二欧姆接触层m2。
在一个实施例中，所述钝化层7在第一欧姆接触层m1和第二欧姆接触层m2形成之后形成。在另一个实施例中，钝化层在第一欧姆接触层和第二欧姆接触层形成之前形成。
所述钝化层7的材料包括氮化硅。
在一个实施例中，所述第一欧姆接触层m1的材料包括：钯、锗、钛或者金；在其他实施例中，所述第一欧姆接触层的材料还可以包括其他可以导电的金属材料。
在一个实施例中，所述第一欧姆接触层m1的宽度为6μm-10μm，例如8μm。
在一个实施例中，所述第一欧姆接触层m1的材料包括：钯、锗、钛或者金；在其他实施例中，所述第一欧姆接触层的材料还可以包括其他可以导电的金属材料。
在一个实施例中，所述第二欧姆接触层m2的宽度为22μm-32μm，例如25μm。
在一个实施例中，所述第二欧姆接触层m2的材料包括：铂、钛或者金；在其他实施例中，所述第二欧姆接触层的材料还可以包括其他可以导电的金属材料。
参考图8，还包括：形成所述第一电极D1和所述第二电极D2之后，形成所述光栅层5之前，在所述第一开口中、第二开口中、以及第一布拉格反射镜2和第二电极D2背离所述半导体衬底层1的一侧形成键合胶层101；提供临时衬底100，形成所述键合胶层101之后，将所述键合胶层101键合到所述临时衬底100上，将所述键合胶层101键合到所述临时衬底100上之后，形成所述光栅层5之前，对所述半导体衬底层1进行减薄处理；形成所述光栅层5之后，去除所述临时衬底100。
在一个实施例中，所述临时衬底100包括GaAs衬底。
在一个实施例中，对所述半导体衬底层进行减薄处理的工艺包括机械研磨抛光。
减薄处理之后的半导体衬底层降低了垂直腔面发射半导体发光结构的串阻，机械研磨抛光有利于所述半导体衬底层形成镜面形貌，可以避免漫反射等现象在界面处产生。在一个实施例中，减薄处理之后的所述半导体衬底层的厚度为100μm-300μm，例如200μm。
在一个实施例中，所述垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法还包括：形成相位匹配层6，所述相位匹配层6位于所述光栅层5和所述半导体衬底层1之间。
在一个实施例中，形成所述光栅层5和所述相位匹配层6的步骤包括：在所述半导体衬底层1背向所述有源层3的一侧表面形成初始介质膜，所述初始介质膜包括第一区和第二区，所述第二区位于所述第一区和所述半导体衬底层之间；对所述初始介质膜的第一区进行刻蚀，使所述第一区形成所述光栅层，使所述第二区形成所述相位匹配层。
在一个实施例中，形成所述初始介质膜的工艺包括等离子体增强化学气相沉积工艺。
在一个实施例中，所述初始介质膜的材料包括的氮化硅。
在一个实施例中，形成所述光栅层的工艺包括干涉光刻工艺。
参考图9，形成所述光栅层5之后，去除所述临时衬底100。同时去除所述键合胶层101以形成所述垂直腔面发射半导体发光结构。
本实施例提供的垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法与常规VCSEL垂直工艺兼容，流程简单，适合用于VCSEL相控阵雷达、VCSEL全息投影等阵列光源产品化。
关于本实施例与前一实施例相同的部分，不再详述。
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 (14)

1.一种垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，包括：
半导体衬底层；
位于所述半导体衬底层上的第一布拉格反射镜；
位于所述第一布拉格反射镜背向所述半导体衬底层一侧的有源层；
位于所述有源层背向所述第一布拉格反射镜一侧的第二布拉格反射镜，所述第二布拉格反射镜的反射率大于所述第一布拉格反射镜的反射率；
位于所述第二布拉格反射镜、有源层和所述第一布拉格反射镜中的若干开口，相邻的开口之间构成发光柱，所述发光柱的数量为若干个；
光栅层，所述光栅层位于所述半导体衬底层背向所述第一布拉格反射镜的一侧，所述光栅层至少位于若干个发光柱的底部以及相邻的发光柱之间区域的底部。
2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，所述光栅层中的栅缝的宽度与所述光栅层中相邻的栅缝之间的间距之和为m/n，n为所述光栅层的折射率，m为所述垂直腔面发射半导体发光结构发出的光的半波长的整数倍。
3.根据权利要求1或2所述的垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，所述光栅层中的栅缝的宽度为3m/8-3m/4，m为所述垂直腔面发射半导体发光结构发出的光的半波长的整数倍。
4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，还包括：相位匹配层，所述相位匹配层位于所述半导体衬底层与所述光栅层之间。
5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，若干开口分为第二开口和若干个第一开口，所述第二开口与第一开口间隔；第一开口位于所述第二布拉格反射镜、有源层和部分所述第一布拉格反射镜中；所述第二开口位于所述第一布拉格反射镜、有源层、第二布拉格反射镜和部分所述半导体衬底层中；相邻的第一开口之间、以及第一开口和所述第二开口之间定义出所述若干个发光柱。
6.根据权利要求5所述的垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，还包括：位于所述第二开口的底部区域覆盖所述半导体衬底层的第一电极；
位于所述发光柱中的所述第二布拉格反射镜背向所述半导体衬底层的一侧的第二电极。
7.根据权利要求6所述的垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，还包括：位于所述第二开口底部的半导体衬底层的表面的第一欧姆接触层；所述第一电极还覆盖所述第一欧姆接触层；
位于所述发光柱中的所述第二布拉格反射镜背向所述半导体衬底层的一侧表面的第二欧姆接触层；所述第二电极还覆盖所述第二欧姆接触层。
8.一种垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底层；
在所述半导体衬底层上形成第一布拉格反射镜；
在所述第一布拉格反射镜背向所述半导体衬底层的一侧形成有源层；
在所述有源层背向所述第一布拉格反射镜的一侧形成第二布拉格反射镜，所述第二布拉格反射镜的反射率大于所述第一布拉格反射镜的反射率；
在所述第二布拉格反射镜、有源层和第一布拉格反射镜中形成若干开口，相邻的开口之间构成发光柱，所述发光柱的数量为若干个；
在所述半导体衬底层背向所述第一布拉格反射镜的一侧形成光栅层，所述光栅层至少位于若干个发光柱的底部以及相邻的发光柱之间区域的底部。
9.根据权利要求8所述的垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法，其特征在于，还包括：形成相位匹配层，所述相位匹配层位于所述光栅层和所述半导体衬底层之间。
10.根据权利要求9所述的垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法，其特征在于，形成所述光栅层和所述相位匹配层的步骤包括：在所述半导体衬底层背向所述有源层的一侧表面形成初始介质膜，所述初始介质膜包括第一区和第二区，所述第二区位于所述第一区和所述半导体衬底层之间；对所述初始介质膜的第一区进行刻蚀，使所述第一区形成所述光栅层，使所述第二区形成所述相位匹配层。
11.根据权利要求8所述的垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法，其特征在于，在所述第二布拉格反射镜、有源层和第一布拉格反射镜中形成若干开口的步骤包括：在所述第二布拉格反射镜、有源层和部分所述第一布拉格反射镜中形成若干个第一开口；在所述第一布拉格反射镜、有源层、第二布拉格反射镜和部分半导体衬底层中形成与所述第一开口间隔的第二开口；在相邻的第一开口之间、以及第一开口和所述第二开口之间定义出若干个发光柱。
12.根据权利要求11所述的垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法，其特征在于，还包括：在所述第二开口的底部区域形成覆盖所述半导体衬底层的第一电极；
在所述发光柱中的所述第二布拉格反射镜背向所述半导体衬底层的一侧形成第二电极。
13.根据权利要求12所述的垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法，其特征在于，还包括：在形成第一电极之前，在所述第二开口底部的半导体衬底层的表面形成第一欧姆接触层；在形成第二电极之前，在所述发光柱中的所述第二布拉格反射镜背向所述半导体衬底层的一侧表面形成第二欧姆接触层。
14.根据权利要求12所述的垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法，其特征在于，还包括：形成所述第一电极和所述第二电极之后，形成所述光栅层之前，在所述第一开口中、第二开口中、以及第二布拉格反射镜和第二电极背离所述半导体衬底层的一侧形成键合胶层；
提供临时衬底，形成所述键合胶层之后，将所述键合胶层键合到所述临时衬底上；将所述键合胶层键合到所述临时衬底上之后，形成所述光栅层之前，对所述半导体衬底层进行减薄处理；形成所述光栅层之后，去除所述临时衬底。
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