一种微机电系统、垂直腔面发射激光器及其制备方法技术方案

本公开提供了一种用于垂直腔面发射激光器的微机电系统，包括：注入电极，其设于欧姆接触层表面的一端；牺牲层，其设于欧姆接触层表面的另一端，以与注入电极相对；上反射镜层，其设于牺牲层的表面，其中，上反射镜层形成有均匀扇叶悬臂结构，均匀扇叶悬臂结构包括一圆形反射镜和多个扇叶悬臂；其中，多个扇叶悬臂之间通过空气间隔，均匀扇叶悬臂结构下方的牺牲层通过腐蚀去除以使均匀扇叶悬臂结构悬空；调谐电极，其设于上反射镜层的表面。本公开还提供了一种垂直腔面发射激光器及其制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种微机电系统、垂直腔面发射激光器及其制备方法
本公开涉及半导体光电器件
，具体涉及一种微机电系统、垂直腔面发射激光器及其制备方法。
技术介绍
垂直腔面发射激光器在光通信领域中具有广泛的应用，结合密集波分复用技术，可以实现高容量高效率信号传输，然而传统的垂直腔面发射激光器，其发射波长是不变的，若是将不同波长的激光器直接集成在一起，不仅会引起系统的不稳定，并且还会增加生产成本。利用基于微机电系统的可调谐垂直腔面发射激光器，通过静电力牵引上反射镜发生形变，可以实现单光源多波长输出，实现系统稳定，同时还大大地简化了系统的复杂程度，使得通信成本大大降低。目前传统的微机电系统垂直腔面发射激光器中，微机电系统的悬臂梁多为等截面结构，悬臂梁容易出现应力集中，导致悬臂失效，器件损坏，这一影响会严重限制器件波长的调谐范围，降低器件的可靠性。
技术实现思路
为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种用于垂直腔面发射激光器的微机电系统结构、垂直腔面发射激光器及其制备方法，通过合理设计匀扇叶悬臂结构，解决了微机电系统中悬臂梁受力不均匀，易产生应力集中，影响波长调谐范围等问题。本公开的一个方面提供了一种用于垂直腔面发射激光器的微机电系统结构，包括：注入电极，其设于欧姆接触层表面的一端；牺牲层，其设于欧姆接触层表面的另一端，以与注入电极相对；上反射镜层，其设于牺牲层的表面，其中，上反射镜层形成有均匀扇叶悬臂结构，均匀扇叶悬臂结构包括一圆形反射镜和多个扇叶悬臂；其中，多个扇叶悬臂之间通过空气间隔，均匀扇叶悬臂结构下方的牺牲层通过腐蚀去除以使均匀扇叶悬臂结构悬空；调谐电极，其设于上反射镜层的表面。进一步地，圆形反射镜的半径为5～20μm。进一步地，多个扇叶悬臂的数量为3个，其扇叶张角度数为15°～60°，扇叶长度为10～50um。进一步地，多个扇叶悬臂的数量为4个，其扇叶张角度数为15°～45°，扇叶长度为10～50μm。进一步地，圆形反射镜包括光栅结构，该光栅结构的光栅周期为0.638um，占空比为0.38。进一步地，上反射镜层为分布布拉格反射镜或高对比度亚波长光栅或高反射镜。本公开的另一个方面提供了一种垂直腔面发射激光器，包括：用于垂直腔面发射激光器的微机电系统。本公开的另一个方面提供了一种垂直腔面发射激光器的制备方法，该方法包括：S1，在衬底2上依次生长缓冲层、下分布布拉格反射镜、有源层、电流限制层、欧姆接触层及上反射镜层；S2，采用光刻并利用PECVD生长掩膜，然后利用ICP刻蚀暴露出电流限制层；S3，通过氧化在电流限制层上形成电流注入限制孔径；S4，采用光刻并利用带胶剥离工艺，在上反射镜层上形成调谐电极；S5，采用光刻并利用带胶剥离工艺，在欧姆接触层上形成电流注入电极；S6，利用光刻和ICP刻蚀，在上反射镜层上刻蚀出均匀扇叶悬臂结构，该均匀扇叶悬臂结构包括一圆形反射镜和多个扇叶悬臂；其中，多个扇叶悬臂之间通过空气间隔；S7，利用湿法选择性腐蚀，腐蚀掉均匀扇叶悬臂结构下方的牺牲层，并清洗之后利用氮气吹干释放均匀扇叶悬臂结构，以使均匀扇叶悬臂结构悬空；S8，将衬底进行减薄、抛光；S9，在衬底背面蒸发沉积背面电极层；S10，进行解理划片、初测、焊接及封装，形成完整的垂直腔面发射激光器。本公开提供的一种用于垂直腔面发射激光器的微机电系统、垂直腔面发射激光器及其制备方法，其采用均匀扇叶结构替代传统微机电系统的等截面悬臂梁，使得悬臂和上反射镜的应力分布更均匀，有效减小了悬臂的最大应力，增大了该激光器的波长调谐范围。附图说明为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：图1示意性示出了根据本公开实施例的垂直腔面发射激光器的立体图；图2示意性示出了根据本公开实施例的垂直腔面发射激光器的俯视图；图3示意性示出了根据本公开实施例的垂直腔面发射激光器A-A方向的横截面图；图4示意性示出了根据本公开实施例的三均匀扇叶悬臂结构和四均匀扇叶悬臂结构的俯视图；图5示意性示出了根据本公开实施例的扇叶悬臂上表面对称轴方向上的应力对比图；图6示意性示出了根据本公开实施例的四扇叶悬臂在不同扇叶长度下扇叶悬臂上表面对称轴方向上的应力及圆形反射镜位移量的对比图；图7示意性示出了根据本公开实施例的四扇叶悬臂在不同扇叶张角下扇叶悬臂上表面对称轴方向上的应力及圆形反射镜位移量的对比图；图8示意性示出了根据本公开实施例的垂直腔面发射激光器的制备流程图。具体实施方式以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。如图1至图3所示，本公开实施例的用于垂直腔面发射激光器的微机电系统200，该系统包括：注入电极9，其设于欧姆接触层8表面的一端，欧姆接触层8为p型重掺杂AlGaAs层，掺杂浓度为1×1020，层厚为30nm，注入电极9为Au层，层厚为300nm；牺牲层10，其设于欧姆接触层8表面的另一端，以与注入电极9相对，牺牲层10为未掺杂GaAs层，层厚为1.1μm；上反射镜层11，其设于牺牲层10的表面，其中，上反射镜层11形成有均匀扇叶悬臂结构，均匀扇叶悬臂结构包括一圆形反射镜111和多个扇叶悬臂112；其中，多个扇叶悬臂112之间通过空气间隔，匀扇叶悬臂结构下方的牺牲层10通过腐蚀去除以使均匀扇叶悬臂结构悬空，上反射镜层11为n型Al0.6Ga0.4As层，掺杂浓度为1×1020，层厚为0.145μm；调谐电极12，其设于上反射镜层11的表面，调谐电极12为Au层，层厚为300nm；该均匀扇叶悬臂结构用于调谐该垂直腔面发射激光器的有效腔长，且该均匀扇叶悬臂结构的最大宽度小于上反射镜层11的宽度及长度。本公开实施例中，该均匀扇叶悬臂结构用于调谐激光器的有效腔长原理为：在调谐电极12和注入电极9之间加反向电压，使得上反射镜11和欧姆接触层8之间产生静电吸引力，在静电力的作用下使得多个扇叶悬臂112向下弯曲，进而使得圆形反射镜111向下偏移，以使整个激光器的谐振腔腔长变小，其相应的谐振波长随之也发生变化，发生波长蓝移，从而实现该激光器谐振波长的调谐。如图4所示，本公开一实施例中，圆形反射镜111半径为8μm，多个扇叶悬臂112数量为3个，其与圆形反射镜111构成三均匀扇叶悬臂结构，其中，该三个扇叶悬臂112的扇叶张角本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于垂直腔面发射激光器的微机电系统，其特征在于，包括：/n注入电极(9)，其设于欧姆接触层(8)表面的一端；/n牺牲层(10)，其设于所述欧姆接触层(8)表面的另一端，以与所述注入电极(9)相对；/n上反射镜层(11)，其设于所述牺牲层(10)的表面，其中，所述上反射镜层(11)形成有均匀扇叶悬臂结构，所述均匀扇叶悬臂结构包括一圆形反射镜(111)和多个扇叶悬臂(112)；其中，多个扇叶悬臂(112)之间通过空气间隔，所述均匀扇叶悬臂结构下方的牺牲层(10)通过腐蚀去除以使所述均匀扇叶悬臂结构悬空；/n调谐电极(12)，其设于所述上反射镜层(11)的表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于垂直腔面发射激光器的微机电系统，其特征在于，包括：
注入电极(9)，其设于欧姆接触层(8)表面的一端；
牺牲层(10)，其设于所述欧姆接触层(8)表面的另一端，以与所述注入电极(9)相对；
上反射镜层(11)，其设于所述牺牲层(10)的表面，其中，所述上反射镜层(11)形成有均匀扇叶悬臂结构，所述均匀扇叶悬臂结构包括一圆形反射镜(111)和多个扇叶悬臂(112)；其中，多个扇叶悬臂(112)之间通过空气间隔，所述均匀扇叶悬臂结构下方的牺牲层(10)通过腐蚀去除以使所述均匀扇叶悬臂结构悬空；
调谐电极(12)，其设于所述上反射镜层(11)的表面。


2.根据权利要求1所述的微机电系统，其特征在于，所述圆形反射镜(111)的半径为5～20μm。


3.根据权利要求1所述的微机电系统，其特征在于，所述多个扇叶悬臂(112)的数量为3个，其扇叶张角度数为15°～60°，扇叶长度为10～50μm。


4.根据权利要求1所述的微机电系统，其特征在于，所述多个扇叶悬臂(112)的数量为4个，其扇叶张角度数为15°～45°，扇叶长度为10～50μm。


5.根据权利要求1所述的微机电系统，其特征在于，所述圆形反射镜(111)包括光栅结构(113)，所述光栅结构(113)的光栅周期为0.638μm，占空比为0.38。


6.根据权利要求1所述的微机电系统，其特征在于，所述上反射镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕家纲，李伟，刘素平，马骁宇，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11