CN117199997A - 一种垂直腔面发射激光器的制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出一种垂直腔面发射激光器的制备方法，包括：制备出电光转换部分，其中，电光转换部分的背面为第一分布式布拉格反射器；在第一分布式布拉格反射器的背面制备出第一凹槽；在第一分布式布拉格反射器的背面制备第一金属电极，并使第一金属电极的正面突起填充第一凹槽；在第一金属电极的背面制备第一衬底。在本公开的一种垂直腔面发射激光器的制备方法中，改变了垂直腔面发射激光器的电流分布，减小了垂直腔面发射激光器的串联电阻，并且使得垂直腔面发射激光器的光学路径和电学路径分离，形成了高导热、低电阻导通路径，使得电学性能和光学性能得到显著提高。

Description

一种垂直腔面发射激光器的制备方法

技术领域

本公开涉及垂直腔面发射激光器技术领域，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器的制备方法。

背景技术

对于垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)来说，光电转换效率的提高，可以有效降低器件结温和工作电流，并能有效提高器件的可靠性和稳定性。

目前砷化镓(GaAs)基VCSEL，GaAs衬底通常为100um，导热系数为50W/mK-80W/mK，并且有源区下方的N型分布式布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector，DBR)对热传导具有一定的阻挡，因此同在连续工作条件下，VCSEL的结温远高于边发射激光器的结温，于是造就VCSEL低的光电转化效率。

提高光电转换效率是VCSEL研究的主要难点之一，也是本公开需要解决的技术问题。

发明内容

本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本公开的目的在于提供一种垂直腔面发射激光器的制备方法。

为达到上述目的，本公开提供一种垂直腔面发射激光器的制备方法，包括：制备出电光转换部分，其中，所述电光转换部分的背面为第一分布式布拉格反射器；在所述第一分布式布拉格反射器的背面制备出第一凹槽；在所述第一分布式布拉格反射器的背面制备第一金属电极，并使所述第一金属电极的正面突起填充所述第一凹槽；在所述第一金属电极的背面制备第一衬底。

可选的，所述制备出电光转换部分包括：在第二衬底上依次制备出所述第一分布式布拉格反射器、有源层、氧化层和第二分布式布拉格反射器，或在所述第二衬底上依次制备出所述第一分布式布拉格反射器、氧化层、有源层和第二分布式布拉格反射器，其中，所述第一衬底的导热系数大于所述第二衬底的导热系数；在所述第二分布式布拉格反射器的正面定义出多个第一单元结构；根据多个所述第一单元结构制备出多个贯穿到所述第一凹槽槽底的第二凹槽，以利用所述第二凹槽分隔出多个所述电光转换部分；在所述第二凹槽内依次制备出钝化层和第二金属电极。

可选的，所述制备出电光转换部分包括：利用金属有机化合物化学气相沉淀法或分子束外延法在所述第二衬底上依次生长出所述第一分布式布拉格反射器、所述有源层、所述氧化层和所述第二分布式布拉格反射器，或利用金属有机化合物化学气相沉淀法或分子束外延法在所述第二衬底上依次生长出所述第一分布式布拉格反射器、所述氧化层、所述有源层和所述第二分布式布拉格反射器；在所述第二分布式布拉格反射器的正面利用第一光刻掩模图形定义出多个所述第一单元结构；根据多个所述第一单元结构并利用刻蚀法制备出多个贯穿到所述第一凹槽槽底的所述第二凹槽，以利用所述第二凹槽分隔出多个所述电光转换部分；利用介质膜生长工艺、第二光刻掩模图形、第三光刻掩模图形和金属生长工艺在所述第二分布式布拉格反射器的正面制备出电极接触层以及在所述第二凹槽内依次制备出所述钝化层和所述第二金属电极，并使所述第二金属电极延伸出所述第二凹槽并覆盖所述电极接触层正面的四周。

可选的，所述在所述第一分布式布拉格反射器的背面制备出第一凹槽包括：在所述第二金属电极和所述电极接触层的正面制备第三衬底；去除所述第二衬底，以裸露出所述第一分布式布拉格反射器；在所述第一分布式布拉格反射器的背面定义出多个与所述第一单元结构对应的第二单元结构；根据多个所述第二单元结构在所述第一分布式布拉格反射器的背面制备出多个所述第一凹槽；所述在所述第一金属电极的背面制备第一衬底之后，所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：去除所述第三衬底。

可选的，所述在所述第一分布式布拉格反射器的背面制备出第一凹槽包括：在所述第一分布式布拉格反射器的背面利用第四光刻掩模图形定义出多个与所述第一单元结构对应的所述第二单元结构；在所述第二单元结构内利用第五光刻掩模图形和刻蚀法制备出所述第一凹槽。

可选的，所述制备出电光转换部分包括：利用金属有机化合物化学气相沉淀法或分子束外延法在所述第二衬底上依次制备出腐蚀停止层和所述第一分布式布拉格反射器；所述去除所述第二衬底包括：在所述电光转换部分的侧面旋涂保护层；通过湿法刻蚀或干法刻蚀去除所述第二衬底和所述腐蚀停止层。

可选的，所述在所述第二金属电极和所述电极接触层的正面制备第三衬底包括：在所述第二金属电极和所述电极接触层的正面旋涂过渡粘附剂；利用过渡粘附剂将所述第三衬底粘合在所述第二金属电极和所述电极接触层的正面；所述去除所述第三衬底包括：利用丙酮或紫外激光去除所述过渡粘附剂，以去除所述第三衬底。

可选的，所述在所述第二凹槽内依次制备出钝化层和第二金属电极之前，所述制备出电光转换部分还包括：利用所述第二凹槽在所述氧化层内的四周制备出光电限制层，并使所述氧化层的中部形成限流孔，其中，所述限流孔沿所述电光转换部分厚度方向上的投影与所述第一凹槽沿所述电光转换部分厚度方向上的投影不重叠。

可选的，所述制备出电光转换部分还包括：利用湿法氧化法或质子注入法制备出所述光电限制层，并使所述氧化层的中部形成形状为圆形、菱形或椭圆形的所述限流孔。

可选的，所述在所述第一金属电极的背面制备第一衬底包括：制备第一衬底；将所述第一衬底焊接在所述第一金属电极的背面；利用划片工艺形成所述垂直腔面发射激光器，且所述垂直腔面发射激光器包括：一个电光转换单元，或多个呈阵列状依次相连的所述电光转换单元，其中，所述电光转换单元包括：所述电光转换部分。

本公开提供的技术方案可以包括以下有益效果：

利用第一金属电极的正面突起填充第一凹槽，改变了垂直腔面发射激光器的电流分布，减小了垂直腔面发射激光器的串联电阻，并且使得垂直腔面发射激光器的光学路径和电学路径分离，形成了高导热、低电阻导通路径，使得电学性能和光学性能得到显著提高。

本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。

附图说明

本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是相关实施例提出的垂直腔面发射激光器的结构示意图；

图2是本公开一实施例提出的垂直腔面发射激光器的制备方法的流程示意图；

图3是本公开一实施例提出的垂直腔面发射激光器制备过程中的结构示意图；

图4是本公开一实施例提出的垂直腔面发射激光器制备过程中的结构示意图；

图5是本公开一实施例提出的垂直腔面发射激光器制备过程中的结构示意图；

图6是本公开一实施例提出的光电传导结构的结构示意图；

图7是本公开一实施例提出的光电传导结构的结构示意图；

图8是本公开一实施例提出的光电传导结构的结构示意图；

如图所示：S1、金属电极，S2、分布式布拉格反射器，S3、衬底；

1、电光转换单元；

11、第二金属电极，1101、射光口；

12、电极接触层，13、第二分布式布拉格反射器，14、氧化层；

15、光电限制层，1501、限流孔；

16、有源层；

17、第一分布式布拉格反射器，1701、第一凹槽，1702、第一反射层，1703、第二反射层；

18、第一金属电极，1801、突起，1802、第一金属层，1803、第二金属层；

19、焊接层，110、第一衬底，111、第二凹槽，112、钝化层，113、散热导体，114、第二衬底，115、第三衬底，116、过渡粘附剂，117、腐蚀停止层。

具体实施方式

下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。相反，本公开的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

如图1所示，在相关实施例中，垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)的制备方法包括：

制备出电光转换部分，其中，电光转换部分的背面为分布式布拉格反射器S2(Distributed Bragg Reflector，DBR)；

在分布式布拉格反射器S2的背面制备金属电极S1；

在金属电极S1的背面制备衬底S3。

其中，分布式布拉格反射器S2用于反射光线，以使光子利用反射而谐振放大，形成激光，金属电极S1用于提供电回路，其中，光的传导和电的传导均需要经过分布式布拉格反射器S2，导致光传导路径和电传导路径在分布式布拉格反射器S2内高度重合，而光传导和电传导产生的热量容易同时在分布式布拉格反射器S2内积聚，影响了垂直腔面发射激光器的转换效率，同时，分布式布拉格反射器S2的电阻较大，且热传导效率较低，这导致垂直腔面发射激光器转换效率受到的影响更为严重。

需要进一步说明的是，对于垂直腔面发射激光器来说，光电转换效率的提高，可以有效降低器件结温和工作电流，并能有效提高器件的可靠性和稳定性。

为解决上述技术问题，如图2和图3所示，本公开实施例提出一种垂直腔面发射激光器的制备方法，包括：

制备出电光转换部分，其中，电光转换部分的背面为第一分布式布拉格反射器17；

在第一分布式布拉格反射器17的背面制备出第一凹槽1701；

在第一分布式布拉格反射器17的背面制备第一金属电极18，并使第一金属电极18的正面突起1801填充第一凹槽1701；

在第一金属电极18的背面制备第一衬底110。

可以理解的是，电光转换部分以及其内的第一分布式布拉格反射器17用于光的转换和传导以及电的传导，第一金属电极18用于电的传导，电在经过电光转换部分时转换为光，光子利用第一分布式布拉格反射器17的高反射率实现谐振放大，保证激光的形成，电在经过电光转换部分和第一金属电极18时，能够保证电回路的形成，进而保证垂直腔面发射激光器能够进行电光转换。

其中，通过第一金属电极18的正面突起1801填充第一凹槽1701，实现了第一分布式布拉格反射器17中金属的嵌入，且嵌入的金属代替了部分第一分布式布拉格反射器17，由此，使得第一金属电极18中的电传导部分代替了部分第一分布式布拉格反射器17中的光电传导部分，且由于第一金属电极18的电阻小于第一分布式布拉格反射器17的电阻，使得经过第一分布式布拉格反射器17的较多电流转移到电阻更低的突起1801中，由此实现了光传导路径和电传导路径在第一分布式布拉格反射器17内的分离，从而避免光传导和电传导产生的热量同时在分布式布拉格反射器内积聚，进而有效提高了垂直腔面发射激光器的转换效率。

而且，由于第一金属电极18的电阻小于第一分布式布拉格反射器17的电阻，使得第一分布式布拉格反射器17整体的电阻降低，电传导效率更高，发热量更小，从而进一步提高了垂直腔面发射激光器的转换效率，同时，由于第一金属电极18的热传导效率大于第一分布式布拉格反射器17的热传导效率，使得第一分布式布拉格反射器17的散热效率提升，从而进一步提高了垂直腔面发射激光器的转换效率。

由此，利用第一金属电极18的正面突起1801填充第一凹槽1701，改变了垂直腔面发射激光器的电流分布，减小了垂直腔面发射激光器的串联电阻，并且使得垂直腔面发射激光器的光学路径和电学路径分离，形成了高导热、低电阻导通路径，使得电学性能和光学性能得到显著提高。

需要说明的是，电光转换部分用于电光转换和电光传导，电光转换部分的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，电光转换单元1包括第一衬底110、第一金属电极18、第一分布式布拉格反射器17、有源层16、氧化层14、第二分布式布拉格反射器13、电极接触层12、第二金属电极11等，电光转换部分可以是电光转换单元1中的部分，例如电光转换部分包括第一分布式布拉格反射器17、有源层16、氧化层14、第二分布式布拉格反射器13等。

第一分布式布拉格反射器17是分布式布拉格反射器，分布式布拉格反射器包括不同折射率的多个薄膜，多个薄膜交互周期性的堆叠在一起，由于光经过不同介质时在界面的地方会反射，反射率的大小会与介质间折射率大小有关，因此当光经过分布式布拉格反射器中的多个薄膜时，各层反射回来的光因相位角的改变而进行建设性干涉并互相结合，从而得到强度极大的反射光。

第一金属电极18用于传导电流并形成垂直腔面发射激光器的电回路，第一金属电极18是金属电极，由金属材料制成，第一金属电极18的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制。

第一金属电极18在第一分布式布拉格反射器17背面的制备可以利用金属生长工艺实现，其中，金属生长工艺包括溅射、蒸发、电镀等。

第一凹槽1701和突起1801相适配，第一凹槽1701的槽深方向为光电传导结构的厚度方向，第一凹槽1701的尺寸可以根据实际需要进行设置，对此不作限制。其中，第一凹槽1701的尺寸不应过大，以避免影响第一分布式布拉格反射器17的光传导反射功能，同时，第一凹槽1701的尺寸也不应过小，以避免第一分布式布拉格反射器17中的较多电流仍在第一分布式布拉格反射器17中传导。

制备出电光转换部分的方式可以根据实际需要进行设置，对此不作限制。

如图4所示，在一些实施例中，制备出电光转换部分包括：

在第二衬底114上依次制备出第一分布式布拉格反射器17、有源层16、氧化层14和第二分布式布拉格反射器13，或在第二衬底114上依次制备出第一分布式布拉格反射器17、氧化层14、有源层16和第二分布式布拉格反射器13，其中，第一衬底110的导热系数大于第二衬底114的导热系数；

在第二分布式布拉格反射器13的正面定义出多个第一单元结构；

根据多个第一单元结构制备出多个贯穿到第一凹槽1701槽底的第二凹槽111，以利用第二凹槽111分隔出多个电光转换部分；

在第二凹槽111内依次制备出钝化层112和第二金属电极11。

可以理解的是，通过在第二衬底114上各层的制备，使得第二衬底114上形成了第一分布式布拉格反射器17、有源层16、氧化层14、第二分布式布拉格反射器13、钝化层112和第二金属电极11的叠层结构，从而使得垂直腔面发射激光器内稳定的形成了电回路，且在电经过有源层16时，有源层16受激辐射出的光子在第一分布式布拉格反射器17与第二分布式布拉格反射器13之间形成的谐振腔内不断反射并谐振放大，从而形成激光。

其中，通过多个第一单元结构的定义，便于制备出多个第二凹槽111，进而利用多个第二凹槽111制备出多个钝化层112和第二金属电极11，以保证多个电光转换部分的稳定实现。

由于第二凹槽111贯穿到第一凹槽1701的槽底，且钝化层112在第二凹槽111内制备，使得钝化层112的一侧能够覆盖第二分布式布拉格反射器13、有源层16、氧化层14等层结构的边缘，避免各层出现漏电短路问题，保证垂直腔面发射激光器的稳定转换，同时，由于第二金属电极11也在第二凹槽111内制备，使得第二金属电极11在第二凹槽111内的部分形成了散热导体113，且钝化层112的另一侧覆盖散热导体113，不仅使得散热导体113能够与第二分布式布拉格反射器13、有源层16、氧化层14等层结构进行绝缘隔离，避免散热导体113、第二分布式布拉格反射器13、有源层16、氧化层14等层结构之间出现漏电短路问题，保证垂直腔面发射激光器的稳定转换，而且使得第二分布式布拉格反射器13、有源层16、氧化层14等层结构能够利用散热导体113进行散热，从而进一步提高了垂直腔面发射激光器的散热效率，进而提高了垂直腔面发射激光器的转换效率。

其中，由于第一衬底110的导热系数大于第二衬底114的导热系数，使得第一衬底110形成了高导热衬底，从而利用第一衬底110较低的热阻，有效提高垂直腔面发射激光器的光电转换效率和总输出光功率。

需要说明的是，第二凹槽111是沿第二分布式布拉格反射器13正面到第一凹槽1701槽底的方向刻蚀出的槽体结构，第二凹槽111的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制。

第一分布式布拉格反射器17的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，第一分布式布拉格反射器17可以由两种材料在第二衬底114上交替生长出，且这两种材料需要与第二衬底114的材料相匹配，例如：第二衬底114可以是砷化镓或磷化铟(InP)材料，第一分布式布拉格反射器17的两种材料可以是砷化镓材料和砷化铝镓(AlGaAs)材料。

其中，由于第一分布式布拉格反射器17的这两种材料需要和衬底的材料相匹配，使得第一分布式布拉格反射器17无法直接在高导热的第一衬底110上直接制备，因此，设置第二衬底114是十分必要的。

第二分布式布拉格反射器13也是分布式布拉格反射器，第二分布式布拉格反射器13的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，第二分布式布拉格反射器13也可以是砷化镓材料和砷化铝镓材料交替生长出。

其中，第一分布式布拉格反射器17和第二分布式布拉格反射器13中，一个为P型，则另一个则为N型，示例的，第一分布式布拉格反射器17为P型，第二分布式布拉格反射器13为N型，或者，第一分布式布拉格反射器17为N型，第二分布式布拉格反射器13为P型。

电流注入有源层16时，有源层16受激辐射出光子，有源层16的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制。其中，有源层16的光学厚度应为1/2激光波长的整数倍。

第二金属电极11用于传导电流并形成垂直腔面发射激光器的电回路，第二金属电极11也是金属电极，由金属材料制成，第二金属电极11的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制。其中，第二金属电极11可以加厚制备，以进一步提高垂直腔面发射激光器的光电传导效率。

其中，第一金属电极18和第二金属电极11中，一个连接电源的正极，则另一个连接电源的负极，示例的，第一金属电极18连接电源的正极，第二金属电极11连接电源的负极，或者，第一金属电极18连接电源的负极，第二金属电极11连接电源的正极。

钝化层112用于绝缘隔离，钝化层112的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制。

氧化层14可以制备在有源层16与第一分布式布拉格反射器17之间，也可以制备在有源层16与第二分布式布拉格反射器13之间，对此不作限制。

在一些实施例中，制备出电光转换部分包括：

利用金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organic Chemical VaporDeposition，MOCVD)法或分子束外延(Molecular Beam Epitaxy，MBE)法在第二衬底114上依次生长出第一分布式布拉格反射器17、有源层16、氧化层14和第二分布式布拉格反射器13，或利用金属有机化合物化学气相沉淀法或分子束外延法在第二衬底114上依次生长出第一分布式布拉格反射器17、氧化层14、有源层16和第二分布式布拉格反射器13；

在第二分布式布拉格反射器13的正面利用第一光刻掩模图形定义出多个第一单元结构；

根据多个第一单元结构并利用刻蚀(Etch)法制备出多个贯穿到第一凹槽1701槽底的第二凹槽111，以利用第二凹槽111分隔出多个电光转换部分；

利用介质膜生长工艺、第二光刻掩模图形、第三光刻掩模图形和金属生长工艺在第二分布式布拉格反射器13的正面制备出电极接触层12以及在第二凹槽111内依次制备出钝化层112和第二金属电极11，并使第二金属电极11延伸出第二凹槽111并覆盖电极接触层12正面的四周。

可以理解的是，通过金属有机化合物化学气相沉淀法或分子束外延法在第二衬底114上依次生长出各层结构，并利用第一光刻掩模图形和刻蚀法制备出多个第二凹槽111，最后通过介质膜生长工艺、第二光刻掩模图形、第三光刻掩模图形和金属生长工艺在第二分布式布拉格反射器13的正面制备出电极接触层12以及在第二凹槽111内依次制备出钝化层112和第二金属电极11，从而形成了垂直腔面发射激光器的叠层结构，由此，实现垂直腔面发射激光器的高效制备，保证垂直腔面发射激光器的稳定转换。

需要说明的是，电极接触层12不仅能够传导电，而且还能传导光，电极接触层12的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制。

第一光刻掩模图形、第二光刻掩模图形和第三光刻掩模图形均是光刻掩模图形，其中，光刻掩模图形是光刻掩模上的特定几何图形。

如图5和图6所示，在一些实施例中，在第一分布式布拉格反射器17的背面制备出第一凹槽1701包括：在第二金属电极11和电极接触层12的正面制备第三衬底115；去除第二衬底114，以裸露出第一分布式布拉格反射器17；在第一分布式布拉格反射器17的背面定义出多个与第一单元结构对应的第二单元结构；根据多个第二单元结构在第一分布式布拉格反射器17的背面制备出多个第一凹槽1701；

在第一金属电极18的背面制备第一衬底110之后，垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：去除第三衬底115。

可以理解的是，通过在第二金属电极11和电极接触层12的正面制备第三衬底115，以保证第二衬底114去除后，整体的叠层结构能够具有有效的支撑，从而便于在第一分布式布拉格反射器17的背面进行进一步的加工，通过多个第二单元结构的定义，便于制备出多个第一凹槽1701，进而利用多个第一凹槽1701制备出第一金属电极18的突起1801，保证垂直腔面发射激光器结构的高效实现。

通过在第一衬底110制备后将第三衬底115去除，以形成垂直腔面发射激光器的整体结构，保证垂直腔面发射激光器发射激光功能的实现。

需要说明的是，第一单元结构与第二单元结构相对应，其中，每个电光转换单元1对应一个第一单元结构和一个第二单元结构。

在一些实施例中，在第一分布式布拉格反射器17的背面制备出第一凹槽1701包括：

在第一分布式布拉格反射器17的背面制备利用第四光刻掩模图形定义出多个与第一单元结构对应的第二单元结构；

在第二单元结构内利用第五光刻掩模图形和刻蚀法制备出第一凹槽1701。

可以理解的是，利用第四光刻掩模图形和刻蚀法制备出第一凹槽1701，进而利用第一凹槽1701制备出第一金属电极18的突起1801，实现垂直腔面发射激光器结构的高效制备，保证垂直腔面发射激光器的稳定转换。

需要说明的是，第四光刻掩模图形也是光刻掩模图形。

如图4和图5所示，在一些实施例中，制备出电光转换部分包括：利用金属有机化合物化学气相沉淀法或分子束外延法在第二衬底114上依次制备出腐蚀停止层117和第一分布式布拉格反射器17；

去除第二衬底114包括：在电光转换部分的侧面旋涂保护层；通过湿法刻蚀或干法刻蚀去除第二衬底114和腐蚀停止层117。

可以理解的是，通过腐蚀停止层117的设置，避免第一凹槽1701在加工过程中损伤到第一分布式布拉格反射器17、有源层16等部分，同时，通过保护层的设置，避免在去除第二衬底114和腐蚀停止层117时损伤到第一分布式布拉格反射器17、有源层16等的边缘，由此，保证了垂直腔面发射激光器的高效、稳定制备。

需要说明的是，腐蚀停止层117和保护层的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，其中，在去除第二衬底114和腐蚀停止层117后，可以去除保护层。

如图5所示，在一些实施例中，在第二金属电极11和电极接触层12的正面制备第三衬底115包括：在第二金属电极11和电极接触层12的正面旋涂过渡粘附剂116；利用过渡粘附剂116将第三衬底115粘合在第二金属电极11和电极接触层12的正面；

去除第三衬底115包括：利用丙酮或紫外激光去除过渡粘附剂116，以去除第三衬底115。

可以理解的是，通过过渡粘附剂116的设置，实现第三衬底115在第二金属电极11和电极接触层12正面的粘合，从而保证第三衬底115对各层结构的稳定支撑，进而保证第一金属电极18的稳定制备。

需要说明的是，过渡粘附剂116的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，过渡粘附剂116可以是有机聚合物、光刻胶、键合胶等。

如图4所示，在一些实施例中，在第二凹槽111内依次制备出钝化层112和第二金属电极11之前，制备出电光转换部分还包括：

利用第二凹槽111在氧化层14内的四周制备出光电限制层15，并使氧化层14的中部形成限流孔1501，其中，限流孔1501沿电光转换部分厚度方向上的投影与第一凹槽1701沿电光转换部分厚度方向上的投影不重叠。

可以理解的是，由于光电限制层15制备在氧化层14内的四周并在氧化层14的中部形成限流孔1501，使得经过氧化层14的光和电能够被限制在位于氧化层14中部的限流孔1501处，从而避免氧化层14中经过的光和电向氧化层14的四周扩散泄露，进而有效提高了垂直腔面发射激光器的转换效率。

其中，由于限流孔1501沿电光转换部分厚度方向上的投影与第一凹槽1701沿电光转换部分厚度方向上的投影不重叠，使得第一分布式布拉格反射器17中与第一凹槽1701相邻的部分能够对经过限流孔1501的光进行全面反射，从而避免光的损耗流失，进而提高了垂直腔面发射激光器的转换效率。

需要说明的是，氧化层14和光电限制层15用于形成限流孔1501，以限制光传导路径和电传导路径，氧化层14和光电限制层15的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制。

在一些实施例中，制备出电光转换部分还包括：

利用湿式氧化法或质子注入法制备出光电限制层15，并使氧化层14的中部形成形状为圆形、菱形或椭圆形的限流孔1501。

可以理解的是，利用湿式氧化法或质子注入法在氧化层14内四周制备出光电限制层15，实现了垂直腔面发射激光器的高效制备，保证了垂直腔面发射激光器的稳定转换。

其中，通过在氧化层14的中部形成形状为圆形、菱形或椭圆形的限流孔1501，能够保证光和电顺畅通过的同时避免光的损耗流失，进而提高了垂直腔面发射激光器的转换效率。

需要说明的是，湿式氧化法是使液体中悬浮或溶解状有机物在有液相水存在的情况下进行高温高压氧化处理的方法。

如图6所示，在一些实施例中，在第一金属电极18的背面制备第一衬底110包括：

制备第一衬底110；

将第一衬底110焊接在第一金属电极18的背面；

利用划片工艺形成垂直腔面发射激光器，且垂直腔面发射激光器包括：一个电光转换单元1，或多个呈阵列状依次相连的电光转换单元1，其中，电光转换单元1包括：电光转换部分。

可以理解的是，通过将第一衬底110焊接在第一金属电极18的背面，保证第一金属层1802与第一衬底110的稳定相连，其中，通过第一衬底110的设置，能够为第二分布式布拉格反射器13、有源层16、第一分布式布拉格反射器17、第一金属电极18等提供支撑，保证垂直腔面发射激光器的稳定转换。

利用划片工艺形成包括一个电光转换单元1(单管)或呈阵列状依次相连的多个电光转换单元1的垂直腔面发射激光器，保证垂直腔面发射激光器能够稳定发射出激光，以满足使用需求。

需要说明的是，第一衬底110用于支撑，同时，第一衬底110还可以用于散热，以使垂直腔面发射激光器能够利用第一衬底110提高散热效率，从而提高整体的转换效率。

第一衬底110的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，第一衬底110的材料可以是硅(Si)材料、铜(Cu)材料、钨铜(CuW)材料、碳化硅(SiC)材料、氮化铝(AlN)材料、金刚石材料、金刚石复合材料等。

如图7所示，基于上述的制备方法，本公开实施例还提出一种光电传导结构，包括第一分布式布拉格反射器17和第一金属电极18，第一金属电极18设置在第一分布式布拉格反射器17的一侧，其中，第一分布式布拉格反射器17靠近第一金属电极18的一侧设置有第一凹槽1701，第一金属电极18靠近第一分布式布拉格反射器17的一侧设置有突起1801，突起1801填充在第一凹槽1701内。

可以理解的是，第一分布式布拉格反射器17用于光的传导和电的传导，第一金属电极18用于电的传导，光在经过第一分布式布拉格反射器17时，光利用第一分布式布拉格反射器17的高反射率实现谐振放大，保证激光的形成，电在经过第一分布式布拉格反射器17和第一金属电极18时，能够保证电回路的形成，进而保证垂直腔面发射激光器能够进行电光转换。

其中，通过第一金属电极18的突起1801填充第一凹槽1701，实现了第一分布式布拉格反射器17中金属的嵌入，且嵌入的金属代替了部分第一分布式布拉格反射器17，由此，使得第一金属电极18中的电传导部分代替了第一分布式布拉格反射器17中的光电传导部分，且由于第一金属电极18的电阻小于第一分布式布拉格反射器17的电阻，使得经过第一分布式布拉格反射器17的较多电流转移到电阻更低的突起1801中，由此实现了光传导路径和电传导路径在第一分布式布拉格反射器17内的分离，从而避免光传导和电传导产生的热量同时在分布式布拉格反射器内积聚，进而有效提高了垂直腔面发射激光器的转换效率。

而且，由于第一金属电极18的电阻小于第一分布式布拉格反射器17的电阻，使得第一分布式布拉格反射器17整体的电阻降低，电传导效率更高，发热量更小，从而进一步提高了垂直腔面发射激光器的转换效率，同时，由于第一金属电极18的热传导效率大于第一分布式布拉格反射器17的热传导效率，使得第一分布式布拉格反射器17的散热效率提升，从而进一步提高了垂直腔面发射激光器的转换效率。

由此，利用第一金属电极18的突起1801填充第一凹槽1701，改变了垂直腔面发射激光器的电流分布，减小了垂直腔面发射激光器的串联电阻，并且使得垂直腔面发射激光器的光学路径和电学路径分离，形成了高导热、低电阻导通路径，使得电学性能和光学性能得到显著提高。

如图8所示，在一些实施例中，第一分布式布拉格反射器17包括第一反射层1702和第二反射层1703，第一金属电极18包括第一金属层1802和第二金属层1803，其中，第二反射层1703设置在第一反射层1702的一侧中部，第二反射层1703远离第一反射层1702的一侧与第一金属层1802相连，第二金属层1803设置在第一金属层1802靠近第一反射层1702的一侧四周，第二金属层1803远离第一金属层1802的一侧与第一反射层1702相连，第二反射层1703的四周形成第一凹槽1701，第二金属层1803在第一金属层1802上形成突起1801，第二金属层1803套设在第二反射层1703上。

可以理解的是，第一反射层1702和第二反射层1703均用于光的传导和电的传导，第一金属层1802和第二金属层1803均用于电的传导，光在经过第一反射层1702和第二反射层1703时，光利用第一反射层1702和第二反射层1703的高反射率实现谐振放大，保证激光的形成，电在经过第一反射层1702、第二反射层1703和第二金属层1803、第一金属层1802时，能够保证电回路的形成，进而保证垂直腔面发射激光器能够进行电光转换。

其中，由于第二金属层1803远离第一金属层1802的一侧与第一反射层1702相连，且第二金属层1803的电阻小于第二反射层1703的电阻，使得经过第一反射层1702后的电较多的通过第二金属层1803进入到第一金属层1802中，而极少的电通过第二反射层1703进入到第一金属层1802中，由此，实现了传导路径和电传导路径在第一分布式布拉格反射器17内的分离，从而避免光传导和电传导产生的热量同时在分布式布拉格反射器内积聚，进而有效提高了垂直腔面发射激光器的转换效率。

而且，由于第二金属层1803的电阻小于第二反射层1703的电阻，使得第一分布式布拉格反射器17整体的电阻降低，电传导效率更高，发热量更小，从而进一步提高了垂直腔面发射激光器的转换效率，同时，由于第二金属层1803的热传导效率大于第二反射层1703的热传导效率，使得第一分布式布拉格反射器17的散热效率提升，从而进一步提高了垂直腔面发射激光器的转换效率。

需要说明的是，第二金属层1803和第二反射层1703相适配，第二金属层1803呈环形，第二金属层1803套设在第二反射层1703上，第二金属层1803和第二反射层1703的厚度可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，第二金属层1803和第二反射层1703的厚度可以远大于第一反射层1702的厚度和第一金属层1802的厚度。

如图6所示，本公开实施例还提出一种电光转换单元1，包括如本公开实施例的光电传导结构、有源层16和第二分布式布拉格反射器13，有源层16设置在光电传导结构中第一分布式布拉格反射器17远离第一金属电极18的一侧，第二分布式布拉格反射器13设置在有源层16远离第一分布式布拉格反射器17的一侧。

可以理解的是，电在经过第二分布式布拉格反射器13、有源层16、第一分布式布拉格反射器17和第一金属电极18时，有源层16将电转换为光，有源层16产生的光子在第一分布式布拉格反射器17与第二分布式布拉格反射器13之间形成的谐振腔内不断反射并谐振放大，从而形成激光。

其中，由于第一金属电极18上的突起1801填充在第一分布式布拉格反射器17的第一凹槽1701内，使得第一金属电极18中的电传导部分代替了第一分布式布拉格反射器17中的光电传导部分，且由于第一金属电极18的电阻小于第一分布式布拉格反射器17的电阻，使得经过第一分布式布拉格反射器17的较多电流转移到电阻更低的突起1801中，由此实现了光传导路径和电传导路径在第一分布式布拉格反射器17内的分离，从而避免光传导和电传导产生的热量同时在分布式布拉格反射器内积聚，进而有效提高了电光转换单元1的转换效率。

而且，由于第一金属电极18的电阻小于第一分布式布拉格反射器17的电阻，使得第一分布式布拉格反射器17整体的电阻降低，电传导效率更高，发热量更小，从而进一步提高了电光转换单元1的转换效率，同时，由于第一金属电极18的热传导效率大于第一分布式布拉格反射器17的热传导效率，使得第一分布式布拉格反射器17的散热效率提升，从而进一步提高了电光转换单元1的转换效率。

如图6所示，在一些实施例中，电光转换单元1还包括第二金属电极11，第二金属电极11设置在第二分布式布拉格反射器13远离有源层16的一侧四周，且第二金属电极11的中部形成射光口1101。

可以理解的是，第一金属电极18和第二金属电极11用于连接外部的电源，通过第一金属电极18、第一分布式布拉格反射器17、有源层16、第二分布式布拉格反射器13和第二金属电极11的电传导，保证了电光转换单元1中电回路的形成，进而保证了有源层16的高效电光转换，同时，由于射光口1101的形成，使得电光转换单元1不仅能够利用第二金属电极11进行电的高效传导，而且还能够利用射光口1101发射出激光，保证电光转换单元1激光发射功能的实现。

如图6所示，在一些实施例中，电光转换单元1还包括电极接触层12，电极接触层12设置在第二分布式布拉格反射器13远离有源层16的一侧，第二金属电极11设置在电极接触层12远离第二分布式布拉格反射器13的一侧四周。

可以理解的是，电极接触层12用于高效传导第二金属电极11与第二分布式布拉格反射器13之间的电流，以使电光转换单元1能够利用第二金属电极11、电极接触层12、第二分布式布拉格反射器13、有源层16、第一分布式布拉格反射器17和第一金属电极18形成稳定的电回路，进而保证了有源层16的高效电光转换，同时，由于第二金属电极11设置在电极接触层12远离第二分布式布拉格反射器13的一侧四周，使得射光口1101形成在了电极接触层12上，使得电光转换单元1能够利用电极接触层12上的射光口1101发射出激光，保证电光转换单元1激光发射功能的实现。

如图6所示，在一些实施例中，电光转换单元1还包括钝化层112，钝化层112的一端与第二金属电极11靠近光电传导结构中第二金属层1803的一侧相连，钝化层112远离第二金属电极11的一端与第二金属层1803靠近第二金属电极11的一侧相连，且钝化层112的一侧覆盖电极接触层12、第二分布式布拉格反射器13、有源层16和光电传导结构中第一反射层1702的边缘。

可以理解的是，由于钝化层112的一侧覆盖电极接触层12、第二分布式布拉格反射器13、有源层16和第一反射层1702的边缘，使得电极接触层12、第二分布式布拉格反射器13、有源层16和第一反射层1702的边缘之间能够利用钝化层112进行绝缘，从而避免电极接触层12、第二分布式布拉格反射器13、有源层16和第一反射层1702之间出现漏电短路问题，由此保证了电光转换单元1的稳定转换。

如图6所示，在一些实施例中，电光转换单元1还包括散热导体113，散热导体113设置在第二金属电极11靠近第二金属层1803的一侧，且钝化层112的另一侧覆盖散热导体113。

可以理解的是，由于钝化层112的一侧覆盖电极接触层12、第二分布式布拉格反射器13、有源层16和第一反射层1702的边缘，且钝化层112的另一侧覆盖散热导体113，不仅使得散热导体113能够与电极接触层12、第二分布式布拉格反射器13、有源层16、第一反射层1702和第二金属层1803进行绝缘隔离，避免散热导体113、电极接触层12、第二分布式布拉格反射器13、有源层16、第一反射层1702和第二金属层1803之间出现漏电短路问题，保证电光转换单元1的稳定转换，而且使得电极接触层12、第二分布式布拉格反射器13、有源层16、第一反射层1702和第二金属层1803能够利用散热导体113进行散热，从而进一步提高了电光转换单元1的散热效率，进而提高了电光转换单元1的转换效率。

需要说明的是，散热导体113用于散热，散热导体113的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，散热导体113是与第二金属电极11一同生长的金属结构。

如图6所示，在一些实施例中，电光转换单元1还包括氧化层14和光电限制层15，氧化层14设置在有源层16与第一分布式布拉格反射器17之间，或氧化层14设置在有源层16与第二分布式布拉格反射器13之间，光电限制层15设置在氧化层14内，且光电限制层15位于氧化层14的四周并在氧化层14的中部形成限流孔1501，光电传导结构的第二反射层1703沿电光转换单元1厚度方向上的投影覆盖限流孔1501沿电光转换单元1厚度方向上的投影。

可以理解的是，由于光电限制层15位于氧化层14内的四周并在氧化层14的中部形成限流孔1501，使得经过氧化层14的光和电能够被限制在位于氧化层14中部的限流孔1501处，从而避免氧化层14中经过的光和电向氧化层14的四周扩散泄露，进而有效提高了电光转换单元1的转换效率。

其中，由于第二反射层1703沿电光转换单元1厚度方向上的投影覆盖限流孔1501沿电光转换单元1厚度方向上的投影，使得第二反射层1703能够对经过限流孔1501的光进行全面反射，从而避免光的损耗流失，进而提高了电光转换单元1的转换效率。

如图6所示，在一些实施例中，电光转换单元1还包括焊接层19和第一衬底110，焊接层19设置在光电传导结构中第一金属层1802远离第二金属层1803的一侧，第一衬底110设置在焊接层19远离第一金属层1802的一侧。

可以理解的是，通过焊接层19的设置，保证第一金属层1802与第一衬底110的稳定相连，其中，通过第一衬底110的设置，不仅能够为第二金属电极11、电极接触层12、第二分布式布拉格反射器13、有源层16、第一分布式布拉格反射器17、第一金属电极18等提供支撑，保证电光转换单元1的稳定转换，而且，还能够利于电光转换单元1的散热，从而提高电光转换单元1的转换效率。

如图6所示，本公开实施例还提出一种垂直腔面发射激光器，包括一个如本公开实施例的电光转换单元1，或多个如本公开实施例的电光转换单元1，多个电光转换单元1呈阵列状依次相连。

可以理解的是，电在经过第二分布式布拉格反射器13、有源层16、第一分布式布拉格反射器17和第一金属电极18时，有源层16将电转换为光，有源层16产生的光子在第一分布式布拉格反射器17与第二分布式布拉格反射器13之间形成的谐振腔内不断反射并谐振放大，从而形成激光。

其中，由于第一金属电极18上的突起1801填充在第一分布式布拉格反射器17的第一凹槽1701内，使得第一金属电极18中的电传导部分代替了第一分布式布拉格反射器17中的光电传导部分，且由于第一金属电极18的电阻小于第一分布式布拉格反射器17的电阻，使得经过第一分布式布拉格反射器17的较多电流转移到电阻更低的突起1801中，由此实现了光传导路径和电传导路径在第一分布式布拉格反射器17内的分离，从而避免光传导和电传导产生的热量同时在分布式布拉格反射器内积聚，进而有效提高了电光转换单元1的转换效率。

而且，由于第一金属电极18的电阻小于第一分布式布拉格反射器17的电阻，使得第一分布式布拉格反射器17整体的电阻降低，电传导效率更高，发热量更小，从而进一步提高了电光转换单元1的转换效率，同时，由于第一金属电极18的热传导效率大于第一分布式布拉格反射器17的热传导效率，使得第一分布式布拉格反射器17的散热效率提升，从而进一步提高了电光转换单元1的转换效率。

由一个电光转换单元1或呈阵列状依次相连的多个电光转换单元1构成的垂直腔面发射激光器能够稳定发射出激光，从而满足使用需求。

需要说明的是，在本公开的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括：一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本公开的优选实施方式的范围包括：另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括：根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本公开的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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：

制备出电光转换部分，其中，所述电光转换部分的背面为第一分布式布拉格反射器；

在所述第一分布式布拉格反射器的背面制备出第一凹槽；

在所述第一分布式布拉格反射器的背面制备第一金属电极，并使所述第一金属电极的正面突起填充所述第一凹槽；

在所述第一金属电极的背面制备第一衬底。

2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，所述制备出电光转换部分包括：

在第二衬底上依次制备出所述第一分布式布拉格反射器、有源层、氧化层和第二分布式布拉格反射器，或在所述第二衬底上依次制备出所述第一分布式布拉格反射器、氧化层、有源层和第二分布式布拉格反射器，其中，所述第一衬底的导热系数大于所述第二衬底的导热系数；

在所述第二分布式布拉格反射器的正面定义出多个第一单元结构；

根据多个所述第一单元结构制备出多个贯穿到所述第一凹槽槽底的第二凹槽，以利用所述第二凹槽分隔出多个所述电光转换部分；

在所述第二凹槽内依次制备出钝化层和第二金属电极。

3.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，所述制备出电光转换部分包括：

利用金属有机化合物化学气相沉淀法或分子束外延法在所述第二衬底上依次生长出所述第一分布式布拉格反射器、所述有源层、所述氧化层和所述第二分布式布拉格反射器，或利用金属有机化合物化学气相沉淀法或分子束外延法在所述第二衬底上依次生长出所述第一分布式布拉格反射器、所述氧化层、所述有源层和所述第二分布式布拉格反射器；

在所述第二分布式布拉格反射器的正面利用第一光刻掩模图形定义出多个所述第一单元结构；

根据多个所述第一单元结构并利用刻蚀法制备出多个贯穿到所述第一凹槽槽底的所述第二凹槽，以利用所述第二凹槽分隔出多个所述电光转换部分；

利用介质膜生长工艺、第二光刻掩模图形、第三光刻掩模图形和金属生长工艺在所述第二分布式布拉格反射器的正面制备出电极接触层以及在所述第二凹槽内依次制备出所述钝化层和所述第二金属电极，并使所述第二金属电极延伸出所述第二凹槽并覆盖所述电极接触层正面的四周。

4.根据权利要求3所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，

所述在所述第一分布式布拉格反射器的背面制备出第一凹槽包括：在所述第二金属电极和所述电极接触层的正面制备第三衬底；去除所述第二衬底，以裸露出所述第一分布式布拉格反射器；在所述第一分布式布拉格反射器的背面定义出多个与所述第一单元结构对应的第二单元结构；根据多个所述第二单元结构在所述第一分布式布拉格反射器的背面制备出多个所述第一凹槽；

所述在所述第一金属电极的背面制备第一衬底之后，所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：去除所述第三衬底。

5.根据权利要求4所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，所述在所述第一分布式布拉格反射器的背面制备出第一凹槽包括：

在所述第一分布式布拉格反射器的背面利用第四光刻掩模图形定义出多个与所述第一单元结构对应的所述第二单元结构；

在所述第二单元结构内利用第五光刻掩模图形和刻蚀法制备出所述第一凹槽。

6.根据权利要求4所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，

所述制备出电光转换部分包括：利用金属有机化合物化学气相沉淀法或分子束外延法在所述第二衬底上依次制备出腐蚀停止层和所述第一分布式布拉格反射器；

所述去除所述第二衬底包括：在所述电光转换部分的侧面旋涂保护层；通过湿法刻蚀或干法刻蚀去除所述第二衬底和所述腐蚀停止层。

7.根据权利要求4所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，

所述在所述第二金属电极和所述电极接触层的正面制备第三衬底包括：在所述第二金属电极和所述电极接触层的正面旋涂过渡粘附剂；利用过渡粘附剂将所述第三衬底粘合在所述第二金属电极和所述电极接触层的正面；

所述去除所述第三衬底包括：利用丙酮或紫外激光去除所述过渡粘附剂，以去除所述第三衬底。

8.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，所述在所述第二凹槽内依次制备出钝化层和第二金属电极之前，所述制备出电光转换部分还包括：

利用所述第二凹槽在所述氧化层内的四周制备出光电限制层，并使所述氧化层的中部形成限流孔，其中，所述限流孔沿所述电光转换部分厚度方向上的投影与所述第一凹槽沿所述电光转换部分厚度方向上的投影不重叠。

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，所述制备出电光转换部分还包括：

利用湿法氧化法或质子注入法制备出所述光电限制层，并使所述氧化层的中部形成形状为圆形、菱形或椭圆形的所述限流孔。

10.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，所述在所述第一金属电极的背面制备第一衬底包括：

制备第一衬底；

将所述第一衬底焊接在所述第一金属电极的背面；

利用划片工艺形成所述垂直腔面发射激光器，且所述垂直腔面发射激光器包括：一个电光转换单元，或多个呈阵列状依次相连的所述电光转换单元，其中，所述电光转换单元包括：所述电光转换部分。