垂直腔面发射激光器制备方法及垂直腔面发射激光器技术

本发明专利技术公开了一种垂直腔面发射激光器制备方法，包括：对柱状主动区平台进行氧化处理以形成氧化孔的步骤，具体如下：第一次湿法氧化，在柱状主动区平台内的氧化限制层中间形成孔径尺寸大于目标孔径尺寸的第一氧化孔，然后去除氧化限制层最外圈的一圈氧化铝；第二次湿法氧化，在柱状主动区平台内的氧化限制层中间形成孔径尺寸小于第一氧化孔但大于目标孔径尺寸的第二氧化孔，然后去除氧化限制层最外圈的一圈氧化铝；依此类推，直到第N次湿法氧化后，形成孔径尺寸等于目标孔径尺寸的氧化孔，N为大于等于2的整数。本发明专利技术还公开了一种垂直腔面发射激光器。本发明专利技术可消除氧化限制层在氧化过程中出现开裂或者鼓裂的现象，从而有效提高器件可靠性。高器件可靠性。高器件可靠性。

【技术实现步骤摘要】
垂直腔面发射激光器制备方法及垂直腔面发射激光器


[0001]本专利技术涉及一种垂直腔面发射激光器（Vertical
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Cavity Surface
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Emitting Laser，简称VCSEL）制备方法，属于半导体激光器


技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器VCSEL是利用设置在有源区上下两侧的分布式布拉格反射器作为谐振腔，产生出光方向垂直于外延表面的一类半导体激光器。相比于边发射半导体激光器，VCSEL具有体积小、可简易封装、二维扩展性高等优点，在数据通信、消费电子、激光雷达等领域取得广泛应用。
[0003]现有VCSEL在制作的过程中，多采用氧化孔的方法定义出光孔。其主要工艺步骤包括：晶片外延生长，在晶片外延生长过程中，在靠近谐振腔的下布拉格反射镜层和/或上布拉格反射镜层设置有Al组份很高的AlGaAs层作为氧化限制层，自下而上，VCSEL芯片结构主要由N型掺杂的DBR反射镜，包含量子阱/量子点有源区的谐振腔，以及P型掺杂的DBR反射镜所构成；在外延生长形成的层结构中蚀刻出柱状（通常为圆柱状）主动区平台，需要确保所述氧化限制层暴露于所述主动区平台的侧壁；对主动区平台的侧壁进行氧化处理，氧化时，沿着所述氧化限制层横向进行，被氧化的氧化限制层形成化学性质稳定的氧化铝（α
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Al2O3）层，α
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Al2O3具有良好的绝缘性，有效地阻隔了注入电流的通过，能够很好限制注入电流的侧向扩散，同时α
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Al2O3具有较小的折射率，能够使光场更为集中在电路注入窗口区域，提高了光场与有源区的交叠，增加光限制因子，起到减小器件阈值电流的作用，而中间未被氧化的区域构成氧化孔，也就是VCSEL的出光孔和电流注入区；之后再经过表面钝化，平坦化工艺（即用聚酰亚胺，苯并环丁烯等聚合物填充沟槽），以及制作电极并引出等步骤。
[0004]上述工艺工程中，氧化孔的形成十分关键。现有氧化孔的形成通常采用湿法氧化工艺，所谓湿法氧化工艺是指：在高温下，AlGaAs与氮气或氮氢混合气携带的水蒸气发生反应，生成Al的化合物α
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Al2O3、Al(OH)
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、As的化合物As2O3以及气体H2、O2等。专利技术人经过长期实践发现：由于在湿法氧化过程中有气体的产生，以及AlGaAs和α
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Al2O3材料的晶格常数不同导致的材料收缩，氧化限制层常常出现开裂或者鼓裂的现象，会造成激光器的电光特性恶化，甚至器件失效。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种垂直腔面发射激光器制备方法，通过多次湿法氧化的工艺来消除氧化限制层在氧化过程中出现开裂或者鼓裂的现象，从而有效提高器件可靠性。
[0006]本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种垂直腔面发射激光器制备方法，包括：对柱状主动区平台的侧壁进行氧化处理以在所述柱状主动区平台内的氧化限制层中间形成氧化孔的步骤；所述氧化处理的方法具体如下：先对柱状主动区平台的侧壁进行第一次湿法氧化，在所述柱状主动区平台内的
氧化限制层中间形成孔径尺寸大于目标孔径尺寸的第一氧化孔，然后去除所述氧化限制层最外圈的一圈氧化铝；对柱状主动区平台的侧壁进行第二次湿法氧化，在所述柱状主动区平台内的氧化限制层中间形成孔径尺寸小于第一氧化孔但大于目标孔径尺寸的第二氧化孔，然后去除所述氧化限制层最外圈的一圈氧化铝；依此类推，直到对柱状主动区平台的侧壁进行第N次湿法氧化后，在所述柱状主动区平台内的氧化限制层中间形成孔径尺寸等于目标孔径尺寸的氧化孔，N为大于等于2的整数。
[0007]优选地，N=2。
[0008]进一步优选地，第一氧化孔的孔径尺寸为目标孔径尺寸的130%～160%。
[0009]优选地，使用可以与氧化铝产生化学反应生成水溶性物质的腐蚀液来去除所述氧化限制层最外圈的一圈氧化铝。
[0010]进一步优选地，所述腐蚀液为强碱性溶液。
[0011]更进一步优选地，所述强碱性溶液由KOH：水按1：12的配比组成。
[0012]进一步地，所述制备方法还包括：在完成氧化处理的柱状主动区平台表面形成钝化层的步骤。
[0013]基于以上技术方案还可以得到：一种垂直腔面发射激光器，使用如上任一技术方案所述方法制备得到。
[0014]相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：本专利技术通过氧化—腐蚀—氧化的多次湿法氧化来实现氧化孔的制备，有限减少了单次氧化反应所产生的气体，从而制作出氧化限制层的外圈带有空气隙结构的氧化限制型VCSEL，该空气隙区域能够为内部的氧化区域提供应力缓冲，且改善了在湿氧化过程中材料内部产生的反应气体无法排出所导致的氧化层鼓裂情况；此外，采用氧化—腐蚀—氧化的多次湿法氧化工艺能更严格控制氧化孔的形状和尺寸，相比传统一次性氧化工艺具有更好的重复性，因此所生产VCSEL的一致性更好。
附图说明
[0015]图1为具体实施例中的氧化孔生成的工艺流程示意图；图2为具体实施例中所制备VCSEL的结构示意图。
具体实施方式
[0016]针对现有技术的氧化孔制备过程中氧化限制层容易出现开裂或者鼓裂的问题，本专利技术的解决思路是通过氧化—腐蚀—氧化的多次湿法氧化来实现氧化孔的制备，有限减少了单次氧化反应所产生的气体，从而制作出氧化限制层的外圈带有空气隙结构的氧化限制型VCSEL，该空气隙区域能够为内部的氧化区域提供应力缓冲，且改善了在湿氧化过程中材料内部产生的反应气体无法排出所导致的氧化层鼓裂情况；此外，采用氧化—腐蚀—氧化的多次湿法氧化工艺能更严格控制氧化孔的形状和尺寸，相比传统一次性氧化工艺具有更好的重复性，因此所生产VCSEL的一致性更好。
[0017]本专利技术所提出的垂直腔面发射激光器制备方法，包括：对柱状主动区平台的侧壁进行氧化处理以在所述柱状主动区平台内的氧化限制层中间形成氧化孔的步骤；所述氧化处理的方法具体如下：先对柱状主动区平台的侧壁进行第一次湿法氧化，在所述柱状主动
区平台内的氧化限制层中间形成孔径尺寸大于目标孔径尺寸的第一氧化孔，然后去除所述氧化限制层最外圈的一圈氧化铝；对柱状主动区平台的侧壁进行第二次湿法氧化，在所述柱状主动区平台内的氧化限制层中间形成孔径尺寸小于第一氧化孔但大于目标孔径尺寸的第二氧化孔，然后去除所述氧化限制层最外圈的一圈氧化铝；依此类推，直到对柱状主动区平台的侧壁进行第N次湿法氧化后，在所述柱状主动区平台内的氧化限制层中间形成孔径尺寸等于目标孔径尺寸的氧化孔，N为大于等于2的整数。
[0018]上述技术方案中具体的湿法氧化次数N可根据实际芯片大小以及所要制备的氧化孔形状及孔径等参数进行灵活选取；从实际效果与工序增加综合考虑，优选地，N=2；进一步优选地，第一氧化孔的孔径尺寸为目标孔径尺寸的130%～160%。
[0019]所述氧化限制层最外圈氧化铝的去除，优选使用可以与氧化铝产生化学反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面发射激光器制备方法，包括：对柱状主动区平台的侧壁进行氧化处理以在所述柱状主动区平台内的氧化限制层中间形成氧化孔的步骤；其特征在于，所述氧化处理的方法具体如下：先对柱状主动区平台的侧壁进行第一次湿法氧化，在所述柱状主动区平台内的氧化限制层中间形成孔径尺寸大于目标孔径尺寸的第一氧化孔，然后去除所述氧化限制层最外圈的一圈氧化铝；对柱状主动区平台的侧壁进行第二次湿法氧化，在所述柱状主动区平台内的氧化限制层中间形成孔径尺寸小于第一氧化孔但大于目标孔径尺寸的第二氧化孔，然后去除所述氧化限制层最外圈的一圈氧化铝；依此类推，直到对柱状主动区平台的侧壁进行第N次湿法氧化后，在所述柱状主动区平台内的氧化限制层中间形成孔径尺寸等于目标孔径尺寸的氧化孔，N为大于等于2的整数。2.如权利要求1所述垂直腔面发射激...

【专利技术属性】
技术研发人员：曼玉选，赖铭智，郭海侠，
申请(专利权)人：苏州长瑞光电有限公司，
类型：发明
国别省市：