CN115986562B - 高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件及制备方法，半导体发光器件包括：第一电流限制层至第M电流限制层，第m电流限制层位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间；当M为偶数时，第一电流限制层的绝缘区宽度至第M/2电流限制层的绝缘区宽度递减，第（M/2）+1电流限制层的绝缘区宽度至第M电流限制层的绝缘区宽度递增；当M为奇数时，第一电流限制层的绝缘区宽度至第（M+1）/2电流限制层的绝缘区宽度递减，第（M+1）/2电流限制层的绝缘区宽度至第M电流限制层的绝缘区宽度递增。同时实现高功率和低发散角。

Description

高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件及制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件及制备方法。

背景技术

随着无人驾驶技术的快速发展，激光雷达技术越来越备受大家关注，而全固态的激光雷达也将是未来发展的大势所趋。垂直腔面发射激光器是实现全固态激光雷达的最具前景的光源。但垂直腔面发射激光器由于其具有较小的增益体积使得发射功率一直受到限制，多结级联垂直腔面发射激光器可使得激光增益获得成倍的增长使得垂直腔面发射激光器作为激光雷达成为可能。而限制其应用于激光雷达使用还有另一个核心指标就是发散角。研制高功率低发散角的多结级联垂直腔面发射激光器是实现长距离高精度探测的必要条件。为了实现更高的功率需要级联更高的结数，而为了降低发散角则通常需要抑制高阶模激发，如在表面制备微结构，在上反射层中进行杂质扩散等，这些方法通常都是增加高阶模损耗，从而抑制高阶模激射来实现更低的发散角。因为引入了更多的损耗，导致这类方法制备的器件功率较低，且随着工作电流增加，高阶模仍然会激射，这些方法的制作工艺流程也非常复杂。而对于多结级联垂直腔面发射激光器，腔长随之增加，增强光场限制有助于获得更多的增益从而实现更高的功率输出，而强的光场限制也将会导致更多的高阶模式工作使得器件发散角增加。因此，要同时实现高功率和低发散角变得非常困难。

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无法同时实现高功率和低发散角的问题，从而提供一种高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件及制备方法。

本发明提供一种高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件，包括：半导体衬底层；位于所述半导体衬底层上自下至上依次排布的第一有源层至第N有源层，N为大于或等于3的整数；第一隧道结至第N-1隧道结，任意的第n-1隧道结位于第n-1有源层和第n有源层之间；n为大于或等于2且小于或等于N的整数；第一电流限制层至第M电流限制层，在半导体衬底层上自下至上分布，第一电流限制层位于第一有源层和第一隧道结之间，第M电流限制层位于第N有源层背离半导体衬底层的一侧，第m电流限制层位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间；M为大于或等于3且小于或等于N的整数；m为大于或等于2且小于或等于M-1的整数，n_t为大于或等于2且小于或等于N-1的整数，n_t的取值随着m的取值的增加而增加；当M为偶数时，第一电流限制层的绝缘区宽度至第M/2电流限制层的绝缘区宽度递减，第（M/2）+1电流限制层的绝缘区宽度至第M电流限制层的绝缘区宽度递增；当M为奇数时，第一电流限制层的绝缘区宽度至第（M+1）/2电流限制层的绝缘区宽度递减，第（M+1）/2电流限制层的绝缘区宽度至第M电流限制层的绝缘区宽度递增。

可选的，M为偶数，第M/2电流限制层的绝缘区宽度和第（M/2）+1电流限制层的绝缘区宽度相同。

可选的，M为偶数；当N为偶数时，第M/2电流限制层位于第N/2有源层和第N/2隧道结之间，第（M/2）+1电流限制层位于第（N/2）+1有源层和第（N/2）+1隧道结之间；当N为奇数时，第M/2电流限制层位于第（N+1）/2有源层和第（N+1）/2隧道结之间或位于第（N-1）/2有源层和第（N-1）/2隧道结之间。

可选的，M为奇数；当N为奇数时，第（M+1）/2电流限制层位于第（N+1）/2有源层和第（N+1）/2隧道结之间；当N为偶数时，第（M+1）/2电流限制层位于第（N+1）/2有源层和第（N+1）/2隧道结之间或位于第N/2有源层和第N/2隧道结之间。

可选的，第二电流限制层至第M-1电流限制层中任意一层电流限制层的绝缘区宽度与第一电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%，第二电流限制层至第M-1电流限制层中任意一层电流限制层的绝缘区宽度与第M电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%。

可选的，还包括：位于所述半导体衬底层和第一有源层之间的第一布拉格反射层；位于第M电流限制层背离所述半导体衬底层一侧的第二布拉格反射层；位于第二布拉格反射层背离半导体衬底层一侧的电极环；第二电流限制层至第M-1电流限制层的绝缘区的平均宽度小于所述电极环的宽度。

可选的，任意的第m’电流限制层与第m’-1电流限制层之间设置有第n1有源层至第n2有源层，n2为大于2且小于或等于N的整数，n1为大于或等于2且小于N的整数，n2大于n1，且n2-n1的差值大于或等于3，m’为大于或等于2且小于或等于M的整数。

可选的，对于位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间的第m电流限制层，第m电流限制层与第n_t有源层之间的高度小于或等于2*λ，λ为高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件发射光的中心波长；第M电流限制层与第N有源层的高度小于或等于2*λ，第一电流限制层与第一有源层的高度小于或等于2*λ。

可选的，当N为奇数时，第N有源层中电流的增益面积与第（N+1）/2有源层中的电流的增益面积之差除以第N有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%，第一有源层中电流的增益面积与第（N+1）/2有源层中的电流的增益面积之差除以第一有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%；当N为偶数时，第N有源层中电流的增益面积与第（N/2）+1有源层中的电流的增益面积之差除以第N有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%，第一有源层中电流的增益面积与第N/2有源层中的电流的增益面积之差除以第一有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%。

可选的，对于第二电流限制层至第M-1电流限制层之间的任意一个第m电流限制层，第m电流限制层包括自下至上依次层叠的第m下限制子层、第m主电流限制层和第m上限制子层，所述第m上限制子层的厚度和第m下限制子层的厚度均小于第m主电流限制层的厚度，第m上限制子层的厚度小于或等于3nm，第m下限制子层的厚度小于或等于3nm；第m上限制子层的致密度和第m下限制子层的致密度均大于第m主电流限制层的致密度。

本发明还提供一种高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件的制备方法，包括：提供半导体衬底层；在所述半导体衬底层上自下至上依次形成第一有源层至第N有源层，N为大于或等于3的整数；形成第一隧道结至第N-1隧道结，形成任意的第n-1隧道结的步骤为：在形成第n-1有源层之后、且在形成第n有源层之前形成第n-1隧道结；n为大于或等于2且小于或等于N的整数；在半导体衬底层上自下至上依次形成第一电流限制层至第M电流限制层，第一电流限制层位于第一有源层和第一隧道结之间，第M电流限制层位于第N有源层背离半导体衬底层的一侧，第m电流限制层位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间；M为大于或等于3且小于或等于N的整数；m为大于或等于2且小于或等于M-1的整数，n_t为大于或等于2且小于或等于N-1的整数，n_t的取值随着m的取值的增加而增加；当M为偶数时，第一电流限制层的绝缘区宽度至第M/2电流限制层的绝缘区宽度递减，第（M/2）+1电流限制层的绝缘区宽度至第M电流限制层的绝缘区宽度递增；当M为奇数时，第一电流限制层的绝缘区宽度至第（M+1）/2电流限制层的绝缘区宽度递减，第（M+1）/2电流限制层的绝缘区宽度至第M电流限制层的绝缘区宽度递增。

可选的，在半导体衬底层上自下至上依次形成第一电流限制层至第M电流限制层的方法包括：在半导体衬底层上自下至上依次形成第一初始电流限制层至第M初始电流限制层，第一初始电流限制层位于第一有源层和第一隧道结之间，第M初始电流限制层位于第N有源层背离半导体衬底层的一侧，第m初始电流限制层位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间，当M为偶数时，第一初始电流限制层中的铝含量至第M/2初始电流限制层中的铝含量递减，第（M/2）+1初始电流限制层中的铝含量至第M初始电流限制层中的铝含量递增；当M为奇数时，第一初始电流限制层中的铝含量至第（M+1）/2初始电流限制层中的铝含量递减，第（M+1）/2初始电流限制层中的铝含量至第M初始电流限制层中的铝含量递增；刻蚀第一有源层至第N有源层、第一隧道结至第N-1隧道结、第一初始电流限制层至第M初始电流限制层，形成发光柱；从所述发光柱的侧壁对部分第一初始电流限制层至部分第M初始电流限制层进行氧化，使第一初始电流限制层至第M初始电流限制层形成分别对应形成第一电流限制层至第M电流限制层。

可选的，形成任意的第m初始电流限制层的步骤包括：自下至上依次形成层叠的第m初始下限制子层、第m初始主电流限制层和第m初始上限制子层，所述第m初始上限制子层的厚度和第m初始下限制子层的厚度均小于第m初始主电流限制层的厚度，第m初始下限制子层中的铝含量和第m初始上限制子层中的铝含量均大于第m初始主电流限制层中的铝含量；对第m初始电流限制层进行氧化、使第m初始电流限制层形成第m电流限制层的过程为：对第m初始下限制子层、第m初始主电流限制层和第m初始上限制子层进行氧化，使第m初始下限制子层形成第m下限制子层，使第m初始主电流限制层形成第m主电流限制层，使第m初始上限制子层形成第m上限制子层；第m上限制子层的厚度小于或等于3nm，第m下限制子层的厚度小于或等于3nm；第m上限制子层的致密度和第m下限制子层的致密度均大于第m主电流限制层的致密度。

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高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件，采用第一隧道结至第N-1隧道结连接第一有源层至第N有源层实现多结垂直腔面发射，由于其级联结数的增加，腔长也随之增加，由于设置了第一电流限制层和第M电流限制层，第一电流限制层和第M电流限制层的绝缘区宽度均较大，使得电流增益集中在出光方向中心轴的附近，增强了对电流的限制和光场限制，从而实现高功率的光输出。其次，第二电流限制层至第M电流限制层也能起到对电流的一定程度的限制使得电流不往边沿继续扩散。其次，第二电流限制层至第M电流限制层的绝缘区宽度较短，降低了对光场的限制能力，能提高让高阶模光泄露能力，这样实现了低发散角的光输出。综上，同时实现了低发散角和高功率。

另外，高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件仅从外延结构进行改变，制造过程不需要引入新的工艺或者结构设计，也不需要通过外部器件的调控，真正实现了一站式外延生长即可实现高功率低发散角的性能。

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高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件，通过对横向光场进行差异化设计使得多结的半导体发光器件既能在长的谐振腔中进行电流限制和光场限制，同时多横向高阶模式进行调控从而实现高功率的输出功率和低的发散角。

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

本实施例提供一种高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件，包括：

半导体衬底层；

位于所述半导体衬底层上自下至上依次排布的第一有源层至第N有源层，N为大于或等于3的整数；

第一隧道结至第N-1隧道结，任意的第n-1隧道结位于第n-1有源层和第n有源层之间；n为大于或等于2且小于或等于N的整数；

第一电流限制层至第M电流限制层，在半导体衬底层上自下至上分布，第一电流限制层位于第一有源层和第一隧道结之间，第M电流限制层位于第N有源层背离半导体衬底层的一侧，第m电流限制层位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间；M为大于或等于3且小于或等于N的整数；m为大于或等于2且小于或等于M-1的整数，n_t为大于或等于2且小于或等于N-1的整数，n_t的取值随着m的取值的增加而增加；

当M为偶数时，第一电流限制层的绝缘区宽度至第M/2电流限制层的绝缘区宽度递减，第（M/2）+1电流限制层的绝缘区宽度至第M电流限制层的绝缘区宽度递增；当M为奇数时，第一电流限制层的绝缘区宽度至第（M+1）/2电流限制层的绝缘区宽度递减，第（M+1）/2电流限制层的绝缘区宽度至第M电流限制层的绝缘区宽度递增。

本实施例中，采用第一隧道结至第N-1隧道结连接第一有源层至第N有源层实现多结垂直腔面发射，由于其级联结数的增加，腔长也随之增加，由于设置了第一电流限制层和第M电流限制层，第一电流限制层和第M电流限制层的绝缘区宽度均较大，使得电流增益集中在出光方向中心轴的附近，增强了对电流的限制和光场限制，从而实现高功率低阈值的激光输出。其次，第二电流限制层至第M电流限制层也能起到对电流的一定程度的限制使得电流不往边沿继续扩散。其次，第二电流限制层至第M电流限制层的绝缘区宽度较短，降低了对光场的限制能力，能提高让高阶模光泄露能力，这样实现了低发散角的光输出。综上，同时实现了低发散角和高功率。

另外，高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件仅从外延结构进行改变，制造过程不需要引入新的工艺或者结构设计，也不需要通过外部器件的调控，真正实现了一站式外延生长即可实现高功率低发散角的性能。

需要说明的是，相对于全部设置具有较宽的绝缘区宽度的电流限制层，本实施例的阈值电流对有所增加，但是目前激光雷达应用场景所使用的电流条件都超过阈值电流数十倍，因此阈值电流的变化对功率的影响非常的小。同时因为雷达应用时采用短脉冲工作条件，因此需要使得工作电流非常高来实现高功率输出，高的电流驱动如不采取电流限制也会使得电流从边界泄露。本实施例中，第二电流限制层至第M-1电流限制层实现了电流限制和光场的弱限制。

第二电流限制层至第M-1电流限制层的内侧壁附近的应力场远离高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件的中心轴，第二电流限制层至第M-1电流限制层的内侧壁附近的光场强度较小，该位置处强度较小的光场对第二电流限制层至第M-1电流限制层的内侧壁附近的材料的影响较小，降低第二电流限制层至第M-1电流限制层的内侧壁附近的缺陷，从而提供器件性能可靠性。

参考图1，以N为4为示例，高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件包括：半导体衬底层2；第一有源层至第N有源层分别为第一有源层5、第二有源层11、第三有源层17和第四有源层23；第一隧道结至第N-1隧道结分别为第一隧道结9、第二隧道结15和第三隧道结21，第一隧道结9位于第一有源层5和第二有源层11之间，第二隧道结15位于第二有源层11和第三有源层17之间，第三隧道结21位于第三有源层17和第四有源层23之间。

本实施例中，高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件还包括：位于半导体衬底层2和第一有源层5之间的第一布拉格反射层3；位于第M电流限制层背离所述半导体衬底层2一侧的第二布拉格反射层26；位于第二布拉格反射层26背离半导体衬底层2一侧的电极环28；位于半导体衬底层2背离第一布拉格反射层3一侧的背电极层1；位于电极环28和第二布拉格反射层26之间的欧姆接触层27。

本实施例中，高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件还包括：位于第一有源层5和第一布拉格反射层3之间的第一波导结构4；第n-1有源层和第n-1隧道结之间的第2n-2波导结构；位于第n-1隧道结和第n有源层之间的2n-1波导结构；位于第N有源层和第二布拉格反射层26之间的第2N波导结构。当N为4时，参考图1，高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件还包括：位于第一有源层5和第一布拉格反射层3之间的第一波导结构4；位于第一有源层5和第一隧道结9之间的第二波导结构；位于第一隧道结9和第二有源层11之间的第三波导结构10；位于第二有源层11和第二隧道结15之间的第四波导结构；位于第二隧道结15和第三有源层17之间的第五波导结构16；位于第三有源层17和第三隧道结21之间的第六波导结构；位于第三隧道结21和第四有源层23之间的第七波导结构22；位于第四有源层23和第二布拉格反射层26之间的第八波导结构24。

M为大于或等于3且小于或等于N的整数，图1以N等于M为示例，当N为4时，M也为4。参考图1，第一电流限制层至第M电流限制层分别为第一电流限制层7、第二电流限制层13、第三电流限制层19和第四电流限制层25；第一电流限制层7位于第一有源层5和第一隧道结9之间，第二电流限制层13位于第二有源层11和第二隧道结15之间，第三电流限制层19位于第三有源层17和第三隧道结21之间，第四电流限制层25位于第四有源层23背离半导体衬底层2的一侧。第一电流限制层7的绝缘区宽度至第二电流限制层13的绝缘区宽度递减，第三电流限制层19的绝缘区宽度至第四电流限制层25的绝缘区宽度递增。

需要说明的是，在其他实施例中，M小于N。

第一电流限制层7位于第一有源层5和第一隧道结9之间，相应的，第二波导结构包括第二下波导层6和第二上波导层8，第二上波导层8位于第二下波导层6背离半导体衬底层2的一侧，第一电流限制层7位于第二下波导层6和第二上波导层8之间。第M电流限制层位于第2N波导结构和第二布拉格反射层之间。当M为4，N为4时，第四电流限制层25位于第八波导结构24和第二布拉格反射层26之间。

第m电流限制层位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间。对于第n_t有源层和第n_t隧道结之间的第2n_t波导结构，第2n_t波导结构包括第2n_t下波导层和第2n_t上波导层，第2n_t上波导层位于第2n_t下波导层背离半导体衬底层的一侧；第m电流限制层位于第2n_t上波导层和2n_t下波导层之间。参考图1，对于位于第二有源层11和第二隧道结15之间的第四波导结构，第四波导结构包括第四下波导层12和第四上波导层14。当第二电流限制层13位于第二有源层11和第二隧道结15之间时，第二电流限制层13位于第四下波导层12和第四上波导层14之间；对于第三有源层17和第三隧道结21之间的第六波导结构，第六波导结构包括第六下波导层18和第六上波导层20；当第三电流限制层19位于第三有源层17和第三隧道结21之间时，第三电流限制层19位于第六下波导层18和第六上波导层20之间。

在一个实施例中，第二电流限制层至第M-1电流限制层的绝缘区的平均宽度小于所述电极环的宽度。这样设置的好处在于：减弱第二电流限制层至第M-1电流限制层对光场的限制，使得高阶模式光的泄露能力提高。参考图1，第二电流限制层13和第三电流限制层19的绝缘区的平均宽度小于电极环的宽度。进一步的，第二电流限制层的绝缘区宽度至第M-1电流限制层的绝缘区宽度均分别小于电极环28的宽度。

在一个实施例中，第一电流限制层和第M电流限制层的绝缘区宽度均大于电极环的宽度，好处在于：提高第一电流限制层和第M电流限制层对电流的限制能力，增加功率。参考图1，第一电流限制层7的绝缘区宽度大于电极环28的宽度，第四电流限制层25的绝缘区宽度大于电极环28的宽度。

第一电流限制层的绝缘区宽度和第M电流限制层的绝缘区宽度相同或不同。当第一电流限制层的绝缘区宽度和第M电流限制层的绝缘区宽度相同时，好处在于：对第一电流限制层的绝缘区宽度和第M电流限制层之间的有源层的电流扩散进行很好的限制，不至于降低电流利用率。参考图1，M等于4，第一电流限制层7的绝缘区宽度和第四电流限制层25的绝缘区宽度相同。

在一个实施例中，第一电流限制层7的绝缘区宽度为3微米至20微米，例如3微米、5微米、8微米、10微米、12微米、15微米、18微米或20微米，第M电流限制层的绝缘区宽度为3微米至20微米，例如3微米、5微米、8微米、10微米、12微米、15微米、18微米或20微米。

第二电流限制层至第M-1电流限制层中任意一层电流限制层的绝缘区宽度与第一电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%，第二电流限制层至第M-1电流限制层中任意一层电流限制层的绝缘区宽度与第M电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%。好处在于：减弱第二电流限制层至第M-1电流限制层对光场的限制，使得高阶模式光的泄露能力提高。参考图1，M等于4，第二电流限制层13的绝缘区宽度与第一电流限制层7的绝缘区宽度之比小于或等于50%，第三电流限制层19的绝缘区宽度与第一电流限制层7的绝缘区宽度之比小于或等于50%，第二电流限制层13的绝缘区宽度与第四电流限制层25的绝缘区宽度之比小于或等于50%，第三电流限制层19的绝缘区宽度与第四电流限制层25的绝缘区宽度之比小于或等于50%。

在一个实施例中，对于位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间的第m电流限制层，第m电流限制层与第n_t有源层之间的高度小于或等于2*λ，λ为高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件发射光的中心波长；第M电流限制层与第N有源层的高度小于或等于2*λ，第一电流限制层与第一有源层的高度小于或等于2*λ。好处在于：提高第m电流限制层对第n_t有源层中电流的限制能力。参考图1，第一电流限制层7与第一有源层5之间的高度小于或等于2*λ，第二电流限制层13与第二有源层11之间的高度小于或等于2*λ，第三电流限制层19与第三有源层17之间的高度小于或等于2*λ；第四电流限制层25和第四有源层23之间的高度小于或等于2*λ。

当M为偶数，N为偶数时，第M/2电流限制层位于第N/2有源层和第N/2隧道结之间，第（M/2）+1电流限制层位于第（N/2）+1有源层和第（N/2）+1隧道结之间。在这种情况下，M等于N或者不等于N均适用。参考图1，M为4，N为4，第二电流限制层13位于第二有源层11和第二隧道结之间，第三电流限制层位于第三有源层和第三隧道结之间。

在一个实施例中，M为偶数，第一电流限制层的绝缘区宽度至第M/2电流限制层的绝缘区宽度递减，第（M/2）+1电流限制层的绝缘区宽度至第M电流限制层的绝缘区宽度递增。参考图1，当M为4时，第一电流限制层7的绝缘区宽度至第二电流限制层13的绝缘区宽度递减，第三电流限制层19的绝缘区宽度至第四电流限制层25的绝缘区宽度递增。

在一个实施例中，当M为偶数时，第M/2电流限制层的绝缘区宽度和第（M/2）+1电流限制层的绝缘区宽度相同。好处在于，相同的宽度有利于邻近有源区的发光限制保持一致，在横向模式振荡时候变化较小。参考图1，当M为4时，第二电流限制层13的绝缘区宽度和第三电流限制层19的绝缘区宽度相同。

在其他实施例中，当M为偶数时，第M/2电流限制层的绝缘区宽度和第（M/2）+1电流限制层的绝缘区宽度不同。

在一个实施例中，当N为偶数时，第N有源层中电流的增益面积与第（N/2）+1有源层中的电流的增益面积之差除以第N有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%，第一有源层中电流的增益面积与第N/2有源层中的电流的增益面积之差除以第一有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%。这样对电流进行有效限制的同时不让其产生更大的光场限制，更好的解决了实现高功率和低发散角不能同时实现的矛盾。参考图1，N等于4时，第四有源层中的电流的增益面积与第三有源层中的电流的增益面积之差除以第四有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%，第一有源层中电流的增益面积与第二有源层中的电流的增益面积之差除以第一有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%。

第一电流限制层、第M电流限制层、以及任意的第m电流限制层均包括中心区和包围中心区的绝缘区，绝缘区的材料为氧化硅，中心区的材料为未氧化的半导体材料，例如为AsAlGaIn。

在一个实施例中，M为偶数时，第M/2电流限制层的绝缘区宽度为1微米至10微米，例如1微米、3微米、5微米、6微米、8微米或10微米，第（M/2）+1电流限制层的绝缘区宽度为1微米至10微米，例如1微米、3微米、5微米、6微米、8微米或10微米。好处在于：第M/2电流限制层的绝缘区宽度大于或等于1微米，使得第M/2电流限制层对电流的限制能力较好，第（M/2）+1电流限制层的绝缘区宽度大于或等于1微米，使得第（M/2）+1电流限制层对电流的限制能力较好。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：M为偶数，N为奇数，第M/2电流限制层位于第（N+1）/2有源层和第（N+1）/2隧道结之间或位于第（N-1）/2有源层和第（N-1）/2隧道结之间。

例如，在一个实施例中，当N为5，M为4时，高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件包括：半导体衬底层；位于半导体衬底层上自下至上依次排布的第一有源层、第二有源层、第三有源层、第四有源层和第五有源层；第一隧道结，位于第一有源层和第二有源层之间；第二隧道结，位于第二有源层和第三有源层之间；第三隧道结，位于第三有源层和第四有源层之间；第四隧道结，位于第四有源层和第五有源层之间；第一电流限制层至第四电流限制层，第一电流限制层位于第一有源层和第一隧道结之间，第四电流限制层位于第五有源层背离半导体衬底层的一侧，第二电流限制层位于第三有源层和第三隧道结之间或者位于第二有源层和第二隧道结之间。

在一个实施例中，M为偶数，N为奇数，第(M/2)+1电流限制层位于第（N+3）/2有源层和第（N+3）/2隧道结之间或位于第（N+1）/2有源层和第（N+1）/2隧道结之间。例如，当N为5，M为4时，第三电流限制层位于第四有源层和第四隧道结之间或位于第三有源层和第三隧道结之间。

当M为偶数，N为奇数，第M/2电流限制层位于第（N+1）/2有源层和第（N+1）/2隧道结之间时，第(M/2)+1电流限制层位于第（N+3）/2有源层和第（N+3）/2隧道结之间，第M/2电流限制层位于第（N-1）/2有源层和第（N-1）/2隧道结之间时，第(M/2)+1电流限制层位于第（N+1）/2有源层和第（N+1）/2隧道结之间。

在一个实施例中，第二电流限制层至第M-1电流限制层中任意一层电流限制层的绝缘区宽度与第一电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%，第二电流限制层至第M-1电流限制层中任意一层电流限制层的绝缘区宽度与第M电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%。例如，当M为4时，第二电流限制层的绝缘区宽度与第一电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%，第三电流限制层的绝缘区宽度与第一电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%，第二电流限制层的绝缘区宽度与第四电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%，第三电流限制层的绝缘区宽度与第四电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%。

在一个实施例中，对于位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间的第m电流限制层，第m电流限制层与第n_t有源层之间的高度小于或等于2*λ，λ为高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件发射光的中心波长；第M电流限制层与第N有源层的高度小于或等于2*λ，第一电流限制层与第一有源层的高度小于或等于2*λ。当M等于4时，第一电流限制层与第一有源层之间的高度小于或等于2*λ，第二电流限制层与第二有源层之间的高度小于或等于2*λ，第三电流限制层与第三有源层之间的高度小于或等于2*λ；第四电流限制层和第四有源层之间的高度小于或等于2*λ。

当N为奇数时，第N有源层中电流的增益面积与第（N+1）/2有源层中的电流的增益面积之差除以第N有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%，第一有源层中电流的增益面积与第（N+1）/2有源层中的电流的增益面积之差除以第一有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%。好处在于：这样对电流进行有效限制的同时不让其产生更大的光场限制，更好的解决了实现高功率和低发散角不能同时实现的矛盾。当N为5时，第五有源层中的电流的增益面积与第三有源层中的电流的增益面积之差除以第五有源层中的电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%，第一有源层中的电流的增益面积与第三有源层中的电流的增益面积之差除以第一有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%。

本实施例中，还包括：第一波导结构、第2n-2波导结构和第2N波导结构，对于第n_t有源层和第n_t隧道结之间的第2n_t波导结构，第2n_t波导结构包括第2n_t下波导层和第2n_t上波导层，第2n_t上波导层位于第2n_t下波导层背离半导体衬底层的一侧；第m电流限制层位于第2n_t上波导层和2n_t下波导层之间。关于这些结构的描述参照实施例1的描述，不再详述。

关于本实施例与实施例1相同的部分，不再详述。

实施例3

本实施例中，M为奇数，N为奇数；第（M+1）/2电流限制层位于第（N+1）/2有源层和第（N+1）/2隧道结之间。

第一电流限制层的绝缘区宽度至第（M+1）/2电流限制层的绝缘区宽度递减，第（M+1）/2电流限制层的绝缘区宽度至第M电流限制层的绝缘区宽度递增。

M等于N或小于N。

参考图2，N为7，M为5，高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件包括：半导体衬底层201；位于半导体衬底层201上自下至上依次排布的第一有源层50、第二有源层110、第三有源层170、第四有源层210、第五有源层270、第六有源层310和第七有源层370；第一隧道结90，位于第一有源层50和第二有源层110之间；第二隧道结150，位于第二有源层110和第三有源层170之间；第三隧道结190，位于第三有源层170和第四有源层210之间；第四隧道结250，位于第四有源层210和第五有源层270之间；第五隧道结290，位于第五有源层270和第六有源层310之间；第六隧道结350，位于第六有源层310和第七有源层370之间；第一电流限制层70至第五电流限制层390，第一电流限制层70位于第一有源层50和第一隧道结90之间，第五电流限制层390位于第七有源层370背离半导体衬底层201的一侧，第三电流限制层230位于第四有源层210和第四隧道结250之间；第二电流限制层130位于第二有源层110和第二隧道结150之间，第四电流限制层330位于第六有源层310和第六隧道结350之间。

第一电流限制层70的绝缘区宽度至第三电流限制层230的绝缘区宽度递减，第三电流限制层230的绝缘区宽度至第五电流限制层390的绝缘区宽度递增。

需要说明的是，在其他实施例中，第二电流限制层位于第三有源层和第三隧道结之间，第四电流限制层位于第五有源层和第五隧道结之间。

参考图2，高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件还包括：第二布拉格反射层400；第一布拉格反射层30；位于第二布拉格反射层400背离半导体衬底层201一侧的电极环420；位于半导体衬底层201背离第一布拉格反射层30一侧表面的背电极层100；位于电极环420和第二布拉格反射层400之间的欧姆接触层410。

本实施例中，还包括：第一波导结构、第2n-2波导结构和第2N波导结构，对于第n_t有源层和第n_t隧道结之间的第2n_t波导结构，第2n_t波导结构包括第2n_t下波导层和第2n_t上波导层，第2n_t上波导层位于第2n_t下波导层背离半导体衬底层的一侧；第m电流限制层位于第2n_t上波导层和2n_t下波导层之间。参考图2，第一波导结构40位于第一有源层50和第一布拉格反射层30之间；第二波导结构位于第一有源层50和第一隧道结90之间，第三波导结构100位于第一隧道结90和第二有源层110之间，第四波导结构位于第二有源层110和第二隧道结150之间，第五波导结构160位于第二隧道结150和第三有源层170之间，第六波导结构180位于第三有源层170和第三隧道结190之间，第七波导结构200位于第三隧道结190和第四有源层210之间，第八波导结构位于第四有源层210和第四隧道结250之间，第九波导结构260位于第四隧道结250和第五有源层270之间，第十波导结构280位于第五有源层270和第五隧道结290之间，第十一波导结构300位于第五隧道结290和第六有源层310之间，第十二波导结构位于第六有源层310和第六隧道结350之间，第十三波导结构360位于第六隧道结350和第七有源层370之间；第十四波导结构380位于第七有源层370和第二布拉格反射层400之间。

参考图2，第一电流限制层70位于第一有源层50和第一隧道结90之间，相应的，第二波导结构包括第二下波导层60和第二上波导层80，第二上波导层80位于第二下波导层60背离半导体衬底层201的一侧，第一电流限制层70位于第二下波导层60和第二上波导层80之间。第M电流限制层位于第2N波导结构和第二布拉格反射层之间，参考图2，N为7，M为5，第五电流限制层390位于第十四波导结构380和第二布拉格反射层400之间。

第m电流限制层位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间。对于第n_t有源层和第n_t隧道结之间的第2n_t波导结构，第2n_t波导结构包括第2n_t下波导层和第2n_t上波导层，第2n_t上波导层位于第2n_t下波导层背离半导体衬底层的一侧；第m电流限制层位于第2n_t上波导层和2n_t下波导层之间。参考图2，对于第二有源层110和第二隧道结150之间的第四波导结构，第四波导结构包括第四下波导层120和第四上波导层140。当第二电流限制层130位于第二有源层110和第二隧道结150之间时，第二电流限制层130位于第四下波导层120和第四上波导层140之间；对于第四有源层210和第四隧道结250之间的第八波导结构，第八波导结构包括第八下波导层220和第八上波导层240。当第三电流限制层230位于第四有源层210和第四隧道结250之间时，第三电流限制层230位于第八下波导层220和第八上波导层240之间。对于位于第六有源层310和第六隧道结350之间的第十二波导结构，第十二波导结构包括第十二下波导层320和第十二上波导层340，第四电流限制层330位于第十二下波导层320和第十二上波导层340之间。在一个实施例中，第二电流限制层至第M-1电流限制层中任意一层电流限制层的绝缘区宽度与第一电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%，第二电流限制层至第M-1电流限制层中任意一层电流限制层的绝缘区宽度与第M电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%。例如，当M为5时，第二电流限制层的绝缘区宽度与第一电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%，第三电流限制层的绝缘区宽度与第一电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%，第四电流限制层的绝缘区宽度与第一电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%，第二电流限制层的绝缘区宽度与第五电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%，第三电流限制层的绝缘区宽度与第五电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%，第四电流限制层的绝缘区宽度与第五电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%。

在一个实施例中，第二电流限制层至第M-1电流限制层的绝缘区的平均宽度小于电极环的宽度。参考图2，当M为5时，第二电流限制层、第三电流限制层和第四电流限制层的绝缘区的平均宽度小于电极环的宽度。

在一个实施例中，对于位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间的第m电流限制层，第m电流限制层与第n_t有源层之间的高度小于或等于2*λ，λ为高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件发射光的中心波长；第M电流限制层与第N有源层的高度小于或等于2*λ，第一电流限制层与第一有源层的高度小于或等于2*λ。当M等于5时，参考图2，第一电流限制层与第一有源层之间的高度小于或等于2*λ，第三电流限制层与第四有源层之间的高度小于或等于2*λ，第五电流限制层和第七有源层之间的高度小于或等于2*λ。当第二电流限制层位于第二有源层和第二隧道结之间时，第二电流限制层至第二有源层之间的高度小于或等于2*λ；当第四电流限制层位于第六有源层和第六隧道结之间时，第四电流限制层至第六有源层之间的高度小于或等于2*λ。

需要说明的是，当第二电流限制层位于第三有源层和第三隧道结之间时，第二电流限制层至第三有源层之间的高度小于或等于2*λ；当第四电流限制层位于第五有源层和第五隧道结之间时，第四电流限制层至第五有源层之间的高度小于或等于2*λ。

当N为奇数时，第N有源层中电流的增益面积与第（N+1）/2有源层中的电流的增益面积之差除以第N有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%，第一有源层中电流的增益面积与第（N+1）/2有源层中的电流的增益面积之差除以第一有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%。当N为7时，第七有源层中的电流的增益面积与第四有源层中的电流的增益面积之差除以第七有源层中的电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%，第一有源层中的电流的增益面积与第四有源层中的电流的增益面积之差除以第一有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%。

关于本实施例与实施例1相同的部分，不再详述。

实施例4

本实施例中与实施例3的区别在于：M为奇数，N为偶数；第（M+1）/2电流限制层位于第（N+1）/2有源层和第（N+1）/2隧道结之间或位于第N/2有源层和第N/2隧道结之间。

在一个实施例中，当N为偶数时，第N有源层中电流的增益面积与第（N/2）+1有源层中的电流的增益面积之差除以第N有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%，第一有源层中电流的增益面积与第N/2有源层中的电流的增益面积之差除以第一有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%。

关于本实施例与实施例3相同的部分，不再详述。

实施例5

本实施例与实施例1至实施例4的区别在于：任意的第m’电流限制层与第m’-1电流限制层之间设置有第n1有源层至第n2有源层，n2为大于2且小于或等于N的整数，n1为大于或等于2且小于N的整数，n2大于n1，且n2-n1的差值大于或等于3，m’为大于或等于2且小于或等于M的整数。这样设置的好处在于：减少电流限制层的层数，这样降低对第二电流限制层至第M-1电流限制层对光场的限制能力，使得光能更好的泄露出去，且尽可能对电流进行限制。

实施例6

本实施例与实施例1至实施例5的区别在于：对于第二电流限制层至第M-1电流限制层之间的任意一个第m电流限制层，第m电流限制层包括自下至上依次层叠的第m下限制子层、第m主电流限制层和第m上限制子层，所述第m上限制子层的厚度和第m下限制子层的厚度均小于第m主电流限制层的厚度，第m上限制子层的厚度小于或等于3nm，第m下限制子层的厚度小于或等于3nm；第m上限制子层的致密度和第m下限制子层的致密度均大于第m主电流限制层的致密度。这样设置的好处在于：第m下限制子层的应力和第m上限制子层的应力均与第m主电流限制层的部分应力抵消，使得第m电流限制层整体上对外部的应力降低，提高可靠性。

实施例7

本实施例提供一种高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件的制备方法，包括：提供半导体衬底层；在所述半导体衬底层上自下至上依次形成第一有源层至第N有源层，N为大于或等于3的整数；形成第一隧道结至第N-1隧道结，形成任意的第n-1隧道结的步骤为：在形成第n-1有源层之后、且在形成第n有源层之前形成第n-1隧道结；n为大于或等于2且小于或等于N的整数；在半导体衬底层上自下至上依次形成第一电流限制层至第M电流限制层，第一电流限制层位于第一有源层和第一隧道结之间，第M电流限制层位于第N有源层背离半导体衬底层的一侧，第m电流限制层位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间；M为大于或等于3且小于或等于N的整数；m为大于或等于2且小于或等于M-1的整数，n_t为大于或等于2且小于或等于N-1的整数，n_t的取值随着m的取值的增加而增加；当M为偶数时，第一电流限制层的绝缘区宽度至第M/2电流限制层的绝缘区宽度递减，第（M/2）+1电流限制层的绝缘区宽度至第M电流限制层的绝缘区宽度递增；当M为奇数时，第一电流限制层的绝缘区宽度至第（M+1）/2电流限制层的绝缘区宽度递减，第（M+1）/2电流限制层的绝缘区宽度至第M电流限制层的绝缘区宽度递增。

本实施例中，还包括：在形成第一有源层之前，在半导体衬底层上形成第一布拉格反射层；形成第一有源层之后，第一布拉格反射层位于半导体衬底层和第一有源层之间；在第M电流限制层背离半导体衬底层的一侧形成第二布拉格反射层；在第二布拉格反射层背离半导体衬底层的一侧形成电极环；在半导体衬底层背离第一布拉格反射层一侧的背电极层；还包括：在形成电极环之前，在第二布拉格反射层背离半导体衬底层的一侧形成欧姆接触层。

本实施例中，还包括：在形成第一有源层之前，在第一布拉格反射层背离半导体衬底层的一侧形成第一波导结构；在形成第n-1隧道结之前，在第n-1有源层背离半导体衬底层的一侧形成第2n-2波导结构；在形成第n有源层之前，在第n-1隧道结背离半导体衬底层的一侧形成2n-1波导结构；在形成第二布拉格反射层之前，在第N有源层背离半导体衬底层的一侧形成第2N波导结构。

在半导体衬底层上自下至上依次形成第一电流限制层至第M电流限制层的方法包括：在半导体衬底层上自下至上依次形成第一初始电流限制层至第M初始电流限制层，第一初始电流限制层位于第一有源层和第一隧道结之间，第M初始电流限制层位于第N有源层背离半导体衬底层的一侧，第m初始电流限制层位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间，当M为偶数时，第一初始电流限制层中的铝含量至第M/2初始电流限制层中的铝含量递减，第（M/2）+1初始电流限制层中的铝含量至第M初始电流限制层中的铝含量递增；当M为奇数时，第一初始电流限制层中的铝含量至第（M+1）/2初始电流限制层中的铝含量递减，第（M+1）/2初始电流限制层中的铝含量至第M初始电流限制层中的铝含量递增；刻蚀第一有源层至第N有源层、第一隧道结至第N-1隧道结、第一初始电流限制层至第M初始电流限制层，形成发光柱；从所述发光柱的侧壁对部分第一初始电流限制层至部分第M初始电流限制层进行氧化，使第一初始电流限制层至第M初始电流限制层形成分别对应形成第一电流限制层至第M电流限制层。

本实施例中，第一初始电流限制层位于第一有源层和第一隧道结之间，相应的，形成第二波导结构的步骤包括：形成层叠的第二下波导层和第二上波导层，第二上波导层位于第二下波导层背离半导体衬底层的一侧；形成第一初始电流限制层的步骤在形成第二下波导层之后且在形成第二上波导层之前进行；第m电流限制层位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间。对于第n_t有源层和第n_t隧道结之间的第2n_t波导结构，形成第2n_t波导结构的步骤包括：形成层叠的第2n_t下波导层和第2n_t上波导层，第2n_t上波导层位于第2n_t下波导层背离半导体衬底层的一侧；形成第m初始电流限制层的步骤在形成2n_t下波导层之后且在形成第2n_t上波导层之前进行。形成第M初始电流限制层的步骤在形成第2N波导结构的步骤之后且在形成第二布拉格反射层之前进行。

在一个实施例中，形成任意的第m初始电流限制层的步骤包括：自下至上依次形成层叠的第m初始下限制子层、第m初始主电流限制层和第m初始上限制子层，所述第m初始上限制子层的厚度和第m初始下限制子层的厚度均小于第m初始主电流限制层的厚度，第m初始下限制子层中的铝含量和第m初始上限制子层中的铝含量均大于第m初始主电流限制层中的铝含量；对第m初始电流限制层进行氧化、使第m初始电流限制层形成第m电流限制层的过程为：对第m初始下限制子层、第m初始主电流限制层和第m初始上限制子层进行氧化，使第m初始下限制子层形成第m下限制子层，使第m初始主电流限制层形成第m主电流限制层，使第m初始上限制子层形成第m上限制子层；第m上限制子层的厚度小于或等于3nm，第m下限制子层的厚度小于或等于3nm；第m上限制子层的致密度和第m下限制子层的致密度均大于第m主电流限制层的致密度。

第m下限制子层的应力和第m上限制子层的应力均与第m主电流限制层的部分应力抵消，使得第m电流限制层整体上对外部的应力降低，提高可靠性。

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 (12)

1.一种高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件，其特征在于，包括：

半导体衬底层；

位于所述半导体衬底层上自下至上依次排布的第一有源层至第N有源层，N为大于或等于3的整数；

第一隧道结至第N-1隧道结，任意的第n-1隧道结位于第n-1有源层和第n有源层之间；n为大于或等于2且小于或等于N的整数；

第一电流限制层至第M电流限制层，在半导体衬底层上自下至上分布，第一电流限制层位于第一有源层和第一隧道结之间，第M电流限制层位于第N有源层背离半导体衬底层的一侧，第m电流限制层位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间；M为大于或等于3且小于或等于N的整数；m为大于或等于2且小于或等于M-1的整数，n_t为大于或等于2且小于或等于N-1的整数，n_t的取值随着m的取值的增加而增加；

当M为偶数时，第一电流限制层的绝缘区宽度至第M/2电流限制层的绝缘区宽度递减，第（M/2）+1电流限制层的绝缘区宽度至第M电流限制层的绝缘区宽度递增；当M为奇数时，第一电流限制层的绝缘区宽度至第（M+1）/2电流限制层的绝缘区宽度递减，第（M+1）/2电流限制层的绝缘区宽度至第M电流限制层的绝缘区宽度递增；

当N为奇数时，第N有源层中电流的增益面积与第（N+1）/2有源层中的电流的增益面积之差除以第N有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%，第一有源层中电流的增益面积与第（N+1）/2有源层中的电流的增益面积之差除以第一有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%；当N为偶数时，第N有源层中电流的增益面积与第（N/2）+1有源层中的电流的增益面积之差除以第N有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%，第一有源层中电流的增益面积与第N/2有源层中的电流的增益面积之差除以第一有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%。

2.根据权利要求1所述的高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件，其特征在于，M为偶数，第M/2电流限制层的绝缘区宽度和第（M/2）+1电流限制层的绝缘区宽度相同。

3.根据权利要求1所述的高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件，其特征在于，M为偶数；当N为偶数时，第M/2电流限制层位于第N/2有源层和第N/2隧道结之间，第（M/2）+1电流限制层位于第（N/2）+1有源层和第（N/2）+1隧道结之间；当N为奇数时，第M/2电流限制层位于第（N+1）/2有源层和第（N+1）/2隧道结之间或位于第（N-1）/2有源层和第（N-1）/2隧道结之间。

4.根据权利要求1所述的高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件，其特征在于，M为奇数；当N为奇数时，第（M+1）/2电流限制层位于第（N+1）/2有源层和第（N+1）/2隧道结之间；当N为偶数时，第（M+1）/2电流限制层位于第（N+1）/2有源层和第（N+1）/2隧道结之间或位于第N/2有源层和第N/2隧道结之间。

5.根据权利要求1所述的高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件，其特征在于，第二电流限制层至第M-1电流限制层中任意一层电流限制层的绝缘区宽度与第一电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%，第二电流限制层至第M-1电流限制层中任意一层电流限制层的绝缘区宽度与第M电流限制层的绝缘区宽度之比小于或等于50%。

6.根据权利要求1所述的高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件，其特征在于，还包括：位于所述半导体衬底层和第一有源层之间的第一布拉格反射层；位于第M电流限制层背离所述半导体衬底层一侧的第二布拉格反射层；位于第二布拉格反射层背离半导体衬底层一侧的电极环；第二电流限制层至第M-1电流限制层的绝缘区的平均宽度小于所述电极环的宽度。

7.根据权利要求1所述的高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件，其特征在于，任意的第m’电流限制层与第m’-1电流限制层之间设置有（n2-n1+1）层有源层，n2为大于2且小于或等于N的整数，n1为大于或等于2且小于N的整数，n2大于n1，且n2-n1的差值大于或等于3，m’为大于或等于2且小于或等于M的整数。

8.根据权利要求1所述的高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件，其特征在于，对于位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间的第m电流限制层，第m电流限制层与第n_t有源层之间的高度小于或等于2*λ，λ为高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件发射光的中心波长；第M电流限制层与第N有源层的高度小于或等于2*λ，第一电流限制层与第一有源层的高度小于或等于2*λ。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件，其特征在于，对于第二电流限制层至第M-1电流限制层之间的任意一个第m电流限制层，第m电流限制层包括自下至上依次层叠的第m下限制子层、第m主电流限制层和第m上限制子层，所述第m上限制子层的厚度和第m下限制子层的厚度均小于第m主电流限制层的厚度，第m上限制子层的厚度小于或等于3nm，第m下限制子层的厚度小于或等于3nm；第m上限制子层的致密度和第m下限制子层的致密度均大于第m主电流限制层的致密度。

10.一种制备权利要求1至9任意一项所述高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件的方法，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自下至上依次形成第一有源层至第N有源层，N为大于或等于3的整数；

形成第一隧道结至第N-1隧道结，形成任意的第n-1隧道结的步骤为：在形成第n-1有源层之后、且在形成第n有源层之前形成第n-1隧道结；n为大于或等于2且小于或等于N的整数；

在半导体衬底层上自下至上依次形成第一电流限制层至第M电流限制层，第一电流限制层位于第一有源层和第一隧道结之间，第M电流限制层位于第N有源层背离半导体衬底层的一侧，第m电流限制层位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间；M为大于或等于3且小于或等于N的整数；m为大于或等于2且小于或等于M-1的整数，n_t为大于或等于2且小于或等于N-1的整数，n_t的取值随着m的取值的增加而增加；当M为偶数时，第一电流限制层的绝缘区宽度至第M/2电流限制层的绝缘区宽度递减，第（M/2）+1电流限制层的绝缘区宽度至第M电流限制层的绝缘区宽度递增；当M为奇数时，第一电流限制层的绝缘区宽度至第（M+1）/2电流限制层的绝缘区宽度递减，第（M+1）/2电流限制层的绝缘区宽度至第M电流限制层的绝缘区宽度递增；

当N为奇数时，第N有源层中电流的增益面积与第（N+1）/2有源层中的电流的增益面积之差除以第N有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%，第一有源层中电流的增益面积与第（N+1）/2有源层中的电流的增益面积之差除以第一有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%；当N为偶数时，第N有源层中电流的增益面积与第（N/2）+1有源层中的电流的增益面积之差除以第N有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%，第一有源层中电流的增益面积与第N/2有源层中的电流的增益面积之差除以第一有源层中电流的增益面积得到的比值大于或等于10%且小于或等于30%。

11.根据权利要求10所述的高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件的制备方法，其特征在于，在半导体衬底层上自下至上依次形成第一电流限制层至第M电流限制层的方法包括：在半导体衬底层上自下至上依次形成第一初始电流限制层至第M初始电流限制层，第一初始电流限制层位于第一有源层和第一隧道结之间，第M初始电流限制层位于第N有源层背离半导体衬底层的一侧，第m初始电流限制层位于第n_t有源层和第n_t隧道结之间，当M为偶数时，第一初始电流限制层中的铝含量至第M/2初始电流限制层中的铝含量递减，第（M/2）+1初始电流限制层中的铝含量至第M初始电流限制层中的铝含量递增；当M为奇数时，第一初始电流限制层中的铝含量至第（M+1）/2初始电流限制层中的铝含量递减，第（M+1）/2初始电流限制层中的铝含量至第M初始电流限制层中的铝含量递增；刻蚀第一有源层至第N有源层、第一隧道结至第N-1隧道结、第一初始电流限制层至第M初始电流限制层，形成发光柱；从所述发光柱的侧壁对部分第一初始电流限制层至部分第M初始电流限制层进行氧化，使第一初始电流限制层至第M初始电流限制层形成分别对应形成第一电流限制层至第M电流限制层。

12.根据权利要求11所述的高功率低发散角垂直腔面发射半导体发光器件的制备方法，其特征在于，形成任意的第m初始电流限制层的步骤包括：自下至上依次形成层叠的第m初始下限制子层、第m初始主电流限制层和第m初始上限制子层，所述第m初始上限制子层的厚度和第m初始下限制子层的厚度均小于第m初始主电流限制层的厚度，第m初始下限制子层中的铝含量和第m初始上限制子层中的铝含量均大于第m初始主电流限制层中的铝含量；对第m初始电流限制层进行氧化、使第m初始电流限制层形成第m电流限制层的过程为：对第m初始下限制子层、第m初始主电流限制层和第m初始上限制子层进行氧化，使第m初始下限制子层形成第m下限制子层，使第m初始主电流限制层形成第m主电流限制层，使第m初始上限制子层形成第m上限制子层；第m上限制子层的厚度小于或等于3nm，第m下限制子层的厚度小于或等于3nm；第m上限制子层的致密度和第m下限制子层的致密度均大于第m主电流限制层的致密度。