一种垂直腔面发射激光器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，垂直腔面发射激光器包括：衬底，所述衬底包括若干个间隔的发光区、以及位于相邻所述发光区之间且与所述发光区邻接的连接区；设置于所述衬底的发光区和连接区的一侧的外延结构，所述外延结构包括层叠设置的第一布拉格反射镜层和有源层，所述第一布拉格反射镜层位于所述衬底与所述有源层之间，部分所述连接区上的外延结构中具有沟槽，所述沟槽贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层。所述垂直腔面发射激光器具有较高的横向散热能力，能够避免由于热量积聚对器件性能造成不利影响。于热量积聚对器件性能造成不利影响。于热量积聚对器件性能造成不利影响。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直腔面发射激光器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及激光器
，具体涉及一种垂直腔面发射激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器(Vertical
‑
Cavity Surface
‑
Emitting Laser，简称VCSEL)是一种激光发射方向垂直于芯片表面的新型半导体激光器。相比于边发射激光器(Edgeemitting Laser，简称EEL),垂直腔面发射激光器具有许多优点，包括阈值电流低、稳定性好、寿命长、光斑圆形对称、光纤耦合效率高、调制速率高、易于二维集成等。随着垂直腔面发射激光器在人脸识别、激光雷达等方面的大规模应用，垂直腔面发射激光器受到人们越来越多的关注。
[0003]然而，现有垂直腔面发射激光器的横向散热性能较差，易发生热量积聚，从而对器件性能造成不利影响。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有垂直腔面发射激光器的横向散热性能较差的缺陷，从而提供一种垂直腔面发射激光器及其制备方法。
[0005]本专利技术提供一种垂直腔面发射激光器，包括：衬底，所述衬底包括若干个间隔的发光区、以及位于相邻所述发光区之间且与所述发光区邻接的连接区；设置于所述衬底的发光区和连接区的一侧的外延结构，所述外延结构包括层叠设置的第一布拉格反射镜层和有源层，所述第一布拉格反射镜层位于所述衬底与所述有源层之间，部分所述连接区上的外延结构中具有沟槽，所述沟槽贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层。
[0006]可选的，与所述沟槽相邻的发光区的中心至所述沟槽在所述衬底表面的正投影的距离大于两个相邻所述沟槽之间的距离的二分之一。
[0007]可选的，若干个所述发光区排列成N行，N为大于1的整数，第k+1行的发光区与第k行的发光区沿着行方向上错位排列，第k
‑
1行的发光区与第k行的发光区沿着行方向上错位排列，k为大于等于2且小于等于N
‑
1的整数；第k行的发光区中的任意两个相邻的发光区分别为第一特征发光区和第二特征发光区，第k+1行的发光区中具有与所述第一特征发光区和所述第二特征发光区对应的第三特征发光区，第k
‑
1行的发光区中具有与所述第一特征发光区和所述第二特征发光区对应的第四特征发光区，所述第三特征发光区的中心和所述第四特征发光区的中心的连线垂直于所述第一特征发光区的中心和第二特征发光区的中心的连线；所述第一特征发光区、第二特征发光区、第三特征发光区和第四特征发光区围绕两个所述沟槽在所述衬底表面的正投影，两个沟槽的中心在所述衬底表面的正投影的连线与所述第三特征发光区的中心和所述第四特征发光区的中心的连线重合。
[0008]可选的，所述第一特征发光区、第二特征发光区和第三特征发光区围绕的沟槽为第一沟槽，所述第一特征发光区、第二特征发光区和第四特征发光区围绕的沟槽为第二沟槽，所述第一沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第一特征发光区的最小距离、所述第一
沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第二特征发光区的最小距离、所述第一沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第三特征发光区的最小距离、所述第二沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第一特征发光区的最小距离、所述第二沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第二特征发光区的最小距离与所述第二沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第四特征发光区的最小距离相等。
[0009]可选的，围绕所述发光区且与所述发光区相邻的若干个所述沟槽呈中心对称设置。
[0010]可选的，所述最小距离为5μm～20μm。
[0011]可选的，所述沟槽在所述衬底表面的正投影的形状为“Y”形。
[0012]可选的，所述沟槽包括相互连通的第一分支子槽、第二分支子槽和第三分支子槽，第一分支子槽在所述衬底表面的正投影朝向所述第一特征发光区，所述第二分支子槽在所述衬底表面的正投影朝向所述第二特征发光区，所述第三分支子槽在所述衬底表面的正投影朝向所述第三特征发光区。
[0013]可选的，所述沟槽在所述衬底表面的正投影的形状为圆形、矩形或三角形。
[0014]本专利技术还提供一种垂直腔面发射激光器的制备方法，包括：提供衬底，所述衬底包括若干个间隔的发光区、以及位于相邻所述发光区之间且与所述发光区邻接的连接区；在所述衬底的发光区和连接区的一侧形成外延结构，所述外延结构包括层叠设置的第一布拉格反射镜层和有源层，所述第一布拉格反射镜层位于所述衬底与所述有源层之间，部分所述连接区上的外延结构中具有沟槽，所述沟槽贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层。
[0015]可选的，在所述衬底一侧形成所述外延结构的步骤包括：在所述衬底的发光区和连接区的一侧形成初始外延结构，所述初始外延结构包括层叠设置的第一布拉格反射镜层和有源层；对部分所述连接区上的所述初始外延结构进行第一刻蚀，形成贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层的沟槽。
[0016]可选的，所述初始外延结构还包括初始电流限制层，所述初始电流限制层位于所述第一布拉格反射镜层与所述有源层之间和/或所述有源层背离所述第一布拉格反射镜层的一侧表面，所述沟槽贯穿所述初始电流限制层；所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：对所述沟槽侧壁的初始电流限制层进行湿法氧化处理，使初始电流限制层形成电流限制层。
[0017]可选的，所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：在进行所述湿法氧化处理之前，对所述沟槽侧壁的所述初始电流限制层进行第二刻蚀。
[0018]可选的，所述湿法氧化处理在湿法氧化腔体中进行；所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：在进行所述湿法氧化处理之后，向所述湿法氧化腔体中通入惰性气体或氮气；向湿法氧化腔体中通入惰性气体或氮气之后，对所述电流限制层进行退火处理。
[0019]可选的，所述退火处理的参数包括：退火温度为380℃
‑
430℃，退火时间为30min
‑
120min。
[0020]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0021]1.本专利技术提供的垂直腔面发射激光器，设置在部分连接区上的外延结构中的沟槽使所述外延结构构成相互连接的一个整体，所述垂直腔面发射激光器产生的热量能够沿着所述外延结构横向传输至外，提高了垂直腔面发射激光器的横向散热能力，进而提高了垂
直腔面发射激光器的总散热能力，降低了垂直腔面发射激光器的工作温度，避免了由于热量积聚对器件性能造成不利影响。同时不影响垂直腔面发射激光器发光。
[0022]2.本专利技术提供的垂直腔面发射激光器，与沟槽相邻的发光区的中心至沟槽在衬底表面的正投影的距离大于两个相邻沟槽之间的距离的二分之一。所述电流限制层是通过对位于沟槽侧壁的初始电流限制层进行湿法氧化得到的，且位于所述沟槽侧壁各个位置的电流限制层形成的速率相同。通过限定上述距离关系，避免了当位于发光区的边缘区域上方的电流限制层连接成封闭环状时位于发光区中心位置初始电流限制层也反应形成电流限制层，从而保证了有源层产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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，所述衬底包括若干个间隔的发光区、以及位于相邻所述发光区之间且与所述发光区邻接的连接区；设置于所述衬底的发光区和连接区的一侧的外延结构，所述外延结构包括层叠设置的第一布拉格反射镜层和有源层，所述第一布拉格反射镜层位于所述衬底与所述有源层之间，部分所述连接区上的外延结构中具有沟槽，所述沟槽贯穿部分厚度的所述第一布拉格反射镜层。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，与所述沟槽相邻的发光区的中心至所述沟槽在所述衬底表面的正投影的距离大于两个相邻所述沟槽之间的距离的二分之一。3.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，若干个所述发光区排列成N行，N为大于1的整数，第k+1行的发光区与第k行的发光区沿着行方向上错位排列，第k
‑
1行的发光区与第k行的发光区沿着行方向上错位排列，k为大于等于2且小于等于N
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1的整数；第k行的发光区中的任意两个相邻的发光区分别为第一特征发光区和第二特征发光区，第k+1行的发光区中具有与所述第一特征发光区和所述第二特征发光区对应的第三特征发光区，第k
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1行的发光区中具有与所述第一特征发光区和所述第二特征发光区对应的第四特征发光区，所述第三特征发光区的中心和所述第四特征发光区的中心的连线垂直于所述第一特征发光区的中心和第二特征发光区的中心的连线；所述第一特征发光区、第二特征发光区、第三特征发光区和第四特征发光区围绕两个所述沟槽在所述衬底表面的正投影，两个沟槽的中心在所述衬底表面的正投影的连线与所述第三特征发光区的中心和所述第四特征发光区的中心的连线重合。4.根据权利要求3所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一特征发光区、第二特征发光区和第三特征发光区围绕的沟槽为第一沟槽，所述第一特征发光区、第二特征发光区和第四特征发光区围绕的沟槽为第二沟槽，所述第一沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第一特征发光区的最小距离、所述第一沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第二特征发光区的最小距离、所述第一沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第三特征发光区的最小距离、所述第二沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第一特征发光区的最小距离、所述第二沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第二特征发光区的最小距离与所述第二沟槽在所述衬底表面的正投影至所述第四特征发光区的最小距离相等。5.根据权利要求1或4所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，围绕所述发光区且与所述发光区相邻的若干个所述沟槽呈中心对称设置。6.根据权利要求4所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述最小距离为5μm～20μm。7.根据权利要求3所述的垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘恒，王俊，邱平平，孙义忠，李熙贤，肖垚，苗霈，
申请(专利权)人：苏州长光华芯半导体激光创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：