一种垂直腔面发射激光器制造技术

本发明专利技术提供了一种垂直腔面发射激光器，包括：衬底、在衬底的正面依次外延生长的缓冲层、第一分布式布拉格反射镜、谐振腔、电绝缘介质掩膜层、p型电极、第二分布式布拉格反射镜；以及，在衬底的背面生长的电极；谐振腔包括：位于第一分布式布拉格反射镜上的下限制层、位于下限制层上的有源层、生长在N型离子注入层和有源层上的上限制层、生长在上限制层上的电极接触层、位于蚀刻的下限制层和有源层两侧的P型离子注入层、以及，位于P型离子注入层上、生长在蚀刻的有源层两侧的N型离子注入层，电绝缘介质掩膜层外延生长在电极接触层上。可以提高垂直腔面发射激光器的发光效率。

A vertical cavity surface emitting laser

【技术实现步骤摘要】
一种垂直腔面发射激光器
本专利技术涉及光电
，具体而言，涉及一种垂直腔面发射激光器。
技术介绍
随着半导体技术的发展，垂直腔面发射激光器(VCSEL，VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)由于具有调制速度高、可二维面阵列集成实现大功率输出，易于和光纤高效耦合，可实现在片高效率测试，制作成本低等优点，成为数据传输和3D姿态传感等的重要器件，广泛应用在光通信、精密加工，先进制造装备、测试仪器，科学研究等领域。目前，垂直腔面发射激光器的主要技术难点是如何将经过有源区的偏置电流限制在和通光孔径大小一样的范围内，使得电子-空穴对在有源区结合后产生的光子能够在截面积与通光孔径一样的谐振腔内发生激励振荡而产生激光输出。如果偏置电流经过有源区的面积大于通光孔径，则产生的部分光子不能输入谐振腔参与激励振荡，降低了光发射效率，增加了阈值电流。如果经过有源区的偏置电流面积小于通光孔径，则通光孔径没有得到充分利用，也会降低光发射功率。目前，一般采用部分氧化含铝层，使之变成不导电的氧化铝层来限制电流的工艺方法，实现将偏置电流限制在和通光孔径大小一样的有源区范围内。这种工艺方法，先通过材料生长的方法，将一薄铝镓砷(AlxGa1-xAs，x＝0.98)层内嵌在谐振腔中，然后通过刻蚀方法，将薄铝镓砷(AlxGa1-xAs，x＝0.98)层的侧面暴露出来，再利用水汽氧化方法，使薄铝镓砷(AlxGa1-xAs，x＝0.98)层水平地由侧表面向内部氧化，氧化的部分转变为氧化铝层，通过控制氧化速度和氧化时间，使氧化反应停止在适当的位置，这样，未氧化的铝镓砷(AlxGa1-xAs，x＝0.98)层部分可以通过电流，而氧化为氧化铝的部分则不能通过电流，从而将电流限制在有源区。但该水汽氧化方法，水汽氧化速度受外界因素，例如，水汽温度、流量、激光器在晶圆上的相对位置等的影响较大，导致氧化速度不稳定，进而使得氧化深度不稳定，无法精确控制未氧化的铝镓砷层的面积。当氧化深度不足时，未氧化的铝镓砷层的面积过大，导致部分电子/空穴复合所产生的光子不在通光孔径内，使得垂直腔面发射激光器的阈值电流增加，发光效率降低。当氧化深度过大时，导致有源区面积变小，使得垂直腔面发射激光器的输出功率降低，进而发光效率降低，因而，当不能精确控制未氧化的铝镓砷层的面积时，会导致制作的垂直腔面发射激光器的发光效率低、成品率较低、制作成本高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供垂直腔面发射激光器，以提高垂直腔面发射激光器的发光效率。第一方面，本专利技术实施例提供了垂直腔面发射激光器，包括：衬底、在衬底的正面依次外延生长的缓冲层、第一分布式布拉格反射镜、谐振腔、电绝缘介质掩膜层、p型电极、第二分布式布拉格反射镜；以及，在衬底的背面生长的电极；谐振腔包括：下限制层、有源层、上限制层、电极接触层、P型离子注入层以及N型离子注入层，其中，下限制层外延生长在第一分布式布拉格反射镜上；有源层外延生长在下限制层的中心表面上；P型离子注入层外延生长在蚀刻的下限制层和有源层两侧；位于P型离子注入层上的N型离子注入层外延生长在蚀刻的有源层两侧；上限制层外延生长在N型离子注入层和有源层上；电极接触层外延生长在上限制层上；电绝缘介质掩膜层外延生长在电极接触层上；p型电极生长在以电绝缘介质掩膜层中心向下蚀刻，蚀刻至暴露电极接触层得到的蚀刻区域，生长的p型电极凸出电绝缘介质掩膜层；第二分布式布拉格反射镜生长在以p型电极中心向下蚀刻，蚀刻至暴露电极接触层得到的蚀刻区域。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述缓冲层包括：n型掺杂砷化镓缓冲层，其中，掺杂为掺硅，掺硅浓度是2.5×1018/cm3，厚度是200纳米。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一分布式布拉格反射镜为掺硅的n型渐变型分布式布拉格反射镜，包含一重复的38组渐变层组以及一层数为8的限制层，其中，每一渐变层组依次包含：一外延生长在缓冲层上、铝含量从12％渐变到90％的铝镓砷层，掺杂浓度是2×1018/cm3，厚度是20纳米；一铝含量为90％的铝镓砷层，掺杂浓度是2×1018/cm3，厚度是61纳米；一铝含量从90％渐变到12％的铝镓砷层，掺杂浓度是2×1018/cm3，厚度是20纳米；以及，一铝含量为12％的铝镓砷层，掺杂浓度是2×1018/cm3，厚度是51纳米。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述下限制层不掺杂，包括：一外延生长在第一分布式布拉格反射镜上、铝含量从60％渐变到30％的铝镓砷层，厚度是87纳米；以及，一铝含量为30％的铝镓砷层，厚度是40纳米。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述上限制层不掺杂，包括：一外延生长在有源层上、铝含量为30％的铝镓砷层，厚度是40纳米；以及，一铝含量从30％渐变到60％的铝镓砷层，厚度是87纳米。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述电极接触层为p型重掺杂电极接触层，掺杂为掺碳，包括：一外延生长在上限制层上、铝含量为90％的铝镓砷层，浓度是2.5×1018/cm3，厚度是180纳米；以及，一铟镓磷层，浓度是1×1019/cm3，厚度是20纳米。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述电绝缘介质掩膜层厚度是50纳米，包括：氮化硅层、氧化硅层。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述第二分布式布拉格反射镜包含重复的7组共14层结构，每一组包括：一生长在极接触层的氧化硅层，厚度是170纳米；以及，一氧化钛层，厚度是107纳米。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述P型离子注入层通过注入铍离子和氟离子形成，注入深度为300纳米，峰值浓度为2×1018/cm3，离子注入的激活温度在750摄氏度到950摄氏度之间。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述N型离子注入层通过注入硅离子和氟离子形成，注入深度为200纳米，峰值浓度为2.5×1018/cm3，离子注入的激活温度在750摄氏度到950摄氏度之间。本专利技术实施例提供的垂直腔面发射激光器，包括：衬底、在衬底的正面依次外延生长的缓冲层、第一分布式布拉格反射镜、谐振腔、电绝缘介质掩膜层、p型电极、第二分布式布拉格反射镜；以及，在衬底的背面生长的电极；谐振腔包括：下限制层、有源层、上限制层、电极接触层、P型离子注入层以及N型离子注入层，其中，下限制层外延生长在第一分布式布拉格反射镜上；有源层外延生长在下限制层的中心表面上；P型离子注入层外延生长在蚀刻的下限制层和有源层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：衬底、在衬底的正面依次外延生长的缓冲层、第一分布式布拉格反射镜、谐振腔、电绝缘介质掩膜层、p型电极、第二分布式布拉格反射镜；以及，在衬底的背面生长的电极；/n谐振腔包括：下限制层、有源层、上限制层、电极接触层、P型离子注入层以及N型离子注入层，其中，/n下限制层外延生长在第一分布式布拉格反射镜上；/n有源层外延生长在下限制层的中心表面上；/nP型离子注入层外延生长在蚀刻的下限制层和有源层两侧；/n位于P型离子注入层上的N型离子注入层外延生长在蚀刻的有源层两侧；/n上限制层外延生长在N型离子注入层和有源层上；/n电极接触层外延生长在上限制层上；/n电绝缘介质掩膜层外延生长在电极接触层上；/np型电极生长在以电绝缘介质掩膜层中心向下蚀刻，蚀刻至暴露电极接触层得到的蚀刻区域，生长的p型电极凸出电绝缘介质掩膜层；/n第二分布式布拉格反射镜生长在以p型电极中心向下蚀刻，蚀刻至暴露电极接触层得到的蚀刻区域。/n

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：衬底、在衬底的正面依次外延生长的缓冲层、第一分布式布拉格反射镜、谐振腔、电绝缘介质掩膜层、p型电极、第二分布式布拉格反射镜；以及，在衬底的背面生长的电极；
谐振腔包括：下限制层、有源层、上限制层、电极接触层、P型离子注入层以及N型离子注入层，其中，
下限制层外延生长在第一分布式布拉格反射镜上；
有源层外延生长在下限制层的中心表面上；
P型离子注入层外延生长在蚀刻的下限制层和有源层两侧；
位于P型离子注入层上的N型离子注入层外延生长在蚀刻的有源层两侧；
上限制层外延生长在N型离子注入层和有源层上；
电极接触层外延生长在上限制层上；
电绝缘介质掩膜层外延生长在电极接触层上；
p型电极生长在以电绝缘介质掩膜层中心向下蚀刻，蚀刻至暴露电极接触层得到的蚀刻区域，生长的p型电极凸出电绝缘介质掩膜层；
第二分布式布拉格反射镜生长在以p型电极中心向下蚀刻，蚀刻至暴露电极接触层得到的蚀刻区域。


2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述缓冲层包括：n型掺杂砷化镓缓冲层，其中，掺杂为掺硅，掺硅浓度是2.5×1018/cm3，厚度是200纳米。


3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一分布式布拉格反射镜为掺硅的n型渐变型分布式布拉格反射镜，包含一重复的38组渐变层组以及一层数为8的限制层，其中，每一渐变层组依次包含：
一外延生长在缓冲层上、铝含量从12％渐变到90％的铝镓砷层，掺杂浓度是2×1018/cm3，厚度是20纳米；
一铝含量为90％的铝镓砷层，掺杂浓度是2×1018/cm3，厚度是61纳米；
一铝含量从90％渐变到12％的铝镓砷层，掺杂浓度是2×1018/cm3，厚度是20纳米；以及，
一铝含量为12％的铝镓砷层，掺杂浓度是2×1018/cm3，厚度是51纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王璐，王珈，
申请(专利权)人：北京嘉圣光通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11