CN117856037A

CN117856037A - 多结vcsel激光器及其堆叠结构和制造方法

Info

Publication number: CN117856037A
Application number: CN202311855051.8A
Authority: CN
Inventors: 赖威廷; 李念宜; 郭铭浩
Original assignee: Zhejiang Ruixi Technology Co ltd
Current assignee: Zhejiang Ruixi Technology Co ltd
Priority date: 2023-12-29
Filing date: 2023-12-29
Publication date: 2024-04-09

Abstract

公开了一种多结VCSEL激光器及其堆叠结构和制造方法。所述VCSEL堆叠结构包括：底部DBR层、顶部DBR层、至少二有源区、至少一隧道结和至少一氧化限制层；所述有源区、所述隧道结和所述氧化限制层相互叠置，且位于所述底部DBR层与所述顶部DBR层之间；每一所述有源区包括至少一P掺杂型结构层、至少一N型掺杂结构层和至少一量子阱，所述量子阱位于所述P掺杂型结构层和所述N型掺杂结构层之间；至少一所述氧化限制层最邻近的结构层为N型掺杂结构层。

Description

多结VCSEL激光器及其堆叠结构和制造方法

技术领域

本申请涉及半导体激光器领域，更为具体地涉及多结VCSEL激光器及其堆叠结构和制造方法。

背景技术

多结VCSEL激光器是指外延结构中设计有多个量子阱的VCSEL激光器，相邻量子阱之间可通过隧道结间隔开。在VCSEL激光器的应用中，多结VCSEL技术是实现高效率、高功率密度的关键技术之一。近年来，随着车载激光雷达以及其他应用产品对投射设备的高光功率及高光功率密度的需求，多结VCSEL外延结构设计也随之蓬勃发展。

在多结VCSEL外延结构中设计有多个氧化限制层P1，如说明书附图之图1所示。氧化限制层P1主要通过氧化至少一结构层形成。具体地，在多结VCSEL激光器制造过程中，先在衬底层上堆叠多个结构层，其中，至少一结构层被用作后续形成氧化限制层P1的限制层形成层；在后续工序中，对所述限制层形成层进行氧化，使得所述限制层形成层被部分氧化，被部分氧化的限制层形成层形成氧化限制层P1。

多结VCSEL外延结构中，多个氧化限制层P1是随着单结结构直接堆叠形成的，设计较为简单。氧化限制层P1的被氧化部分P0用于限制电流的流动区域，可提供直接的电流局限能力；同时，氧化限制层P1的被氧化的部分 P0的折射率较低，也可以在一定程度上达到光学局限的效果；因此，氧化限制层P1是VCSEL外延结构中常用的电流限制结构。

然而，目前的氧化限制层P1在实际应用中存在一些问题。具体地，在VCSEL外延结构中，氧化限制层P1的氧化长度或氧化深度与VCSLE的光电性能，例如，光功率、电压、发散角等，息息相关。在多结VCSEL外延结构中，不仅需要控制单个氧化限制层P1的氧化长度或氧化深度，还需要控制每个氧化限制层P1的氧化长度或氧化深度，进而控制各个氧化限制层P1的相对氧化长度或氧化深度，使得各个氧化限制层P1的氧化长度或氧化深度按照预期的趋势呈现。例如，在一些实际应用中，期望各个氧化限制层P1的氧化长度一致，如说明书附图之图1所示；在另一些实际应用中，期望各个氧化限制层P1的氧化长度从上至下逐渐减小，如说明书附图之图2所示。然而，在实际的外延生长和结构层氧化过程中，各个氧化限制层P1的氧化长度或氧化深度较难控制，容易偏离预期的氧化限制层P1的氧化长度或氧化深度。例如，期望各个氧化限制层P1的氧化长度一致，然而实际形成的多个氧化限制层P1的氧化长度各不相同。

因此，需要一种新型的多结VCSEL激光器设计方案，来提高对限制层的可控性。

发明内容

本申请的一个优势在于提供了一种多结VCSEL激光器及其堆叠结构和制造方法，其中，所述多结VCSEL激光器提供了一种新型的多结VCSEL激光器结构设计方案，能够提高对氧化限制层的氧化长度或氧化深度的可控性，使得氧化限制层的实际氧化长度或氧化深度尽可能地接近预期的氧化长度或氧化深度。

本申请的另一个优势在于提供了一种多结VCSEL激光器及其堆叠结构和制造方法，其中，本申请所提供的多结VCSEL激光器结构设计方案相比于传统的VCSEL激光器结构设计方案主要在VCSEL激光器的个别结构层的掺杂类型上做了调整，改造难度较低；也就是，本申请通过对传统的VCSEL激光器结构较为简单的改造即可较大程度地改善对氧化限制层的氧化长度或氧化深度的可控性。

本申请的又一个优势在于提供了一种多结VCSEL激光器及其堆叠结构和制造方法，其中，本申请所提供的多结VCSEL激光器结构设计方案相比于传统的VCSEL激光器结构设计方案主要在VCSEL激光器的个别结构层的掺杂类型上做了调整，相应地，本申请的多结VCSEL激光器在制造过程中能够沿用原有的VCSEL激光器的生产线和生产设备，能够有效地降低多结VCSEL激光器的生产成本。

为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，根据本申请的一个方面，提供了一种VCSEL堆叠结构，其包括：

底部DBR层、顶部DBR层、至少二有源区、至少一隧道结和至少一氧化限制层；所述有源区、所述隧道结和所述氧化限制层相互叠置，且位于所述底部DBR层与所述顶部DBR层之间；

每一所述有源区包括至少一P掺杂型结构层、至少一N型掺杂结构层和至少一量子阱，所述量子阱位于所述P掺杂型结构层和所述N型掺杂结构层之间；至少一所述氧化限制层最邻近的结构层为N型掺杂结构层。

在根据本申请的VCSEL堆叠结构的一实施方式中，每一所述氧化限制层最邻近的结构层为N型掺杂结构层。

在根据本申请的VCSEL堆叠结构的一实施方式中，每一所述有源区的N型掺杂结构层位于所述有源区的P掺杂型结构层的上侧，每一所述氧化限制层位于与其相邻的所述有源区的上侧。

在根据本申请的VCSEL堆叠结构的一实施方式中，每一所述有源区的N型掺杂结构层位于所述有源区的P掺杂型结构层的下侧，每一所述氧化限制层位于与其相邻的所述有源区的下侧。

在根据本申请的VCSEL堆叠结构的一实施方式中，所述VCSEL堆叠结构包括多个所述氧化限制层，仅部分所述氧化限制层最邻近的结构层为N型掺杂结构层。

在根据本申请的VCSEL堆叠结构的一实施方式中，每一所述有源区的N型掺杂结构层位于所述有源区的P掺杂型结构层的上侧，仅部分所述氧化限制层位于所述有源区的上侧。

在根据本申请的VCSEL堆叠结构的一实施方式中，每一所述有源区的N型掺杂结构层位于所述有源区的P掺杂型结构层的下侧，仅部分所述氧化限制层位于所述有源区的下侧。

在根据本申请的VCSEL堆叠结构的一实施方式中，与所述氧化限制层相邻的P掺杂型结构层包括至少一AlGaAs材料层，与所述氧化限制层相邻的P掺杂型结构层的AlGaAs材料层的铝含量范围为大于等于0.0，且小于等于0.9；与所述氧化限制层相邻的N型掺杂结构层包括至少一AlGaAs材料层，与所述氧化限制层相邻的N型掺杂结构层的AlGaAs材料层的铝含量范围为大于等于0.0，且小于等于0.9。

在根据本申请的VCSEL堆叠结构的一实施方式中，所述氧化限制层的铝含量范围为大于等于0.9，且小于等于1.0。

根据本申请的另一个方面，提供了一种多结VCSEL激光器，其包括：

外延结构，所述外延结构包括衬底层和VCSEL堆叠结构，所述VCSEL堆叠结构叠置于所述衬底层上，所述VCSEL堆叠结构包括：底部DBR层、顶部DBR层、至少二有源区、至少一隧道结和至少一氧化限制层；所述有源区、所述隧道结和所述氧化限制层相互叠置，且位于所述底部DBR层与所述顶部DBR层之间；每一所述有源区包括至少一P掺杂型结构层、至少一N型掺杂结构层和至少一量子阱，所述量子阱位于所述P掺杂型结构层和所述N型掺杂结构层之间；至少一所述氧化限制层最邻近的结构层为N型掺杂结构层；

第一电极，所述第一电极连接于所述外延结构；以及

第二电极，所述第二电极连接于所述外延结构。

根据本申请的又一个方面，提供了一种多结VCSEL激光器的制造方法，其包括：

形成外延结构，所述外延结构包括衬底层和VCSEL堆叠结构，所述VCSEL堆叠结构叠置于所述衬底层上，所述VCSEL堆叠结构包括：底部DBR层、顶部DBR层、至少二有源区、至少一隧道结和至少一氧化限制层；所述有源区、所述隧道结和所述氧化限制层相互叠置，且位于所述底部DBR层与所述顶部DBR层之间；每一所述有源区包括至少一P掺杂型结构层、至少一N型掺杂结构层和至少一量子阱，所述量子阱位于所述P掺杂型结构层和所述N型掺杂结构层之间；至少一所述氧化限制层最邻近的结构层为N型掺杂结构层；和

形成第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别连接于所述外延结构。

在根据本申请的多结VCSEL激光器的制造方法的一实施方式中，形成外延结构，包括：对限制层形成层进行氧化，以形成所述氧化限制层；在对所述限制层形成层进行氧化的过程中，向所述限制层形成层通入氮气、氢气、空气、水蒸气中的一种或多种。

在根据本申请的多结VCSEL激光器的制造方法的一实施方式中，在对所述限制层形成层进行氧化的过程中，反应温度为大于等于200℃且小于等于500℃。

在根据本申请的多结VCSEL激光器的制造方法的一实施方式中，在对所述限制层形成层进行氧化的过程中，反应时间为大于等于30s且小于等于30min。

通过对随后的描述和附图的理解，本申请进一步的目的和优势将得以充分体现。

本申请的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

从下面结合附图对本申请实施例的详细描述中，本申请的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：

图1图示了现有的VCSEL外延结构中多个氧化限制层的一实施方式的示意图。

图2图示了现有的VCSEL外延结构中多个氧化限制层的另一实施方式的示意图。

图3图示了根据本申请实施例的多结VCSEL激光器的一实施方式的截面示意图。

图4图示了根据本申请实施例的多结VCSEL激光器的另一实施方式的截面示意图。

图5图示了根据本申请实施例的多结VCSEL激光器的又一实施方式的截面示意图。

图6图示了根据本申请实施例的多结VCSEL激光器的又一实施方式的截面示意图。

图7图示了根据本申请实施例的多结VCSEL激光器的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

以下说明书和权利要求中使用的术语和词不限于字面的含义，而是仅由发明人使用以使得能够清楚和一致地理解本申请。因此，对本领域技术人员很明显仅为了说明的目的而不是为了如所附权利要求和它们的等效物所定义的限制本申请的目的而提供本申请的各种实施例的以下描述。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

虽然比如“第一”、“第二”等的序数将用于描述各种组件，但是在这里不限制那些组件。该术语仅用于区分一个组件与另一组件。例如，第一组件可以被称为第二组件，且同样地，第二组件也可以被称为第一组件，而不脱离本申请构思的教导。在此使用的术语“和/或”包括一个或多个关联的列出的项目的任何和全部组合。

在这里使用的术语仅用于描述各种实施例的目的且不意在限制。如在此使用的，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地指示例外。另外将理解术语“包括”和/或“具有”当在该说明书中使用时指定所述的特征、数目、步骤、操作、组件、元件或其组合的存在，而不排除一个或多个其它特征、数目、步骤、操作、组件、元件或其组的存在或者附加。

申请概述：如前所述，在实际的外延生长和结构层氧化过程中，各个氧化限制层的氧化长度或氧化深度较难控制，容易偏离预期的氧化限制层的氧化长度或氧化深度。例如，期望各个氧化限制层的氧化长度一致，然而实际形成的多个氧化限制层的氧化长度各不相同。

理论上，可在外延结构设计和生长阶段调控用于形成氧化限制层的限制层形成层的元素含量比或厚度，进而影响后续形成的氧化限制层的氧化长度或氧化深度。

值得一提的是，本申请的发明人发现，在外延生长和结构层氧化过程中，与限制层形成层相邻的结构层的结构，例如，元素含量比、掺杂浓度、结构层厚度等，会影响限制层形成层的结构，进而影响最终的氧化限制层的氧化长度或氧化深度。

更进一步地，当与限制层形成层相邻的结构层为P型掺杂的结构层时，对所述限制层形成层的结构影响较大。在VCSEL外延结构中，隧道结越多，P型掺杂的结构层越多，各个P型掺杂结构层对所述限制层形成层联合作用，对所述限制层形成层的影响越大。因此，在多结VCSEL外延结构中，P型掺杂的结构层对所述限制层形成层的结构的影响尤为突出，进而对所述限制层形成层后续的氧化结果的影响尤其明显，使得最终形成的氧化限制层的结构更加难以控制。然而，现有的多结VCSEL激光器中，通常氧化限制层和氧化限制层所邻近的结构层均为P型掺杂的结构层。

基于此，本申请提出将所述限制层形成层邻近的结构层设计为N型掺杂结构层，以大幅度地减少对所述限制层形成层的结构的影响，进而提高对后续形成的氧化限制层的结构的可控性，以保证VCSEL激光器的性能稳定性和良率。相应地，将所述限制层形成层邻近的结构层设计为N型掺杂结构层在最终成型的VCSEL激光器的结构中表现为所述氧化限制层所邻近的结构层为N型掺杂结构层。

相应地，本申请提出一种VCSEL堆叠结构，其包括：底部DBR层、顶部DBR层、至少二有源区、至少一隧道结和至少一氧化限制层；所述有源区、所述隧道结和所述氧化限制层相互叠置，且位于所述底部DBR层与所述顶部DBR层之间；每一所述有源区包括至少一P掺杂型结构层、至少一N型掺杂结构层和至少一量子阱，所述量子阱位于所述P掺杂型结构层和所述N型掺杂结构层之间；至少一所述氧化限制层最邻近的结构层为N型掺杂结构层。

本申请还提出了一种VCSEL激光器，其包括：外延结构、第一电极和第二电极。所述外延结构包括衬底层和VCSEL堆叠结构，所述VCSEL堆叠结构叠置于所述衬底层上，所述VCSEL堆叠结构包括：底部DBR层、顶部DBR层、至少二有源区、至少一隧道结和至少一氧化限制层；所述有源区、所述隧道结和所述氧化限制层相互叠置，且位于所述底部DBR层与所述顶部DBR层之间；每一所述有源区包括至少一P掺杂型结构层、至少一N型掺杂结构层和至少一量子阱，所述量子阱位于所述P掺杂型结构层和所述N型掺杂结构层之间；至少一所述氧化限制层最邻近的结构层为N型掺杂结构层。所述第一电极和所述第二电极分别连接于所述外延结构。

在介绍本申请的基本原理之后，下面将参考附图来具体介绍本申请的各种非限制性实施例。

示意性多结VCSEL激光器：如图3至图6所示，根据本申请实施例的多结VCSEL激光器 1被阐明。所述多结VCSEL激光器 1提供了一种新型的多结VCSEL激光器 1设计方案，能够提高对氧化限制层 124的结构特征，例如，氧化长度或氧化深度的可控性，使得氧化限制层 124的实际氧化长度或氧化深度尽可能地接近预期的氧化长度或氧化深度。具体地，本申请的多结VCSEL激光器 1中，主要对多结VCSEL激光器 1的氧化限制层 124的邻近层的结构进行了设计，使得所述VCSEL激光器的氧化限制层 124的邻近层为N型掺杂结构层。

在本申请实施例中，所述多结VCSEL激光器 1包括外延结构 10、第一电极 20和第二电极 30，其中，所述第一电极 20和所述第二电极 30分别连接于所述外延结构 10。所述外延结构 10包括多个结构层。具体地，所述外延结构 10包括衬底层 11和VCSEL堆叠结构12。所述VCSEL堆叠结构 12叠置于所述衬底层 11上。所述VCSEL堆叠结构 12包括：底部DBR层 121、顶部DBR层 125、至少二有源区 122、至少一隧道结 123和至少一氧化限制层 124。相应地，所述外延结构 10的多个结构层包括衬底层 11和VCSEL堆叠结构 12中的多个结构层，其中，所述VCSEL堆叠结构 12中的多个结构层包括底部DBR层 121、顶部DBR层 125、至少二有源区 122、至少一隧道结 123和至少一氧化限制层 124。

所述底部DBR层 121形成于所述衬底层 11上；所述有源区 122、所述隧道结 123和所述氧化限制层 124相互叠置，且所述有源区 122、所述隧道结 123和所述氧化限制层124位于所述底部DBR层 121与所述顶部DBR层 125之间。所述外延结构 10还包括顶部电极接触层 126，所述顶部电极接触层 126形成于所述顶部DBR层 125上。所述第一电极 20和所述第二电极 30的形成位置并不为本申请所局限。例如，所述第一电极 20形成于所述顶部电极接触层 126上，所述第二电极 30叠置于所述衬底层 11，或者叠置于所述底部DBR层121，或者其他位置。

所述衬底层 11可被实施为N型衬底层，也可被实施为P型衬底层，所述衬底层 11的制成材料可为掺杂型InP、GaN、GaAs等材料。

所述底部DBR层 121和所述顶部DBR层 125的掺杂类型可根据需求设置。相应地，所述底部DBR层 121可被实施为底部N-DBR层，也可被实施为底部P-DBR层。所述顶部DBR层125可被实施为顶部N-DBR层，也可被实施为顶部P-DBR层。

N-DBR层由N型掺杂的高、低反射率材料交替层形成，可为但不限于由N型掺杂的高反射率和低反射率的Al_xGa_1-xAs (x=1~0)的交替层形成。P-DBR层由P型掺杂的高、低反射率材料交替层形成，可为但不限于由P型掺杂的高反射率和低反射率的Al_xGa_1-xAs (x=1~0)的交替层形成。相应地，N-DBR层包括至少一N型掺杂结构层，所述N-DBR层的N型掺杂结构层的制成材料可为N型掺杂的Al_xGa_1-xAs (x=1~0)，所述N-DBR层的N型掺杂结构层包括至少一AlGaAs材料层；P-DBR层包括至少一P型掺杂结构层，所述P-DBR层的P型掺杂结构层的制成材料可为P型掺杂的Al_xGa_1-xAs (x=1~0)，所述P-DBR层的P型掺杂结构层包括至少一AlGaAs材料层。

所述隧道结 123用于反转所述底部DBR层 121与所述顶部DBR层 125之间的载流子类型。例如，所述隧道结 123可将载流子从底部DBR层 121转换至P型掺杂结构层。隧道结123由至少一层P型掺杂结构层和至少一层N型掺杂结构层组合而成。所述隧道结 123的N型掺杂结构层和P型掺杂结构层的制成材料可以为Al_xGa_1-xAs(x=1~0)。换言之，可选地，所述隧道结 123的P型掺杂结构层可以包括至少一AlGaAs材料层，所述隧道结 123的N型掺杂结构层包括可以至少一AlGaAs材料层。应可以理解，所述隧道结 123的P型掺杂结构层和N型掺杂结构层也可由其他材料制成。且隧道结 123的P型掺杂结构层和N型掺杂结构层的掺杂浓度均是高掺杂浓度(>5e¹⁸ cm^-3)。

所述隧道结 123可设置于所述有源区 122的上侧，也可设置于所述有源区 122的下侧。

所述有源区 122在所述顶部DBR层 125与所述底部DBR层 121之间形成谐振腔，其中，光子在被激发后在所述谐振腔内来回反射不断重复放大以形成激光振荡，从而形成了激光。本领域普通技术人员应知晓，通过对所述顶部DBR层 125、所述底部DBR层 121以及隧道结 123的配置和设计能够可选择地控制激光的出射方向，例如，从所述底部DBR层 121出射，或者，从所述顶部DBR层 125出射。相应地，所述顶部DBR层 125、所述底部DBR层 121和所述隧道结 123被配置为在所述多结VCSEL激光器 1被导通后，由所述有源区 122产生的激光在所述顶部DBR层 125与所述底部DBR层 121之间形成的谐振腔内被多次反射后从所述顶部DBR层 125，或者，所述底部DBR层 121出射。

每一所述有源区 122包括至少一P型掺杂结构层和至少一N型掺杂结构层，所述P型掺杂结构层和所述N型掺杂结构层之间形成量子阱 1230。所述有源区 122的N型掺杂结构层和P型掺杂结构层的制成材料可以为Al_xGa_1-xAs(x=1~0)。换言之，可选地，所述有源区122的P型掺杂结构层可包括至少一AlGaAs材料层，所述有源区 122的N型掺杂结构层可包括至少一AlGaAs材料层。应可以理解，所述有源区 122的P型掺杂结构层和N型掺杂结构层也可由其他材料制成。

在一些实施方式中，所述有源区 122的P型掺杂结构层位于所述有源区 122的N型掺杂结构层的上方。在另一些实施方式中，所述有源区 122的N型掺杂结构层位于所述有源区 122的P型掺杂结构层的上方。

所述多结VCSEL激光器 1的多个结构层分别包括至少一P型掺杂结构层和/或至少一N型掺杂结构层，在本申请实施例中，为了区分不同结构层中P型掺杂结构层和N型掺杂结构层，将所述隧道结 123的P型掺杂结构层称为结P型掺杂结构层，将所述隧道结 123的N型掺杂结构层称为结N型掺杂结构层；将所述有源区 122的P型掺杂结构层称为有源P型掺杂结构层 1210；将所述有源区 122的N型掺杂结构层称为有源N型掺杂结构层 1220；将所述顶部DBR层 125的P型掺杂结构层称为顶部镜P型掺杂结构层；将所述顶部DBR层 125的N型掺杂结构层称为顶部镜N型掺杂结构层；将所述底部DBR层 121的P型掺杂结构层称为底部镜P型掺杂结构层；将所述底部DBR层 121的N型掺杂结构层称为底部镜N型掺杂结构层。

所述氧化限制层 124具有位于其中央的中央区域和环绕于所述中央区域的外围区域，其中，所述氧化限制层 124的中央区域形成限制孔，其外围区域形成限制区域。

所述多结VCSEL激光器 1被导通后，电流被氧化限制层 124限制流向，其最终被导入所述多结VCSEL激光器 1的中部区域，以使得所述有源区 122的中部区域产生激光。具体地，所述限制区域具有较高的电阻率以限制载流子流入所述多结VCSEL激光器 1的中部区域，且所述限制区域的折射率较低以对光子进行横向限制，载流子和光学横向限制增加了所述有源区 122内的载流子和光子的密度，提高了在所述有源区 122内产生光的效率。

如前所述，本申请的多结VCSEL激光器 1中，主要对多结VCSEL激光器 1的氧化限制层 124的邻近层的结构进行了设计，使得所述VCSEL激光器的氧化限制层 124的邻近层为N型掺杂结构层。相应地，在本申请实施例中，至少一所述氧化限制层 124最邻近的结构层为N型掺杂结构层。

所述氧化限制层 124与所述有源区 122和隧道结 123相邻近，可以通过调整所述氧化限制层 124与所述有源区 122的位置关系、所述氧化限制层 124与所述隧道结 123的位置关系、所述有源区 122的结构，以及，所述隧道结 123的结构来实现所述氧化限制层124最邻近的结构层为N型掺杂结构层。

本申请实施例中，所述有源区 122、所述氧化限制层 124和所述隧道结 123的个数并不为本申请所局限。下面以所述VCSEL堆叠结构 12设置有三个有源区 122、三个氧化限制层 124和两个隧道结 123为例对所述VCSEL堆叠结构 12的结构配置进行说明。所述VCSEL堆叠结构 12包括三个所述有源区 122，三个所述有源区 122分别为：第一有源区1221、第二有源区 1222和第三有源区 1223；所述VCSEL堆叠结构 12包括两个隧道结 123，两个所述隧道结 123分别为：第一隧道结 1231和第二隧道结 1232；所述VCSEL堆叠结构12包括三个氧化限制层 124，三个所述氧化限制层 124分别为：第一氧化限制层 1241、第二氧化限制层 1242第三氧化限制层 1243。

应可以理解，所述有源区 122、所述氧化限制层 124和所述隧道结 123的个数也可以为其他配置，例如，所述隧道结 123的个数可大于2或小于2，例如，所述有源区 122的数量可大于3或者小于3，所述氧化限制层 124的数量也可大于3或小于3。

在本申请的一些实施方式中，每一所述氧化限制层 124最邻近的结构层为N型掺杂结构层。且每一所述有源区 122的N型掺杂结构层位于所述有源区 122的P掺杂型结构层的上侧，每一所述氧化限制层 124位于与其相邻的所述有源区 122的上侧。

例如，在本申请的一个示例中，如图3所示，所述第一有源区 1221形成于所述底部DBR层 121的上侧，所述第一氧化限制层 1241形成于所述第一有源区 1221的上侧，所述第一隧道结 1231形成于所述第一氧化限制层 1241的上侧；所述第二有源区 1222形成于所述第一隧道结 1231的上侧，所述第二氧化限制层 1242形成于所述第二有源区 1222的上侧，所述第二隧道结 1232形成于所述第二氧化限制层 1242的上侧；所述第三有源区 1223形成于所述第二隧道结 1232的上侧，所述第三氧化限制层 1243形成于所述第三有源区1223的上侧。也就是，所述第一有源区 1221、所述第一氧化限制层 1241、所述第一隧道结1231、所述第二有源区 1222、所述第二氧化限制层 1242、所述第二隧道结 1232、所述第三有源区 1223、所述第三氧化限制层 1243自下而上依次叠置于所述底部DBR层 121上。

与所述第一氧化限制层 1241最邻近的结构层为所述第一有源区 1221的上部的结构层和所述第一隧道结 1231下部的结构层。相应地，所述第一有源区 1221的N型掺杂结构层，即，所述第一有源区 1221的有源N型掺杂结构层 1220位于所述第一有源区 1221的P掺杂型结构层，即，所述第一有源区 1221的有源P型掺杂结构层 1210的上侧，所述第一氧化限制层 1241位于所述第一有源区 1221的N掺杂型结构层，即，所述第一有源区 1221的有源N型掺杂结构层 1220的上侧。优选地，所述第一隧道结 1231的N型掺杂结构层位于所述第一隧道结 1231的P型掺杂结构层的下侧。

与所述第二氧化限制层 1242最邻近的结构层为所述第二有源区 1222的上部的结构层和所述第二隧道结 1232下部的结构层。相应地，所述第二有源区 1222的N型掺杂结构层，即，所述第二有源区 1222的有源N型掺杂结构层 1220位于所述第二有源区 1222的P掺杂型结构层，即，所述第二有源区 1222的有源P型掺杂结构层 1210的上侧，所述第二氧化限制层 1242位于所述第二有源区 1222的N掺杂型结构层，即，所述第二有源区 1222的有源N型掺杂结构层 1220的上侧。优选地，所述第二隧道结 1232的N型掺杂结构层位于所述第二隧道结 1232的P型掺杂结构层的下侧。

与所述第三氧化限制层 1243最邻近的结构层为所述第三有源区 1223的上部的结构层和所述顶部DBR层 125的下部的结构层。相应地，所述第三有源区 1223的N型掺杂结构层，即，所述第三有源区 1223的有源N型掺杂结构层 1220位于所述第三有源区 1223的P掺杂型结构层，即，所述第三有源区 1223的有源P型掺杂结构层 1210的上侧，所述第三氧化限制层 1243位于所述第三有源区 1223的N掺杂型结构层，即，所述第三有源区 1223的有源N型掺杂结构层 1220的上侧。优选地，所述顶部DBR层 125为顶部N-DBR层。

在本申请的另一些实施方式中，每一所述氧化限制层 124最邻近的结构层为N型掺杂结构层。且每一所述有源区 122的N型掺杂结构层位于所述有源区 122的P掺杂型结构层的下侧，每一所述氧化限制层 124位于与其相邻的所述有源区 122的下侧。

例如，在本申请的一个示例中，如图4所示，所述第一氧化限制层 1241形成于所述底部DBR层 121的上侧，所述第一有源区 1221形成于所述第一氧化限制层 1241的上侧，所述第一隧道结 1231形成于所述第一有源区 1221的上侧；所述第二氧化限制层 1242形成于所述第一隧道结 1231的上侧，所述第二有源区 1222形成于所述第二氧化限制层 1242的上侧，所述第二隧道结 1232形成于所述第二有源区 1222的上侧；所述第三氧化限制层1243形成于所述第二隧道结 1232的上侧，所述第三有源区 1223形成于所述第三氧化限制层 1243的上侧。也就是，所述第一氧化限制层 1241、所述第一有源区 1221、所述第一隧道结 1231、所述第二氧化限制层 1242、所述第二有源区 1222、所述第二隧道结 1232、所述第三氧化限制层 1243、所述第三有源区 1223自下而上依次叠置于所述底部DBR层 121上。

与所述第一氧化限制层 1241最邻近的结构层为所述底部DBR层 121的上部的结构层和所述第一有源区 1221的下部的结构层。相应地，所述第一有源区 1221的N型掺杂结构层，即，所述第一有源区 1221的有源N型掺杂结构层 1220位于所述第一有源区 1221的P掺杂型结构层，即，所述第一有源区 1221的有源P型掺杂结构层 12210的下侧，所述第一氧化限制层 1241位于所述第一有源区 1221的N掺杂型结构层，即，所述第一有源区 1221的有源N型掺杂结构层 1220的下侧。优选地，所述底部DBR层 121为底部N-DBR层。

与所述第二氧化限制层 1242最邻近的结构层为所述第二有源区 1222的下部的结构层和所述第一隧道结 1231上部的结构层。相应地，所述第二有源区 1222的N型掺杂结构层，即，所述第二有源区 1222的有源N型掺杂结构层 1220位于所述第二有源区 1222的P掺杂型结构层，即，所述第二有源区 1222的有源P型掺杂结构层 1210的下侧，所述第二氧化限制层 1242位于所述第二有源区 1222的N掺杂型结构层的下侧。优选地，所述第一隧道结 1231的N型掺杂结构层位于所述第二隧道结 1232的P型掺杂结构层的上侧。

与所述第三氧化限制层 1243最邻近的结构层为所述第三有源区 1223的下部的结构层和所述第二隧道结 1232的上部的结构层。相应地，所述第三有源区 1223的N型掺杂结构层，即，所述第三有源区 1223的有源N型掺杂结构层 1220位于所述第三有源区 1223的P掺杂型结构层，即，所述第三有源区 1223的有源P型掺杂结构层 1210的下侧，所述第三氧化限制层 1243位于所述第三有源区 1223的N掺杂型结构层，即，所述第三有源区 1223的有源N型掺杂结构层 1220的下侧。优选地，所述第二隧道结 1232的N型掺杂结构层位于所述第二隧道结 1232的P型掺杂结构层的上侧。

在本申请的又一些实施方式中，仅部分所述氧化限制层 124最邻近的结构层为N型掺杂结构层，也就是，至少一所述氧化限制层 124最邻近的结构层为P型掺杂结构层或者非掺杂型结构层。且每一所述有源区 122的N型掺杂结构层位于所述有源区 122的P掺杂型结构层的上侧，仅部分所述氧化限制层 124位于所述有源区 122的上侧。

例如，在本申请的一个示例中，如图5所示，多个所述氧化限制层 124中最底层的氧化限制层 124，即，第一氧化限制层 1241，位于与其最邻近的所述有源区 122的下侧。所述第一氧化限制层 1241形成于所述底部DBR层 121的上侧，所述第一有源区 1221形成于所述第一氧化限制层 1241的上侧，所述第一隧道结 1231形成于所述第一有源区 1221的上侧；所述第二有源区 1222形成于所述第一隧道结 1231的上侧，所述第二氧化限制层1242形成于所述第二有源区 1222的上侧，所述第二隧道结 1232形成于所述第二氧化限制层 1242的上侧；所述第三有源区 1223形成于所述第二隧道结 1232的上侧，所述第三氧化限制层 1243形成于所述第三有源区 1223的上侧。也就是，所述第一氧化限制层 1241、所述第一有源区 1221、所述第一隧道结 1231、所述第二有源区 1222、所述第二氧化限制层1242、所述第二隧道结 1232、所述第三有源区 1223、所述第三氧化限制层 1243自下而上依次叠置于所述底部DBR层 121上。

与所述第一氧化限制层 1241最邻近的结构层为所述底部DBR层 121的上部的结构层和所述第一有源区 1221的下部的结构层。相应地，所述第一有源区 1221的N型掺杂结构层，即，所述第一有源区 1221的有源N型掺杂结构层 1220位于所述第一有源区 1221的P掺杂型结构层，即，所述第一有源区 1221的有源P型掺杂结构层 1210的上侧，所述第一氧化限制层 1241位于所述第一有源区 1221的P掺杂型结构层，即，所述第一有源区 1221的有源P型掺杂结构层 1210的下侧。

应可以理解，在其他实施例中，可实施为：每一所述有源区 122的N型掺杂结构层位于所述有源区 122的P掺杂型结构层的上侧，其他所述氧化限制层 124位于所述有源区122的下侧，例如，所述第二氧化限制层 1242位于所述第二有源区 1222的下侧，和/或，所述第三氧化限制层 1443位于所述第三有源区 1223的下侧。

在本申请的又一些实施方式中，仅部分所述氧化限制层 124最邻近的结构层为N型掺杂结构层，也就是，至少一所述氧化限制层 124最邻近的结构层为P型掺杂结构层或者非掺杂型结构层。且每一所述有源区 122的N型掺杂结构层位于所述有源区 122的P掺杂型结构层的下侧，仅部分所述氧化限制层 124位于所述有源区 122的下侧。

例如，在本申请的一个示例中，如图6所示，多个所述氧化限制层 124中最顶侧的氧化限制层 124，即，第三氧化限制层 1243，位于与其最邻近的所述有源区 122的下侧。所述第一氧化限制层 1241形成于所述底部DBR层 121的上侧，所述第一有源区 1221形成于所述第一氧化限制层 1241的上侧，所述第一隧道结 1231形成于所述第一有源区 1221的上侧；所述第二氧化限制层 1242形成于所述第一隧道结 1231的上侧，所述第二有源区1222形成于所述第二氧化限制层 1242的上侧，所述第二隧道结 1232形成于所述第二有源区 1222的上侧；所述第三有源区 1223形成于所述第二隧道结 1232的上侧，所述第三氧化限制层 1243形成于所述第三有源区 1223的上侧。也就是，所述第一氧化限制层 1241、所述第一有源区 1221、所述第一隧道结 1231、所述第二氧化限制层 1242、所述第二有源区1222、所述第二隧道结 1232、所述第三有源区 1223、所述第三氧化限制层 1243自下而上依次叠置于所述底部DBR层 121上。

与所述第一氧化限制层 1241最邻近的结构层为所述底部DBR层 121的上部的结构层和所述第一有源区 1221的下部的结构层。相应地，所述第一有源区 1221的N型掺杂结构层，即，所述第一有源区 1221的有源N型掺杂结构层 1220位于所述第一有源区 1221的P掺杂型结构层，即，所述第一有源区 1221的有源P型掺杂结构层 1210的下侧，所述第一氧化限制层 1241位于所述第一有源区 1221的N掺杂型结构层，即，所述第一有源区 1221的有源N型掺杂结构层 1220的下侧。优选地，所述底部DBR层 121为底部N-DBR层。

与所述第二氧化限制层 1242最邻近的结构层为所述第二有源区 1222的下部的结构层和所述第一隧道结 1231上部的结构层。相应地，所述第二有源区 1222的N型掺杂结构层，即，所述第二有源区 1222的有源N型掺杂结构层 1220位于所述第二有源区 1222的P掺杂型结构层，即，所述第二有源区 1222的有源P型掺杂结构层 1210的下侧，所述第二氧化限制层 1242位于所述第二有源区 1222的N掺杂型结构层，即，所述第二有源区 1222的有源N型掺杂结构层 1220的下侧。优选地，所述第一隧道结 1231的N型掺杂结构层位于所述第二隧道结 1232的P型掺杂结构层的上侧。

与所述第三氧化限制层 1243最邻近的结构层为所述第三有源区 1223的上部的结构层和所述顶部DBR层 125的下部的结构层。相应地，所述第三有源区 1223的N型掺杂结构层，即，所述第三有源区 1223的有源N型掺杂结构层 1220位于所述第三有源区 1223的P掺杂型结构层，即，所述第三有源区 1223的有源P型掺杂结构层 1210的下侧，所述第三氧化限制层 1243位于所述第三有源区 1223的P掺杂型结构层，即，所述第三有源区 1223的有源P型掺杂结构层 1210的上侧。

应可以理解，在其他实施例中，可实施为：每一所述有源区 122的N型掺杂结构层位于所述有源区 122的P掺杂型结构层的下侧，至少部分所述氧化限制层 124位于所述有源区 122的上侧，例如，所述第二氧化限制层 1242位于所述第二有源区 1222的上侧，和/或，所述第三氧化限制层 1443位于所述第三有源区 1223的上侧。

与所述氧化限制层 124相邻的结构层的元素含量对氧化限制层 124的元素含量有影响。需根据需求配置与所述氧化限制层 124相邻的结构层的元素含量。在本申请实施例中，可选地，与所述氧化限制层 124相邻的P掺杂型结构层包括至少一AlGaAs材料层，与所述氧化限制层 124相邻的P掺杂型结构层的AlGaAs材料层的铝含量范围为大于等于0.0，且小于等于0.9；与所述氧化限制层 124相邻的N型掺杂结构层包括至少一AlGaAs材料层，与所述氧化限制层 124相邻的N型掺杂结构层的AlGaAs材料层的铝含量范围为大于等于0.0，且小于等于0.9。所述氧化限制层 124的铝含量范围为大于等于0.9，且小于等于1.0。应可以理解，与所述氧化限制层 124相邻的P掺杂型结构层和N型掺杂结构层的材料可为其他材料层，即，可不为AlGaAs材料层。

应可以理解，本申请中的对所述氧化限制层 124的邻近层的结构配置方案，即，至少一所述氧化限制层 124最邻近的结构层为N型掺杂结构层这样的结构配置方案，对多结VCSEL激光器 1的氧化限制层 124的结构可控性的调控作用尤为明显，因此，适用于多结VCSEL激光器 1；但也不仅适用于多结VCSEL激光器 1，也可适用于单结的VCSEL激光器或者没有设置隧道结的VCSEL激光器。也就是，至少一所述氧化限制层 124最邻近的结构层为N型掺杂结构层这样的结构配置方案在单结VCSEL激光器或者没有设置隧道结 123的VCSEL激光器中同样适用。

相应地，本申请还提出一种VCSEL激光器，其包括：外延结构 10、第一电极 20和第二电极 30，其中，所述第一电极 20和所述第二电极 30分别连接于所述外延结构 10。所述外延结构 10包括多个结构层。具体地，所述外延结构 10包括衬底层 11和VCSEL堆叠结构12。所述VCSEL堆叠结构 12叠置于所述衬底层 11上。所述VCSEL堆叠结构 12包括：底部DBR层 121、顶部DBR层 125、至少一有源区 122和至少一氧化限制层 124，所述有源区 122和所述氧化限制层 124相互叠置，且位于所述底部DBR层 121与所述顶部DBR层 125之间；每一所述有源区 122包括至少一P掺杂型结构层和至少一N型掺杂结构层；至少一所述氧化限制层 124最邻近的结构层为N型掺杂结构层。所述VCSEL激光器与上述多结VCSEL激光器 1不同之处在于所述隧道结 123的数量不限，可以为0，1，2，3，或者更多。

示意性多结VCSEL激光器的制造方法：相应地，在本申请实施例中，提出一种多结VCSEL激光器的制造方法。如图7所示，其包括：S110，形成外延结构 10，所述外延结构 10包括衬底层 11和VCSEL堆叠结构 12，所述VCSEL堆叠结构 12叠置于所述衬底层 11上，所述VCSEL堆叠结构 12包括：底部DBR层 121、顶部DBR层 125、至少二有源区 122、至少一隧道结 123和至少一氧化限制层 124；所述有源区 122、所述隧道结 123和所述氧化限制层124相互叠置，且位于所述底部DBR层 121与所述顶部DBR层 125之间；每一所述有源区 122包括至少一P掺杂型结构层、至少一N型掺杂结构层和至少一量子阱 1230，所述量子阱1230位于所述P掺杂型结构层和所述N型掺杂结构层之间；至少一所述氧化限制层 124最邻近的结构层为N型掺杂结构层；和S120，形成第一电极 20和第二电极 30，所述第一电极 20和所述第二电极 30分别连接于所述外延结构 10。

在步骤S110中，形成外延结构 10。具体地，形成所述外延结构 10的具体实施方式并不为本申请所局限。在本申请的一个实施方式中，首先，提供一衬底层 11。

接着，通过外延生长工艺在所述衬底层 11上生长叠置于所述衬底层 11的底部半导体交替层、至少一限制层形成层、至少一隧道结形成层、至少二有源区形成层、顶部半导体交替层和顶部接触层形成层，以形成外延生长层结构，其中，所述有源区形成层包括至少一P型掺杂结构层和至少一N型掺杂结构层，所述有源区形成层的P型掺杂结构层包括至少一AlGaAs材料层，所述有源区 122的N型掺杂结构层包括至少一AlGaAs材料层；相应地，所述外延生长层结构包括叠置于所述衬底层 11的底部半导体交替层、至少一限制层形成层、至少二隧道结形成层、至少一有源区形成层、顶部半导体交替层和顶部接触层形成层。在形成外延生长层结构的过程中，需留意各个结构层的排布，以保证至少一所述限制层形成层所邻近的结构层为N型掺杂结构层，进而保证后续形成的至少一所述氧化限制层 124最邻近的结构层为N型掺杂结构层，提高对氧化限制层 124的结构的可控性。

接着，定义出VCSEL激光器形成区，通过蚀刻工艺去除所述外延生长层结构的VCSEL激光器形成区之外的部分，以使得所述外延生长层结构被分隔为用于形成多个所述多结VCSEL激光器 1的多个单元结构。具体地，所述外延生长层结构的每层结构（即，底部半导体交替层、至少一限制层形成层、至少二隧道结形成层、至少一有源区形成层、顶部半导体交替层和顶部接触层形成层）分别被分隔为多个单元结构。每一单元结构包括：底部半导体交替层子单元区、限制层形成层子单元区、隧道结形成层子单元区、有源区形成层子单元区、顶部半导体交替层子单元区和顶部接触层形成层子单元区。

对所述单元结构进行氧化处理，使得所述限制层形成层，即，每个单元结构的限制层形成层子单元区，被氧化处理，以形成氧化限制层 124，其中，所述单元结构中所述限制层形成层子单元区的靠近所述单元结构外边缘的部分被氧化，进而形成限制区域；所述限制层形成层子单元区的靠近所述单元结构的中心的部分未被氧化，形成所述限制区域内的限制孔。在对所述限制层形成层进行氧化的过程中，向所述限制层形成层通入氮气、氢气、空气、水蒸气中的一种或多种，反应温度为大于等于200℃且小于等于500℃，反应时间为大于等于30s且小于等于30min。这样，每一被氧化后的单元结构和所述衬底层 11形成所述外延结构 10，其中，所述底部半导体交替层子单元区形成所述底部DBR层 121，所述限制层形成层子单元区形成具有限制孔的氧化限制层 124，所述隧道结形成层子单元区形成隧道结123，所述有源区形成层子单元区形成所述有源区 122，所述顶部半导体交替层子单元区形成顶部DBR层 125，所述顶部接触层形成层子单元区形成顶部电极接触层 126。在本申请实施例中，可将所述衬底层 11减薄。

在步骤S120中，形成第一电极 20和第二电极 30。具体地，在所述顶部电极接触层126上镀设金属，该被镀设于所述顶部电极接触层 126的金属形成第一电极 20。在所述衬底层 11的下表面或者其他位置，例如，底部DBR层 121，镀设金属，该被镀设于衬底层 11的下表面或者其他位置的金属形成所述第二电极 30。

值得一提的是，本申请所提供的多结VCSEL激光器 1结构设计方案相比于传统的VCSEL激光器结构设计方案主要在VCSEL激光器的个别结构层的掺杂类型上做了调整，改造难度较低；也就是，本申请通过对传统的VCSEL激光器结构较为简单的改造即可较大程度地改善对氧化限制层 124的氧化长度或氧化深度的可控性。相应地，本申请的多结VCSEL激光器 1在制造过程中能够沿用原有的VCSEL激光器的生产线和生产设备，能够有效地降低多结VCSEL激光器 1的生产成本。

综上，基于本申请实施例的VCSEL多结VCSEL激光器 1及其堆叠结构 12和制造方法被阐明，所述多结VCSEL激光器 1提供了一种新型的多结VCSEL激光器结构设计方案，能够提高对氧化限制层 124的氧化长度或氧化深度的可控性，使得氧化限制层 124的实际氧化长度或氧化深度尽可能地接近预期的氧化长度或氧化深度。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

Claims

1.一种VCSEL堆叠结构，其特征在于，包括：底部DBR层、顶部DBR层、至少二有源区、至少一隧道结和至少一氧化限制层；所述有源区、所述隧道结和所述氧化限制层相互叠置，且位于所述底部DBR层与所述顶部DBR层之间；

2.根据权利要求1所述的VCSEL堆叠结构，其中，每一所述氧化限制层最邻近的结构层为N型掺杂结构层。

3.根据权利要求2所述的VCSEL堆叠结构，其中，每一所述有源区的N型掺杂结构层位于所述有源区的P掺杂型结构层的上侧，每一所述氧化限制层位于与其相邻的所述有源区的上侧。

4.根据权利要求2所述的VCSEL堆叠结构，其中，每一所述有源区的N型掺杂结构层位于所述有源区的P掺杂型结构层的下侧，每一所述氧化限制层位于与其相邻的所述有源区的下侧。

5.根据权利要求1所述的VCSEL堆叠结构，其中，所述VCSEL堆叠结构包括多个所述氧化限制层，仅部分所述氧化限制层最邻近的结构层为N型掺杂结构层。

6.根据权利要求5所述的VCSEL堆叠结构，其中，每一所述有源区的N型掺杂结构层位于所述有源区的P掺杂型结构层的上侧，仅部分所述氧化限制层位于所述有源区的上侧。

7.根据权利要求5所述的VCSEL堆叠结构，其中，每一所述有源区的N型掺杂结构层位于所述有源区的P掺杂型结构层的下侧，仅部分所述氧化限制层位于所述有源区的下侧。

8.根据权利要求1所述的VCSEL堆叠结构，其中，与所述氧化限制层相邻的P掺杂型结构层包括至少一AlGaAs材料层，与所述氧化限制层相邻的P掺杂型结构层的AlGaAs材料层的铝含量范围为大于等于0.0，且小于等于0.9；与所述氧化限制层相邻的N型掺杂结构层包括至少一AlGaAs材料层，与所述氧化限制层相邻的N型掺杂结构层的AlGaAs材料层的铝含量范围为大于等于0.0，且小于等于0.9。

9.根据权利要求1所述的VCSEL堆叠结构，其中，所述氧化限制层的铝含量范围为大于等于0.9，且小于等于1.0。

10.一种多结VCSEL激光器，其特征在于，包括：

第一电极，所述第一电极连接于所述外延结构；以及

第二电极，所述第二电极连接于所述外延结构。

11.一种多结VCSEL激光器的制造方法，其特征在于，包括：

12.根据权利要求11所述的多结VCSEL激光器的制造方法，其中，形成外延结构，包括：对限制层形成层进行氧化，以形成所述氧化限制层；在对所述限制层形成层进行氧化的过程中，向所述限制层形成层通入氮气、氢气、空气、水蒸气中的一种或多种。

13.根据权利要求12所述的多结VCSEL激光器的制造方法，其中，在对所述限制层形成层进行氧化的过程中，反应温度为大于等于200 ℃且小于等于500 ℃。

14.根据权利要求13所述的多结VCSEL激光器的制造方法，其中，在对所述限制层形成层进行氧化的过程中，反应时间为大于等于30 s且小于等于30 min。