CN117810810A - 一种垂直腔表面发射激光器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及半导体器件技术领域，提供一种垂直腔表面发射激光器及其制备方法，制备方法包括：在N‑GaAs衬底生长N‑GaAs缓冲层、N型DBR结构、N‑AlGaAs空间层、周期性GaAs/InGaAs多量子阱层、P‑AlGaAs空间层和P型DBR结构，得到晶圆结构；刻蚀孔状结构、腐蚀环形空腔；填充SiO2填料；制备金属电极，得到垂直腔表面发射激光器。该制备方法代替了湿法氧化制备电流限制的方法，能够快速、均匀的制备环形限制结构，可以提高生产速率。降低了对严苛工艺参数的依赖和工艺门槛，能够实现大尺寸晶圆结构的流片工艺，有效提高制备效率，降低制备成本。
Description
技术领域
本申请涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种垂直腔表面发射激光器及其制备方法。
背景技术
随着物联网、人工智能（Artificial Intelligenc，AI）、第五代移动通信技术（5th-Generation Mobile Communication Technology，5G）技术的发展，三维成像（3Dimensions，3D）和传感技术迎来了高速成长，撬动智能手机、增强现实技术（AugmentedReality，AR）/虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）、智能汽车等多个领域发展，加速万物互联时代的到来。垂直腔表面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL）作为3D成像和传感系统的核心器件，正处于智能互联产业的金字塔尖。目前以镓砷衬底为基础的短波红外VCSEL，如850nm，980nm等波长的VCSEL已经得到了大力的发展，并且得到了很好地应用。国内外厂商在这些波段的VCSEL研发和应用中，都发挥了巨大的作用。但是在VCSEL的制备和研发中，仍然有很多的掣肘因素，例如电流限制不容易得到等。目前国际上采取的工艺路线多为湿法氧化的方法，这种工艺极其复杂，并且存在裂片的风险，影响良率，对设备的要求度也比较高。
因此，亟需一种新的制备方法，以解决生产成本高，生产效率低的问题。
发明内容
本申请提供了一种垂直腔表面发射激光器及其制备方法，以解决现有的垂直腔表面发射激光器成产成本高、生产效率低的技术问题。
本申请第一方面提供的垂直腔表面发射激光器的制备方法，包括：提供一层N-GaAs衬底；依次在N-GaAs衬底上生长N-GaAs缓冲层、N型DBR结构、N-AlGaAs空间层、周期性GaAs/InGaAs多量子阱层、P-AlGaAs空间层和P型DBR结构，得到晶圆结构；其中，N型DBR结构为N型AlGaAs/GaAs的DBR结构，P型DBR结构为P型AlGaAs/GaAs的DBR结构；依次采用丙酮、酒精和去离子水清洗晶圆结构；采用电感耦合等离子体刻蚀技术在P型DBR结构内刻蚀多个孔状结构，其中，孔状结构的延伸方向与P型DBR结构的高度方向相同，孔状结构的高度与P型DBR结构的高度相同；将刻蚀后的晶圆结构浸泡在HF溶液中，使HF溶液通过孔状结构腐蚀P型DBR结构中的AlGaAs，以在每个孔状结构的轴向形成多个间隔分布的环形空腔；采用等离子体增强化学气相沉积技术将SiO2填料填充在孔状结构和环形空腔内；分别在N-GaAs衬底和P型DBR结构上制备金属电极，得到垂直腔表面发射激光器。
在一些可行的实现中，N-GaAs缓冲层、N型DBR结构、N-AlGaAs空间层、周期性GaAs/InGaAs多量子阱层、P-AlGaAs空间层和P型DBR结构均采用分子束外延技术生长，生长温度均为720-780℃；其中，N型DBR结构的周期数大于P型DBR结构的周期数。
在一些可行的实现中，N型DBR结构的周期数为30-34，P型DBR结构的周期数为28-32，周期性GaAs/InGaAs多量子阱层的周期数为3-6。
在一些可行的实现中，N型DBR结构的周期数为32，其中，每一周期N型DBR结构中AlGaAs的厚度为20nm，每一周期N型DBR结构中GaAs的厚度为48nm；P型DBR结构的周期数为30，其中，每一周期P型DBR结构中AlGaAs的厚度为20nm；每一周期P型DBR结构中GaAs的厚度为48nm；周期性GaAs/InGaAs多量子阱层的周期数为3，其中，每一周期周期性GaAs/InGaAs多量子阱层中GaAs的厚度为8nm，每一周期周期性GaAs/InGaAs多量子阱层中InGaAs的厚度为5nm。
在一些可行的实现中，N-GaAs衬底的厚度为300μm，N-GaAs缓冲层的厚度为500nm；N-AlGaAs空间层的厚度为90nm，P-AlGaAs空间层的厚度为140nm。
本申请提供的垂直腔表面发射激光器的制备方法，代替了传统的湿法氧化制备电流限制的方法，能够实现快速、均匀的环形限制结构制备，可以提高生产速率，同时在制备过程中能够缓解裂片的风险，提高了产品良率。降低了对严苛工艺参数的依赖，降低工艺门槛，能够实现大尺寸晶圆结构的流片工艺，能够有效提高制备效率，降低制备成本。
本申请第二方面提供的垂直腔表面发射激光器，包括：N-GaAs衬底；在N-GaAs衬底上依次生长的N-GaAs缓冲层、N型DBR结构、N-AlGaAs空间层、周期性GaAs/InGaAs多量子阱层、P-AlGaAs空间层和P型DBR结构；其中，N型DBR结构为N型AlGaAs/GaAs的DBR结构，P型DBR结构为P型AlGaAs/GaAs的DBR结构；多个孔状结构，设置在P型DBR结构上，孔状结构为采用电感耦合等离子体刻蚀技术在P型DBR结构内刻蚀形成的，其中，孔状结构的延伸方向与P型DBR结构的高度方向相同，孔状结构的高度与P型DBR结构的高度相同；多个环形空腔，每个孔状结构的轴向均设有多个间隔分布的环形空腔，其中，环形空腔为采用HF溶液通过孔状结构腐蚀P型DBR结构中的AlGaAs形成的；SiO2填料，SiO2填料设置在孔状结构和环形空腔内；两个金属电极，分别设置在N-GaAs衬底和P型DBR结构上。
在一些可行的实现中，N-GaAs缓冲层、N型DBR结构、N-AlGaAs空间层、周期性GaAs/InGaAs多量子阱层、P-AlGaAs空间层和P型DBR结构均采用分子束外延技术生长得到，生长温度均为720-780℃；其中，N型DBR结构的周期数大于P型DBR结构的周期数。
在一些可行的实现中，N型DBR结构的周期数为30-34，P型DBR结构的周期数为28-32，周期性GaAs/InGaAs多量子阱层的周期数为3-6。
在一些可行的实现中，N型DBR结构的周期数为32，其中，每一周期N型DBR结构中AlGaAs的厚度为20nm，每一周期N型DBR结构中GaAs的厚度为48nm；P型DBR结构的周期数为30，其中，每一周期P型DBR结构中AlGaAs的厚度为20nm；每一周期P型DBR结构中GaAs的厚度为48nm；周期性GaAs/InGaAs多量子阱层的周期数为3，其中，每一周期周期性GaAs/InGaAs多量子阱层中GaAs的厚度为8nm，每一周期周期性GaAs/InGaAs多量子阱层中InGaAs的厚度为5nm。
在一些可行的实现中，N-GaAs衬底的厚度为300μm，N-GaAs缓冲层的厚度为500nm；N-AlGaAs空间层的厚度为90nm，P-AlGaAs空间层的厚度为140nm。
可以理解地，第二方面所提供的垂直腔表面发射激光器由第一方面所提供的制备方法制备得到，因此，其所能达到的有益效果可参考第一方面，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种垂直腔表面发射激光器的制备方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的一种晶圆结构的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的在晶圆结构上刻蚀形成孔状结构的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的在晶圆结构上腐蚀形成环形空腔的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的一种垂直腔表面发射激光器的结构示意图。
图示标记：
100-垂直腔表面发射激光器；10-N-GaAs衬底；20-N-GaAs缓冲层；30-N型DBR结构；40-N-AlGaAs空间层；50-周期性GaAs/InGaAs多量子阱层；60-P-AlGaAs空间层；70-P型DBR结构；71-AlGaAs；72-GaAs；73-孔状结构；74-环形空腔；80-SiO2填料；90-金属电极。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的其他实施例，都属于本申请的保护范围。
以下，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
此外，本申请中，“上”、“下”、“内”、“外”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
垂直腔表面发射激光器是一种半导体激光二极管，以砷化镓等半导体材料为基础研制，有别于发光二极管（Light Emitting Diod，LED）和激光二极管（Laser Diode，LD）等其他光源。与传统的边发射（Edge emitter）激光器不同，VCSEL是从顶部表面垂直发射高功率光学激光束，具有体积小、圆形输出光斑、天然2D机构光、单纵模输出、阈值电流小、工作温度范围大、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、光存储等领域。
随着物联网、AI、5G技术的发展，3D和传感技术迎来了高速成长，撬动智能手机、AR/VR、智能汽车等多个领域发展，加速万物互联时代的到来。VCSEL作为3D成像和传感系统的核心器件，正处于智能互联产业的金字塔尖。目前以镓砷衬底为基础的短波红外VCSEL，如850nm，980nm等波长的VCSEL已经得到了大力的发展，并且得到了很好地应用。国内外厂商在这些波段的VCSEL研发和应用中，都发挥了巨大的作用。
但是在VCSEL的制备和研发中，仍然有很多的掣肘因素，例如电流限制不容易得到等。目前国际上采取的工艺路线多为湿法氧化的方法，湿法氧化工艺需要涉及到高温，需要实现对气流的精密控制，对工艺的要求很高，同时制备时间较长。因而生产效率和良率都比较低。而且这种工艺极其复杂，并且存在裂片的风险，对设备的要求度也比较高。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种垂直腔表面发射激光器的制备方法，代替传统的湿法氧化制备电流限制的方法，能够实现快速、均匀的环形限制结构制备，可以提高生产速率。本申请可以降低制备方法对生长工艺和制备工艺设备的依赖程度，降低工艺门槛，降低生产成本。
图1是本申请实施例提供的一种垂直腔表面发射激光器的制备方法的流程示意图。
图2是本申请实施例提供的一种晶圆结构的结构示意图。
参见图1和图2，本申请实施例提供的垂直腔表面发射激光器100的制备方法可以由以下步骤S100至步骤S700所实现。
步骤S100：提供一层N-GaAs衬底10。
步骤S200：依次在N-GaAs衬底10上生长N-GaAs缓冲层20、N型DBR结构30、N-AlGaAs空间层40、周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50、P-AlGaAs空间层60和P型DBR结构70，得到晶圆结构。
步骤S200可以由以下步骤S201至步骤S206所实现。
步骤S201：在N-GaAs衬底10上生长N-GaAs缓冲层20。
具体地，可以采用分子束外延技术（Molecular beam epitaxy，MBE）在N-GaAs衬底10上生长N-GaAs缓冲层20，N-GaAs缓冲层20的作用是提高后续结构的生长质量。
在一些可行的实现中，N-GaAs缓冲层20的生长温度可以为720-780℃。
步骤S202：在N-GaAs缓冲层20上生长N型DBR结构30。
在步骤S201中，N型DBR结构30可以为N型AlGaAs/GaAs的DBR结构。其中，AlGaAs/GaAs的DBR结构为周期性结构。其中，每一周期的AlGaAs/GaAs由一层AlGaAs和一层GaAs组成。换言之，在N-GaAs缓冲层20生长一层AlGaAs和一层GaAs，然后在依次生长一层AlGaAs和一层GaAs，直至生长至所需周期为止。
步骤S203：在N型DBR结构30上生长N-AlGaAs空间层40。
步骤S204：在N-AlGaAs空间层40上生长周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50。
其中，周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50为依次生长的GaAs和InGaAs，每一个周期的GaAs/InGaAs由一层GaAs和一层InGaAs组成。
步骤S205：在周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50上生长P-AlGaAs空间层60。
步骤S206：在P-AlGaAs空间层60上生长P型DBR结构70，得到晶圆结构。
其中，P型DBR结构70为P型AlGaAs/GaAs的DBR结构。
具体地，步骤S201至步骤S206均可以采用分子束外沿技术进行生长。
具体地，N型DBR结构30、周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50和P型DBR结构70均为周期性结构，且三者的周期数不同。其中，N型DBR结构30的周期数大于P型DBR结构70的周期数，P型DBR结构70的周期数大于周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50的周期数。
在一些具体地实现中，N型DBR结构30的周期数为30-34，P型DBR结构70的周期数为28-32，周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50的周期数为3-6。
示例的，N型DBR结构30的周期数可以为30、32或34中的一个；P型DBR结构70的周期数为可以为28、30或32中的一个；周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50的周期数可以为3、4、5或6中的一个。
在一个具体地实现中，N型DBR结构30的周期数为32；P型DBR结构70的周期数为30；周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50的周期数为3。
具体地，在周期数为32的N型DBR结构30中，每一周期N型DBR结构30中AlGaAs的厚度为20nm，每一周期N型DBR结构30中GaAs的厚度为48nm；在周期数为30的P型DBR结构70中，每一周期P型DBR结构70中AlGaAs的厚度为20nm；每一周期P型DBR结构70中GaAs的厚度为48nm；在周期数为3的周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50中，每一周期GaAs/InGaAs多量子阱层中GaAs的厚度为8nm，每一周期GaAs/InGaAs多量子阱层中InGaAs的厚度为5nm；N-GaAs衬底10的厚度为300μm，N-GaAs缓冲层20的厚度为500nm；N-AlGaAs空间层40的厚度为90nm，P-AlGaAs空间层60的厚度为140nm。
在一些可行的实现中，N-GaAs缓冲层20、N型DBR结构30、N-AlGaAs空间层40、周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50、P-AlGaAs空间层60和P型DBR结构70的生长温度可以均为720-780℃。
其中，N-GaAs缓冲层20、N型DBR结构30、N-AlGaAs空间层40、周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50、P-AlGaAs空间层60和P型DBR结构70的生长温度可以相同。
示例的，N-GaAs缓冲层20、N型DBR结构30、N-AlGaAs空间层40、周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50、P-AlGaAs空间层60和P型DBR结构70的生长温度可以均为720℃、750℃或780℃中的一种。
在一个具体地实现中，N-GaAs缓冲层20、N型DBR结构30、N-AlGaAs空间层40、周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50、P-AlGaAs空间层60和P型DBR结构70的生长温度可以均为750℃。
参见图2，在步骤S200之后，可以得到如图2所示的晶圆结构。
步骤S300：依次采用丙酮、酒精和去离子水清洗晶圆结构。
在步骤S300中，可以先采用丙酮对晶圆结构执行第一次清洗操作，接下来再采用酒精对晶圆结构执行第二次清洗操作，最后采用去离子水对晶圆结构执行第三次清洗操作。
其中，丙酮和酒精可以采用分析纯。清洗操作可以在室温条件下进行。
在一些可行的实现中，在步骤S300之后还可以执行步骤S301。
步骤S301：采用光刻蚀技术定义晶圆结构的大小。
具体地，若所需的晶圆结构与制备得到的晶圆结构相差较大时，可以通过光刻蚀技术刻蚀出所需尺寸的晶圆结构。
当然在其他可行的实现中，还可以在制备过程中定义具体生长的大小，此时可以不采用光刻蚀技术定义晶圆结构的大小。
换言之，本申请实施例提供的制备方法不仅可以制备小尺寸的晶圆结构，也可以制备大尺寸的晶圆结构。
步骤S400：采用电感耦合等离子体刻蚀技术在P型DBR结构70内刻蚀多个孔状结构73。
其中，孔状结构73的延伸方向与P型DBR结构70的高度方向相同，孔状结构73的高度与P型DBR结构70的高度相同。
在步骤S400中，通过电感耦合等离子体刻蚀技术（inductively coupled plasmaetching，ICP）从P型DBR结构70远离P-AlGaAs空间层60的表面开始刻蚀，直至刻蚀至P-AlGaAs空间层60的表面为止，形成多个间隔设置的孔状结构73，每个孔状结构73沿P型DBR结构70的生长方向延伸。
图3是本申请实施例提供的在晶圆结构上刻蚀形成孔状结构的结构示意图。
图4是本申请实施例提供的在晶圆结构上腐蚀形成环形空腔74的结构示意图。
结合图2、图3和图4，在图2的制备得到晶圆结构的基础上，执行步骤S400对晶圆结构进行刻蚀，会形成孔状结构73，如图3所示，孔状结构73的直径为R1，高度为L1，其中，L1即为P型DBR结构70的高度。
步骤S500：将刻蚀后的晶圆结构浸泡在HF溶液中，使HF溶液通过孔状结构73腐蚀P型DBR结构70中的AlGaAs，以在每个孔状结构73的轴向形成多个间隔分布的环形空腔74。
在步骤S500中，HF溶液具有腐蚀性能，具体地，HF溶液可以腐蚀P型DBR结构70中的AlGaAs71、但不腐蚀P型DBR结构70中GaAs72。这样，将制备好的晶圆结构浸泡在HF溶液中，HF溶液进入孔状结构73，以腐蚀孔状结构73内壁上间隔设置的AlGaAs71，从而形成多个环形空腔74结构。
其中，可以采用纯HF溶液，根据所需的环形空腔74的尺寸控制腐蚀程度，根据腐蚀程度控制腐蚀速率，再根据腐蚀速率控制腐蚀时间。值得注意的是，本申请实施例中并不对孔状结构73和环形空腔74的直径进行限定，可以根据使用需求适应性调整孔状结构73和环形空腔74的直径，以及孔状结构73的数量。
结合图3和图4，在制备完成孔状结构73之后，执行步骤S500对晶圆结构进行腐蚀处理，会形成环形空腔74的结构，环形空腔74的直径为R2，高度为L2，其中，L2即为P型DBR结构70中AlGaAs71的高度，其中，R2的数值可以通过腐蚀程度调整，示例的，腐蚀程度越大，R2的数值越大。
值得注意的是，图3中示出的P型DBR结构70的周期数为3，仅为示例性展示，并非对周期数的具体限定。同时，图3和图4中的孔状结构73的数量为一个也为示例性展示，并非具体限定。
步骤S600：采用等离子体增强化学气相沉积技术将SiO2填料80填充在孔状结构73和环形空腔74内。
继续参见图3，在形成环形空腔74之后，采用等离子体增强化学气相沉积的方式修复损伤，进行钝化，将SiO2填料80填充在孔状结构73和环形空腔74内。
具体地，填充SiO2填料80后，可以在晶圆结构内部形成环形电流限制层结构。
步骤S700：分别在N-GaAs衬底10和P型DBR结构70上制备金属电极90，得到垂直腔表面发射激光器100。
具体地，分别在填充完成的晶圆结构的两个相对的表面制备金属电极90，这样，完成了垂直腔表面发射激光器100的制备。
本申请实施例提供的垂直腔表面发射激光器的制备方法，代替了传统的湿法氧化制备电流限制的方法，能够实现快速、均匀的环形限制结构制备，可以提高生产速率，同时在制备过程中能够缓解裂片的风险，提高了产品良率。降低了对严苛工艺参数的依赖，降低工艺门槛，能够实现大尺寸晶圆结构的流片工艺，能够有效提高制备效率，降低制备成本。
与前述垂直腔表面发射激光器的制备方法的实施例相对应，本申请还提供一种垂直腔表面发射激光器100的实施例。
图5是本申请实施例提供的一种垂直腔表面发射激光器的结构示意图。
结合图4和图5，垂直腔表面发射激光器100包括N-GaAs衬底10、N-GaAs缓冲层20、N型DBR结构30、N-AlGaAs空间层40、周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50、P-AlGaAs空间层60、P型DBR结构70、多个孔状结构73、多个环形空腔74、SiO2填料80和两个金属电极90。
具体地，N-GaAs缓冲层20、N型DBR结构30、N-AlGaAs空间层40、周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50、P-AlGaAs空间层60和P型DBR结构70依次生长在N-GaAs衬底10上。其中，N型DBR结构30为N型AlGaAs/GaAs的DBR结构，P型DBR结构70为P型AlGaAs/GaAs的DBR结构。
孔状结构73设置在P型DBR结构70上，孔状结构73为采用电感耦合等离子体刻蚀技术在P型DBR结构70内刻蚀形成的，其中，孔状结构73的延伸方向与P型DBR结构70的高度方向相同，孔状结构73的高度与P型DBR结构70的高度相同；且每个孔状结构73的轴向均设有多个间隔分布的环形空腔74，其中，环形空腔74为采用HF溶液通过孔状结构73腐蚀P型DBR结构70中的AlGaAs71形成的。
SiO2填料80填充在孔状结构73和环形空腔74内。
两个金属电极90，分别设置在N-GaAs衬底10和P型DBR结构70上。
在一些可行的实现中，N-GaAs缓冲层20、N型DBR结构30、N-AlGaAs空间层40、周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50、P-AlGaAs空间层60和P型DBR结构70均采用分子束外延技术生长得到，生长温度均为720-780℃；其中，N型DBR结构30的周期数大于P型DBR结构70的周期数，P型DBR结构70的周期数大于周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50的周期数。
具体地，N型DBR结构30的周期数为30-34，P型DBR结构70的周期数为28-32，周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50的周期数为3-6。
在一个具体地实现中，N型DBR结构30的周期数为32，其中，每一周期N型DBR结构30中AlGaAs的厚度为20nm，每一周期N型DBR结构30中GaAs的厚度为48nm。
周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50的周期数为3，其中，每一周期周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50中GaAs的厚度为8nm，每一周期周期性GaAs/InGaAs多量子阱层50中InGaAs的厚度为5nm；P型DBR结构70的周期数为30，其中，每一周期P型DBR结构70中AlGaAs的厚度为20nm；每一周期P型DBR结构70中GaAs的厚度为48nm。N-GaAs衬底10的厚度为300μm，N-GaAs缓冲层20的厚度为500nm；N-AlGaAs空间层40的厚度为90nm，P-AlGaAs空间层60的厚度为140nm。
本申请实施例提供的垂直腔表面发射激光器100，代替了传统的湿法氧化制备电流限制的方法，能够制备快速、均匀的环形限制结构，可以提高生产速率，同时在制备过程中能够缓解裂片的风险，提高了产品良率。降低了对严苛工艺参数的依赖，降低工艺门槛，能够实现大尺寸晶圆结构的流片工艺，能够有效提高制备效率，降低制备成本。
需要说明的是，本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围由权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种垂直腔表面发射激光器的制备方法，其特征在于，包括：
提供一层N-GaAs衬底；
依次在所述N-GaAs衬底上生长N-GaAs缓冲层、N型DBR结构、N-AlGaAs空间层、周期性GaAs/InGaAs多量子阱层、P-AlGaAs空间层和P型DBR结构，得到晶圆结构；其中，所述N型DBR结构为N型AlGaAs/GaAs的DBR结构，所述P型DBR结构为P型AlGaAs/GaAs的DBR结构；
依次采用丙酮、酒精和去离子水清洗所述晶圆结构；
采用电感耦合等离子体刻蚀技术在所述P型DBR结构内刻蚀多个孔状结构，其中，所述孔状结构的延伸方向与所述P型DBR结构的高度方向相同，所述孔状结构的高度与所述P型DBR结构的高度相同；
将刻蚀后的所述晶圆结构浸泡在HF溶液中，使所述HF溶液通过所述孔状结构腐蚀所述P型DBR结构中的AlGaAs，以在每个所述孔状结构的轴向形成多个间隔分布的环形空腔；
采用等离子体增强化学气相沉积技术将SiO2填料填充在所述孔状结构和所述环形空腔内；
分别在所述N-GaAs衬底和所述P型DBR结构上制备金属电极，得到垂直腔表面发射激光器。
2.根据权利要求1所述的垂直腔表面发射激光器的制备方法，其特征在于，
所述N-GaAs缓冲层、所述N型DBR结构、所述N-AlGaAs空间层、所述周期性GaAs/InGaAs多量子阱层、所述P-AlGaAs空间层和所述P型DBR结构均采用分子束外延技术生长，生长温度均为720-780℃；
其中，所述N型DBR结构的周期数大于所述P型DBR结构的周期数。
3.根据权利要求2所述的垂直腔表面发射激光器的制备方法，其特征在于，
所述N型DBR结构的周期数为30-34，所述P型DBR结构的周期数为28-32，所述周期性GaAs/InGaAs多量子阱层的周期数为3-6。
4.根据权利要求3所述的垂直腔表面发射激光器的制备方法，其特征在于，
所述N型DBR结构的周期数为32，其中，每一周期所述N型DBR结构中AlGaAs的厚度为20nm，每一周期所述N型DBR结构中GaAs的厚度为48nm；
所述P型DBR结构的周期数为30，其中，每一周期所述P型DBR结构中AlGaAs的厚度为20nm；每一周期所述P型DBR结构中GaAs的厚度为48nm；
所述周期性GaAs/InGaAs多量子阱层的周期数为3，其中，每一周期所述周期性GaAs/InGaAs多量子阱层中GaAs的厚度为8nm，每一周期所述周期性GaAs/InGaAs多量子阱层中InGaAs的厚度为5nm。
5.根据权利要求4所述的垂直腔表面发射激光器的制备方法，其特征在于，
所述N-GaAs衬底的厚度为300μm，所述N-GaAs缓冲层的厚度为500nm；
所述N-AlGaAs空间层的厚度为90nm，所述P-AlGaAs空间层的厚度为140nm。
6.一种垂直腔表面发射激光器，其特征在于，包括：
N-GaAs衬底；
在所述N-GaAs衬底上依次生长的N-GaAs缓冲层、N型DBR结构、N-AlGaAs空间层、周期性GaAs/InGaAs多量子阱层、P-AlGaAs空间层和P型DBR结构；其中，所述N型DBR结构为N型AlGaAs/GaAs的DBR结构，所述P型DBR结构为P型AlGaAs/GaAs的DBR结构；
多个孔状结构，设置在所述P型DBR结构上，所述孔状结构为采用电感耦合等离子体刻蚀技术在所述P型DBR结构内刻蚀形成，其中，所述孔状结构的延伸方向与所述P型DBR结构的高度方向相同，所述孔状结构的高度与所述P型DBR结构的高度相同；
多个环形空腔，每个所述孔状结构的轴向均设有多个间隔分布的所述环形空腔，其中，所述环形空腔为采用HF溶液通过所述孔状结构腐蚀所述P型DBR结构中的AlGaAs形成；
SiO2填料，所述SiO2填料设置在所述孔状结构和所述环形空腔内；
两个金属电极，分别设置在所述N-GaAs衬底和所述P型DBR结构上。
7.根据权利要求6所述的垂直腔表面发射激光器，其特征在于，
所述N-GaAs缓冲层、所述N型DBR结构、所述N-AlGaAs空间层、所述周期性GaAs/InGaAs多量子阱层、所述P-AlGaAs空间层和所述P型DBR结构均采用分子束外延技术生长得到，生长温度均为720-780℃；
其中，所述N型DBR结构的周期数大于所述P型DBR结构的周期数。
8.根据权利要求7所述的垂直腔表面发射激光器，其特征在于，
所述N型DBR结构的周期数为30-34，所述P型DBR结构的周期数为28-32，所述周期性GaAs/InGaAs多量子阱层的周期数为3-6。
9.根据权利要求8所述的垂直腔表面发射激光器，其特征在于，
所述N型DBR结构的周期数为32，其中，每一周期所述N型DBR结构中AlGaAs的厚度为20nm，每一周期所述N型DBR结构中GaAs的厚度为48nm；
所述P型DBR结构的周期数为30，其中，每一周期所述P型DBR结构中AlGaAs的厚度为20nm；每一周期所述P型DBR结构中GaAs的厚度为48nm；
所述周期性GaAs/InGaAs多量子阱层的周期数为3，其中，每一周期所述周期性GaAs/InGaAs多量子阱层中GaAs的厚度为8nm，每一周期所述周期性GaAs/InGaAs多量子阱层中InGaAs的厚度为5nm。
10.根据权利要求9所述的垂直腔表面发射激光器，其特征在于，
所述N-GaAs衬底的厚度为300μm，所述N-GaAs缓冲层的厚度为500nm；
所述N-AlGaAs空间层的厚度为90nm，所述P-AlGaAs空间层的厚度为140nm。
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