TWI845256B - 垂直腔面射型雷射及製造方法 - Google Patents

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Abstract

本申請公開了一種垂直腔面射型雷射及製造方法，其中，垂直腔面射型雷射包括雷射器前驅體，雷射器前驅體包括層疊設置的第一反射器層、氧化層、發光層及第二反射器層，雷射器前驅體包括兩個以上發光區域，至少相鄰所述發光區域之間設置有氧化溝槽，氧化溝槽至少自所述雷射器前驅體的頂部貫通至第一反射器層的頂部；第二反射器層包括多層第一反射層和多層第二反射層，第一反射層和第二反射層交替層疊設置，第二反射層的側面自氧化溝槽向背離氧化溝槽的方向，形成凹槽；雷射器前驅體上設置有保護層，所述保護層至少覆蓋於所述氧化溝槽的內壁，且其中一部分填充於所述凹槽內。

Description

垂直腔面射型雷射及製造方法
本發明一般涉及雷射器技術領域，具體涉及一種垂直腔面射型雷射及製造方法。
垂直腔面射型雷射（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser；VCSEL）包括正電極、第一反射器層、發光層、氧化層、第二反射器層及負電極等構成，在正、負電極接通電源時，正電極、第一反射器層、發光層、第二反射器層及負電極之間形成電流通路，使得發光層發光。
一般地，第二反射器層包括層疊設置的第一反射層和第二反射層，第二反射層的鋁含量高於第一反射層的鋁含量，這就造成在製備過程中，第二反射層的邊緣位置會向內形成凹槽，導致第一反射層邊緣位置懸空，而引起第一反射層邊緣的塌陷。
本申請期望提供一種垂直腔面射型雷射及製造方法，至少用於解決第一反射層邊緣塌陷的問題。
第一方面，本發明提供一種垂直腔面射型雷射，包括：雷射器前驅體，所述雷射器前驅體包括層疊設置的第一反射器層、氧化層、發光層及第二反射器層，所述雷射器前驅體包括兩個以上發光區域，至少相鄰所述發光區域之間設置有氧化溝槽，所述氧化溝槽至少自所述雷射器前驅體的頂部貫通至所述第一反射器層的頂部；所述第二反射器層包括多層第一反射層和多層第二反射層，所述第一反射層和所述第二反射層交替層疊設置，所述第二反射層的側面自所述氧化溝槽向背離所述氧化溝槽的方向，形成凹槽；雷射器前驅體上設置有保護層，所述保護層至少覆蓋於所述氧化溝槽的內壁，且其中一部分填充於所述凹槽內。
作為可實現方式，所述凹槽被所述保護層完全填充。
作為可實現方式，所述保護層為二氧化矽保護層或氮化矽保護層。
作為可實現方式，所述第一反射層和所述第二反射層均為砷化鋁鎵反射層，且所述第二反射層的鋁含量大於所述第一反射層的鋁含量。
作為可實現方式，所述氧化層包括未氧化區域和圍繞所述未氧化區域的氧化區域，所述未氧化區域與所述發光區域一一對應設置；在所述凹槽的深度方向上，所述凹槽的深度小於所述氧化區域的氧化深度。
作為可實現方式，各所述凹槽的深度相同或不同。
作為可實現方式，各所述第一反射層和各所述第二反射層的厚度相同或不同。
第二方面，本發明提供一種上述垂直腔面射型雷射的製造方法，包括：提供雷射器前驅體，所述雷射器前驅體包括層疊設置的第一反射器層、氧化層、發光層及第二反射器層，所述雷射器前驅體包括兩個以上發光區域，所述第二反射器層包括多層第一反射層和多層第二反射層，所述第一反射層和所述第二反射層交替層疊設置；在至少相鄰所述發光區域之間蝕刻形成氧化溝槽，所述氧化溝槽至少自所述雷射器前驅體的頂部貫通至所述第一反射器層的頂部；在所述氧化溝槽內對所述氧化層進行氧化，以在所述氧化層中形成未氧化區域和圍繞所述未氧化區域的氧化區域，且，在所述第二反射層的側面自所述氧化溝槽向背離所述氧化溝槽的方向，形成凹槽；通過蒸鍍製程在所述雷射器前驅體上設置保護層，所述保護層至少覆蓋於所述氧化溝槽的內壁，且其中一部分填充於所述凹槽內，所述蒸鍍製程的蒸鍍溫度為180℃-220℃，蒸鍍壓力為0hpa-1hpa。
上述方案，通過設置保護層，使保護層的其中一部分填充於凹槽內，則填充於凹槽內的這部分保護層，起到了支持相鄰第一反射層邊緣的作用，因此，防止了由於第二反射層邊緣形成凹槽，導致第一反射層邊緣位置懸空，而引起第一反射層邊緣塌陷的問題發生。
下面結合圖式和實施例對本申請作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋相關發明，而非對該發明的限定。另外還需要說明的是，為了便於描述，圖式中僅示出了與發明相關的部分。
需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考圖式並結合實施例來詳細說明本申請。
如圖1所示，本發明實施例提供一種垂直腔面射型雷射，包括下列元件。
雷射器前驅體，所述雷射器前驅體包括層疊設置的第一反射器層2、氧化層3、發光層4及第二反射器層5，所述雷射器前驅體包括兩個以上發光區域S，至少相鄰所述發光區域S之間設置有氧化溝槽6，所述氧化溝槽6至少自所述雷射器前驅體的頂部貫通至所述第一反射器層2的頂部。
這裡所說的層疊設置是指，形成雷射器前驅體的各層是相互堆疊的，各層之間可以直接相連，也可以通過其他的層相連，並且，各層在不相互衝突的情況下，位置關係可以互換；例如，層疊設置的第一反射器層2、氧化層3、發光層4及第二反射器層5可以是，在第一反射器層2上設置氧化層3，在氧化層3上設置發光層4，在發光層4上設置第二反射器層5；還可以是在第一反射器層2上設置發光層4，在發光層4上設置氧化層3，在氧化層3上設置第二反射器層5；還可以是在第一反射器層2上設置第一氧化層，在第一氧化層上設置發光層4，在發光層4上設置第二氧化層，在第二氧化層上設置第二反射器層5；還可以是在第一反射器層2上設置氧化層3，在氧化層3上設置發光層4，在發光層4上設置電流擴展層（未繪示），在電流擴展層上設置第二反射器層5等，這裡僅是例舉，並非是對雷射器前驅體的窮舉。
所述第二反射器層5包括多層第一反射層21和多層第二反射層22，所述第一反射層21和所述第二反射層22交替層疊設置，所述第二反射層22的側面自所述氧化溝槽6向背離所述氧化溝槽6的方向，形成凹槽221。
例如但不限於，第二反射器層5為布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector；DBR)，例如但不限於，第一反射器層2為Al yGa 1-yAs層，第二反射器層5為Al xGa 1-xAs層，其中，x＞0.7，y＜0.4。在製備的過程中，第二反射層22的側面自氧化溝槽6向背離氧化溝槽6的方向，形成凹槽221，也即，在圖1的X軸方向上形成凹槽221。
雷射器前驅體上設置有保護層8，所述保護層8至少覆蓋於所述氧化溝槽6的內壁，且其中一部分填充於所述凹槽221內。
上述方案，通過設置保護層8，使保護層8的其中一部分填充於凹槽221內，則填充於凹槽221內的這部分保護層8，起到了支持相鄰第一反射層21邊緣的作用，因此，防止了由於第二反射層22邊緣形成凹槽221，導致第一反射層21邊緣位置懸空，而引起第一反射層21邊緣塌陷的問題發生。該保護層8除了一部分填充在凹槽221內，以防止第一反射層21邊緣塌陷，其餘部分還可以對雷射器前驅體進行電化學保護。
作為可實現方式，為了能夠盡最大限定的防止第一反射層21邊緣塌陷，所述凹槽221被所述保護層8完全填充。也即，形成保護層8的材料充滿整個凹槽221，以位於凹槽221內的保護層8材料對第一反射層21的邊緣進行充分的支撐。
作為可實現方式，所述保護層8為二氧化矽保護層或氮化矽保護層。例如但不限於，可以採用蒸鍍的方式形成二氧化矽保護層或氮化矽保護層。
作為可實現方式，所述第一反射層21和所述第二反射層22均為砷化鋁鎵反射層，且所述第二反射層22的鋁含量大於所述第一反射層21的鋁含量。也即，第二反射層22為高鋁含量的層，第一反射層21為低鋁含量的層。在對氧化層3進行氧化的過程中，高鋁含量的第二反射層22由於其具有較高的收縮率，第二反射層22中被氧化的部分222收縮，則在其邊緣會形成上述凹槽221。
作為可實現方式，所述氧化層3包括未氧化區域31和圍繞所述未氧化區域31的氧化區域32，所述未氧化區域31與所述發光區域S一一對應設置。
在所述凹槽221的深度方向上，所述凹槽221的深度D1小於所述氧化區域32的氧化深度D2。
作為可實現方式，各所述凹槽221的深度D1相同或不同。
作為可實現方式，各所述第一反射層21和各所述第二反射層22的厚度相同或不同。
下面以其中一種具體實現方式，對本發明予以示例性說明，其不應理解為對本發明的唯一性限定。
如圖1所示，該示例展示的垂直腔面射型雷射包括基底1、在基底1上設置的第一反射器層2、在第一反射器層2上設置的氧化層3、在氧化層3上設置的發光層4、在發光層4上設置的第二反射器層5、在發光層4上設置的電極7；其中，基底1、第一反射器層2、氧化層3、發光層4、第二反射器層5構成雷射器前驅體，該雷射器前驅體具有多個發光區域S，相鄰發光區域S之間設置有氧化溝槽6，氧化溝槽6至少自雷射器前驅體的頂部貫通至第一反射器層2的頂部；第一反射器層2和第二反射器層5可以均為布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector；DBR)，布拉格反射器包括多層交替設置的第一反射層21和第二反射層22，在該示例中第一反射層21和第二反射層22的厚度相同，也即在Y軸方向上尺寸相同；例如但不限於，第一反射層21為Al yGa 1-yAs層，第二反射層22為Al xGa 1-xAs層，其中，x＞0.7，y＜0.4。在製備的過程中，第二反射層22的側面自氧化溝槽6向背離氧化溝槽6的方向，形成凹槽221，也即，在圖1的X軸方向上形成凹槽221。在雷射器前驅體上設置有保護層8，保護層8至少覆蓋於氧化溝槽6的內壁，且其中一部分填充於所述凹槽221內，另外，該保護層8曝露出上述電極。
在該示例中，保護層8為二氧化矽保護層。
氧化層3包括未氧化區域31和圍繞未氧化區域31的氧化區域32，未氧化區域31與發光區域S一一對應設置；且在凹槽221的深度方向上，也即X軸方向上，凹槽221的深度小於氧化區域32的氧化深度；另外，至少部分凹槽221的深度不同。
第二方面，本發明提供一種上述垂直腔面射型雷射的製造方法，包括下列步驟。
提供雷射器前驅體，所述雷射器前驅體包括層疊設置的第一反射器層2、氧化層3、發光層4及第二反射器層5，所述雷射器前驅體包括兩個以上發光區域S，所述第二反射器層5包括多層第一反射層21和多層第二反射層22，所述第一反射層21和所述第二反射層22交替層疊設置。
在至少相鄰所述發光區域S之間蝕刻形成氧化溝槽6，所述氧化溝槽6至少自所述雷射器前驅體的頂部貫通至所述第一反射器層2的頂部。
在所述氧化溝槽6內對所述氧化層3進行氧化，以在所述氧化層3中形成未氧化區域31和圍繞所述未氧化區域31的氧化區域32，且，在所述第二反射層22的側面自所述氧化溝槽6向背離所述氧化溝槽6的方向，形成凹槽221。
通過蒸鍍製程在所述雷射器前驅體上設置保護層8，所述保護層8至少覆蓋於所述氧化溝槽6的內壁，且其中一部分填充於所述凹槽221內，所述蒸鍍製程的蒸鍍溫度為180℃-220℃，蒸鍍壓力為0hpa-1hpa，以使保護層8的材料可以完全的填充到凹槽221內。
下面以其中一種具體實現方式，對本發明提供的垂直腔面射型雷射的製造方法予以示例性說明，其不應理解為對本發明的唯一性限定。
如圖2、圖3所示，該示例提供的垂直腔面射型雷射的製造方法說明如下。
S1:形成雷射器前驅體；例如，可以採用如下製程形成雷射器前驅體。
提供一基底1；該基底1可為GaAs基底。
在基底1上形成第一反射器層2；第一反射器層2可包括層疊設置的第一反射層21和第二反射層22，可以根據實際需要設定第一反射層21和第二反射層22的具體層數，例如但不限於，第一反射器層2中第一反射層21和第二反射層22可以均為50層等；其中，第一反射層21為Al yGa 1-yAs層，第二反射層22為Al xGa 1-xAs層，其中，x＞0.7，y＜0.4。基底1及第一反射器層2可均為N型或均為P型。
在第一反射器層2上形成氧化層3，在氧化層3上形成發光層4。當然也可以在第一反射器層2上形成發光層4，在發光層4上形成氧化層3。或者，在第一反射器層2上形成氧化層3，在氧化層3上形成發光層4，在發光層4上再形成一層氧化層3等。發光層4至少包括層疊設置的多量子阱層（Multiple Quantum Well；MQW），多量子阱層由GaAs、AlGaAs、GaAsP及InGaAs材料層疊排列構成，發光層4用以將電能轉換為光能。當然，在某些示例中還可以採用單量子阱層代替多量子阱層。
在發光層4上形成第二反射器層5；第二反射器層5可包括層疊設置的第一反射層21和第二反射層22，可以根據實際需要設定第一反射層21和第二反射層22的具體層數，例如但不限於，第二反射器層5中第一反射層21和第二反射層22可以均為50層等；其中，第一反射層21為Al yGa 1-yAs層，第二反射層22為Al xGa 1-xAs層，其中，x＞0.7，y＜0.4。當第一反射器層2為N型時，第二反射器層5為P型；相應地，當第一反射器層2為P型時，第二反射器層5為N型。
S2:對氧化層3進行氧化；例如，可以採用如下製程對氧化層3進行氧化。
通過蝕刻的方式，在相鄰的發光區域S之間，自第二反射器層5向第一反射器層2進行蝕刻，並至少蝕刻形成貫通至第一反射器層2頂部的氧化溝槽6，在氧化溝槽6內通過濕式氧化製程，使氧化層3自氧化溝槽6向內形成氧化區域32，氧化區域32環繞一未氧化區域31，也即在採用濕式氧化製程處理時，自氧化溝槽6向內（圖中X軸方向），在氧化層3上逐漸擴散形成預定寬度（前述氧化深度D2）的氧化區域32，而剩餘一部分不被氧化，未氧化區域31用於界定雷射出射窗，發光層4發出的雷射光從雷射出射窗照射至外部。在進行氧化的過程中，第二反射層22會發生收縮，在其側面自氧化溝槽6向背離氧化溝槽6的方向，形成凹槽221。在X軸方向上，凹槽221的深度D1小於氧化區域32的氧化深度D2。
S3:在第二反射器層5上形成電極7。
該電極7例如但不限於為環狀電極，也即圍繞發光區域S的一圈電極。
S4:沉積保護層8。
對已形成電極7的雷射器前驅體的表面，通過蒸鍍製程在雷射器前驅體上沉積作為保護層8的二氧化矽層，保護層8覆蓋於前驅體的頂面以及氧化溝槽6的內壁，且其中一部分填充於凹槽221內，其中，蒸鍍製程的蒸鍍溫度為200℃，蒸鍍壓力為0.8hpa。為了便於電連接，該保護層8曝露出上述電極7。
為驗證本發明方案的效果，通過電子顯微鏡對本發明提供的垂直腔面射型雷射進行觀察，如圖4及圖5所示，在形成保護層8後，保護層8的其中一部分完全填充在了第二反射層22邊緣的凹槽221內，對第一反射層21的邊緣進行支撐，提高了該垂直腔面射型雷射的可靠性。
需要理解的是，上文如有涉及術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於圖式所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本申請和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本申請的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本申請的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術原理的說明。本領域技術人員應當理解，本申請中所涉及的發明範圍，並不限於上述技術特徵的特定組合而成的技術方案，同時也應涵蓋在不脫離發明構思的情況下，由上述技術特徵或其等同特徵進行任意組合而形成的其它技術方案。例如上述特徵與本申請中公開的(但不限於)具有類似功能的技術特徵進行互相替換而形成的技術方案。
1：基底 2：第一反射器層 21：第一反射層 22：第二反射層 221：凹槽 222：氧化的部分 3：氧化層 31：未氧化區域 32：氧化區域 4：發光層 5：第二反射器層 6：氧化溝槽 7：電極 8：保護層 D1：深度 D2： 氧化深度 S：發光區域 S1～S4：步驟
通過閱讀參照以下圖式所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本申請的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯： 圖1為本發明實施例提供的垂直腔面射型雷射的結構示意圖。 圖2為本發明實施例提供的垂直腔面射型雷射的製造方法的流程圖。 圖3本發明實施例提供的垂直腔面射型雷射製造過程的結構示意圖。 圖4為本發明實施例提供的垂直腔面射型雷射氧化溝槽處的電子顯微鏡放大圖。 圖5為圖4形成保護層後I部位的放大圖。
1：基底 2：第一反射器層 21：第一反射層 22：第二反射層 221：凹槽 3：氧化層 31：未氧化區域 32：氧化區域 4：發光層 5：第二反射器層 6：氧化溝槽 7：電極 8：保護層 D1：深度 D2： 氧化深度 S：發光區域

Claims (7)

  1. 一種垂直腔面射型雷射的製造方法，其中，該垂直腔面射型雷射包括一雷射器前驅體，該雷射器前驅體包括層疊設置的第一反射器層、氧化層、發光層及第二反射器層，該雷射器前驅體包括兩個以上發光區域，至少相鄰的該發光區域之間設置有氧化溝槽，該氧化溝槽至少自該雷射器前驅體的頂部貫通至該第一反射器層的頂部，其中該第二反射器層包括多層第一反射層和多層第二反射層，該第一反射層和該第二反射層交替層疊設置，該第二反射層的側面自該氧化溝槽向背離該氧化溝槽的方向形成凹槽，該雷射器前驅體上設置有保護層，該保護層至少覆蓋於該氧化溝槽的內壁，且其中一部分填充於該凹槽內，該製造方法的特徵在於，包括：提供該雷射器前驅體，該雷射器前驅體包括層疊設置的該第一反射器層、該氧化層、該發光層及該第二反射器層，該雷射器前驅體包括兩個以上發光區域，該第二反射器層包括多層該第一反射層和多層該第二反射層，該第一反射層和該第二反射層交替層疊設置；在至少相鄰的該發光區域之間蝕刻形成該氧化溝槽，該氧化溝槽至少自該雷射器前驅體的該頂部貫通至該第一反射器層的該頂部；在該氧化溝槽內對該氧化層進行氧化，以在該氧化層中形成未氧化區域和圍繞該未氧化區域的氧化區域，且，在該第二反射層的側面自該氧化溝槽向背離該氧化溝槽的方向，形成該凹槽；通過蒸鍍製程在該雷射器前驅體上設置該保護層，該保護層至少覆蓋於該氧化溝槽的該內壁，且其中一部分填充於該凹槽內，該蒸鍍製程的蒸鍍溫度為180℃-220℃，蒸鍍壓力為0hpa-1hpa。
  2. 如請求項1所述的製造方法，其中，該凹槽被該保護層完全填充。
  3. 如請求項1或2所述的製造方法，其中，該保護層為二氧化矽保護層或氮化矽保護層。
  4. 如請求項1所述的製造方法，其中，該第一反射層和該第二反射層均為砷化鋁鎵反射層，且該第二反射層的鋁含量大於該第一反射層的鋁含量。
  5. 如請求項1所述的製造方法，其中，該氧化層包括未氧化區域和圍繞該未氧化區域的氧化區域，該未氧化區域與該發光區域一一對應設置；在該凹槽的深度方向上，該凹槽的深度小於該氧化區域的氧化深度。
  6. 如請求項5所述的製造方法，其中，各該凹槽的深度相同或不同。
  7. 如請求項1所述的製造方法，其中，各該第一反射層和各該第二反射層的厚度相同或不同。
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