垂直腔面发射激光器的制造方法及垂直腔面发射激光器技术

本发明专利技术提供一种垂直腔面发射激光器的制造方法和垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器的制造方法包括：分别提供形成有介质膜DBR和第一键合层的第一衬底以及形成有阻挡层、重掺杂层、有源层、电流限制层、砷化物DBR的第二衬底；将第三衬底胶粘在砷化物DBR上；去除第二衬底和阻挡层；将重掺杂层和介质膜DBR键合；去除第三衬底；形成P型电极接触结构；形成N型电极接触结构。在第一衬底上直接生长介质膜DBR，在第二衬底上形成砷化物DBR，并采用键合工艺得到最终的VCSEL，这样不仅提高了VCSEL的工作波长范围，也降低了外延工艺的难度，同时也降低了器件对外延均匀性的要求，提高了晶圆制程的良率。

【技术实现步骤摘要】
垂直腔面发射激光器的制造方法及垂直腔面发射激光器
本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种垂直腔面发射激光器的制造方法及垂直腔面发射激光器。
技术介绍
半导体激光器分边发射型和垂直发射型两种，即激光的发射方向是沿着平行于衬底的方向还是垂直于衬底的方向。垂直腔面发射激光器（VCSEL）属于垂直发射型的一种，它将两个分布式布拉格反射镜（DBR）分别置于激光有源层的上下两测，通过外延材料生长的方法调节DBR的反射率，使得激光腔体谐振处于垂直方向，从而达到垂直发射的目的。VCSEL因具有同光纤的连接效率高、其制造工艺同传统半导体工艺匹配、功耗低和输出功率调节速度快等诸多优点被广泛应用于光纤通信领域。参考图1，图1是现有技术中的经典的基于砷化镓材料体系的VCSEL结构示意图，经典的基于砷化镓材料体系的VCSEL结构包括：依次堆叠的N型接触电极52、砷化镓衬底10、N型DBR21、有源层30、电流限制层40、P型DBR22及P型接触电极51，其中所述N型DBR21和所述P型DBR22通常均可以由数十对高/低折射率材料薄层构成，例如AlGaAs/GaAs或者AlAs/GaAs等等，由于为了保证所述N型DBR21和所述P型DBR22的高反射率，器件对各层的厚度均匀性以及材料的折射率均匀性的要求都非常高，但每层的厚度都达到激光波长的1/4，因此所述N型DBR21和所述P型DBR22的总体厚度通常均达到数个微米，这容易导致VCSEL整体厚度（尺寸）较大，因为厚度越大，外延越不容易生长得均匀，所以就相当于增加了外延生长均匀的难度，从而减少了晶圆的可用面积，造成产品良率的降低以及制造成本的升高。此外，由于砷化镓材料体系的VCSEL通常采用金属有机物化学气相沉积工艺（MOCVD）或者分子束外延工艺（MBE）进行生长，所以整个器件结构中的N型DBR和P型DBR往往占据了整个外延时间的70%以上，进一步使得外延工艺的成本和良率很难得到保障。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种垂直腔面发射激光器的制造方法及垂直腔面发射激光器，以解决器件中DBR生长难度较大从而导致VCSEL良率偏低的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种垂直腔面发射激光器的制造方法，所述垂直腔面发射激光器的制造方法包括：分别提供一第一衬底和一第二衬底，所述第一衬底上形成有依次堆叠的介质膜DBR和第一键合层，所述第二衬底上形成有依次堆叠的阻挡层、重掺杂层、有源层、电流限制层及砷化物DBR；提供一第三衬底，采用临时键合工艺将所述第三衬底胶粘在所述砷化物DBR上；去除所述第二衬底和所述阻挡层以露出所述重掺杂层；形成第二键合层，所述第二键合层覆盖所述重掺杂层；采用范德华力键合工艺将所述第二键合层与所述第一键合层键合以得到组合键合层；去除所述第三衬底至所述砷化物DBR表面；在所述砷化物DBR上形成P型电极接触结构；刻蚀所述砷化物DBR、所述电流限制层、所述有源层及所述重掺杂层并停留在所述重掺杂层中以在所述重掺杂层中形成凹部；在所述凹部的底壁上形成N型电极接触结构。可选的，在所述垂直腔面发射激光器的制造方法中，所述第一衬底为蓝宝石衬底、硅衬底、玻璃衬底、陶瓷衬底或碳化硅衬底。可选的，在所述垂直腔面发射激光器的制造方法中，所述介质膜DBR包括多个第一介质层和多个第二介质层，所述第一介质层的材质和所述第二介质层的材质不同，所述第一介质层和所述第二介质层交替堆叠以得到所述介质膜DBR。可选的，在所述垂直腔面发射激光器的制造方法中，所述第一介质层的材质为SiO2、Si3N4、TiO2、Al2O3或Ta2O5；所述第二介质层的材质为SiO2、Si3N4、TiO2、Al2O3或Ta2O5。可选的，在所述垂直腔面发射激光器的制造方法中，所述砷化物DBR包括多个第一砷化物层和多个第二砷化物层，所述第一砷化物层的材质和第二砷化物层的材质不同，所述第一砷化物层和所述第二砷化物层交替堆叠以得到所述砷化物DBR。可选的，在所述垂直腔面发射激光器的制造方法中，所述第一砷化物层的材质为AlAs、GaAs、AlGaAs或InGaAs；所述第二砷化物层的材质为AlAs、GaAs、AlGaAs或InGaAs。可选的，在所述垂直腔面发射激光器的制造方法中，所述重掺杂层的材质为N型AlGaAs、InGaAlP或者InP；所述重掺杂层的厚度为1μm~3μm。可选的，在所述垂直腔面发射激光器的制造方法中，在刻蚀所述砷化物DBR、所述电流限制层、所述有源层及所述重掺杂层并停留在所述重掺杂层中以在所述重掺杂层中形成所述凹部时，刻蚀所述重掺杂层的厚度小于或者等于0.3μm。可选的，在所述垂直腔面发射激光器的制造方法中，形成于所述N型电极接触结构之间且形成于所述砷化物DBR上的所述P型电极接触结构的图案包括封闭图案或者镂空图案。基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器包括：第一衬底；介质膜DBR，所述介质膜DBR覆盖所述第一衬底；组合键合层，所述组合键合层覆盖所述介质膜DBR；重掺杂层，所述重掺杂层覆盖所述组合键合层，所述重掺杂层中形成有凹部；有源层，所述有源层覆盖部分所述重掺杂层；电流限制层，所述电流限制层覆盖所述有源层；砷化物DBR，所述砷化物DBR覆盖所述电流限制层；P型电极接触结构，所述P型电极接触结构位于所述砷化物DBR上；以及，N型电极接触结构，所述N型电极接触结构位于所述凹部的底壁上。综上，在本专利技术提供的垂直腔面发射激光器的制造方法和垂直腔面发射激光器中，所述垂直腔面发射激光器的制造方法包括：分别提供形成有介质膜DBR和第一键合层的第一衬底以及形成有阻挡层、重掺杂层、有源层、电流限制层、砷化物DBR的第二衬底；将第三衬底临时键合在所述砷化物DBR上；去除所述第二衬底和所述阻挡层；将所述重掺杂层和所述介质膜DBR键合；去除所述第三衬底；在所述砷化物DBR上形成P型电极接触结构；在所述重掺杂层中形成凹部并在所述凹部的底壁上形成N型电极接触结构。在所述第一衬底上直接生长所述介质膜DBR，在所述第二衬底上形成所述砷化物DBR，并采用键合工艺得到最终的VCSEL，这样不仅提高了VCSEL的工作波长范围，也降低了外延工艺的难度，节省了VCSEL外延的生产时间，同时也降低了器件对外延均匀性的要求，提高了晶圆制程的良率。附图说明图1是现有技术中的经典的基于砷化镓材料体系的VCSEL结构示意图；图2是本专利技术实施例的垂直腔面发射激光器的制造方法的流程图；图3-图13是本专利技术实施例的制造垂直腔面发射激光器的各步骤中的半导体结构示意图；图14是本专利技术实施例的另一种垂直腔面发射激光器的结构示意图；图15是本专利技术实施例的介质膜DBR和砷化物DBR的反射率示意图；其中，附图标记说明如下：10-砷化镓衬底，21-N型DBR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的制造方法，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器的制造方法包括：/n分别提供一第一衬底和一第二衬底，所述第一衬底上形成有依次堆叠的介质膜DBR和第一键合层，所述第二衬底上形成有依次堆叠的阻挡层、重掺杂层、有源层、电流限制层及砷化物DBR；/n提供一第三衬底，采用临时键合工艺将所述第三衬底胶粘在所述砷化物DBR上；/n去除所述第二衬底和所述阻挡层以露出所述重掺杂层；/n形成第二键合层，所述第二键合层覆盖所述重掺杂层；/n采用范德华力键合工艺将所述第二键合层与所述第一键合层键合以得到组合键合层；/n去除所述第三衬底至所述砷化物DBR表面；/n在所述砷化物DBR上形成P型电极接触结构；/n刻蚀所述砷化物DBR、所述电流限制层、所述有源层及所述重掺杂层并停留在所述重掺杂层中以在所述重掺杂层中形成凹部；/n在所述凹部的底壁上形成N型电极接触结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面发射激光器的制造方法，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器的制造方法包括：
分别提供一第一衬底和一第二衬底，所述第一衬底上形成有依次堆叠的介质膜DBR和第一键合层，所述第二衬底上形成有依次堆叠的阻挡层、重掺杂层、有源层、电流限制层及砷化物DBR；
提供一第三衬底，采用临时键合工艺将所述第三衬底胶粘在所述砷化物DBR上；
去除所述第二衬底和所述阻挡层以露出所述重掺杂层；
形成第二键合层，所述第二键合层覆盖所述重掺杂层；
采用范德华力键合工艺将所述第二键合层与所述第一键合层键合以得到组合键合层；
去除所述第三衬底至所述砷化物DBR表面；
在所述砷化物DBR上形成P型电极接触结构；
刻蚀所述砷化物DBR、所述电流限制层、所述有源层及所述重掺杂层并停留在所述重掺杂层中以在所述重掺杂层中形成凹部；
在所述凹部的底壁上形成N型电极接触结构。


2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的制造方法，其特征在于，所述第一衬底为蓝宝石衬底、硅衬底、玻璃衬底、陶瓷衬底或碳化硅衬底。


3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的制造方法，其特征在于，所述介质膜DBR包括多个第一介质层和多个第二介质层，所述第一介质层的材质和所述第二介质层的材质不同，所述第一介质层和所述第二介质层交替堆叠以得到所述介质膜DBR。


4.根据权利要求3所述的垂直腔面发射激光器的制造方法，其特征在于，所述第一介质层的材质为SiO2、Si3N4、TiO2、Al2O3或Ta2O5；所述第二介质层的材质为SiO2、Si3N4、TiO2、Al2O3或Ta2O5。


5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的制造方法，其特征在于，所述砷化物DBR包括多个第一砷化物层和多个第二砷化...

【专利技术属性】
技术研发人员：范谦，倪贤锋，华斌，崔莹，
申请(专利权)人：苏州汉骅半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32