一种发光均匀的顶发射垂直腔面发射激光器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种发光均匀的顶发射垂直腔面发射激光器，包括衬底，所述衬底的底侧设有N型金属电极，所述衬底的顶侧设有外延层，所述外延层由自下而上依次排列的缓冲层、N型布拉格反射镜、有源层、过渡层、限制层、P型布拉格反射镜和接触层组成，所述接触层的顶侧设有P型金属电极。该种发光均匀的顶发射垂直腔面发射激光器，能够提高激光器出射激光的均匀性，并有效抑制氧化过程中出现的分层现象，从而提高顶发射垂直腔面发射激光器的可靠性和稳定性，同时该种顶发射垂直腔面发射激光器克服了之前激光器出射光斑不均匀的问题，对开拓其在多个领域的应用十分有利。其在多个领域的应用十分有利。其在多个领域的应用十分有利。

【技术实现步骤摘要】
一种发光均匀的顶发射垂直腔面发射激光器


[0001]本技术涉及半导体
，具体为一种发光均匀的顶发射垂直腔面发射激光器。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器(Vertical～Cavity Surface～Emitting Laser, VCSEL)是一种激光出射方向垂直于芯片表面的半导体激光器，相较于边发射半导体激光器，垂直腔面发射激光器激光器具有温度漂移小、阈值电流低、单纵模出射、发散角小、调制速率高、易于高速通信、圆形光斑易与光纤耦合、光纤传输损耗低、封装简单易于二维集成、工作寿命长等优势，一直受到深入研究，在高速光通信领域的应用前景被十分看好。垂直腔面发射激光器的激光垂直于芯片表面从顶面或底面射出，出射方向由激光波长决定，波长850nm的光通信应用激光器一般采用顶发射结构。
[0003]典型的顶发射垂直腔面发射激光器激光器，其基本结构包括上P型和下N型布拉格反射镜以及夹在中间的有源区，上P型和下N型布拉格反射镜都是由高低折射率交替变化的材料构成的多层高反射膜，以实现超过99%的反射率，上P型布拉格反射镜的折射率相对较低，因此激光从上表面出射。为了实现阈值电流低的目的，常用的办法是在有源区的上侧或下侧或者上下两侧生长有限制层。在激光器制备过程中，限制层四周通过湿法氧化工艺被氧化成为低折射率、高绝缘的氧化铝绝缘层，中间未被氧化的限制层成为出光孔，由此实现将光路限制在限制层中间，通过控制反应参数可以决定限制层中出光孔的孔径大小。这种引入限制层和控制合适的出光孔大小的技术可以有效降低器件的阈值电流，并提高电光转换效率，为提升激光器性能起到了很大作用。
[0004]然而，垂直腔面发射激光器激光器的上电极形状通常是环形结构，这种结构便于激光从中间出射并降低损耗，但缺点是会造成电场分布不均匀，通常在电极附近电场强度比较强，在相对远离电极的激光器中心位置电场强度比较弱，强度分布的不均匀导致出射的激光光斑分布也不均匀，形成电极附近光强较强、远离电极的中心光强较弱的环状不均匀光斑，严重影响了激光器的性能和实际应用。此外，由于清洗过程中部分清洗剂会和构成激光器的材料发生反应，清洗和氧化工艺完成后，由于不同材料的氧化速率和与清洗剂的反应速率不同，激光器的侧壁表面会变得凹凸不平，即出现分层现象，分层现象也会大大影响产品的可靠性与稳定性。因此，为了解决这些问题，需要开发一种新型的发光均匀的顶发射垂直腔面发射激光器。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本技术提供了如下的技术方案：
[0006]本技术一种发光均匀的顶发射垂直腔面发射激光器，包括衬底，所述衬底的底侧设有N型金属电极，所述衬底的顶侧设有外延层，所述外延层由自下而上依次排列的缓冲层、N型布拉格反射镜、有源层、过渡层、限制层、P型布拉格反射镜和接触层组成，所述接
触层的顶侧设有P型金属电极。
[0007]作为本技术的一种优选技术方案，所述外延层通过光刻和干法刻蚀处理在其表面设有台面结构。
[0008]作为本技术的一种优选技术方案，所述台面结构的侧壁表面粗糙度在15nm以下，侧壁垂直度在85～90度。
[0009]作为本技术的一种优选技术方案，所述接触层和P型金属电极的上表面均覆盖有一层透明导电膜，所述透明导电膜与P型金属电极电性连接。
[0010]作为本技术的一种优选技术方案，所述透明导电膜为氧化铟锡膜。
[0011]作为本技术的一种优选技术方案，所述透明导电膜的厚度为100～800nm。
[0012]作为本技术的一种优选技术方案，所述限制层的中间设置有光孔。
[0013]作为本技术的一种优选技术方案，所述N型金属电极由钛铂金合金材料制成，所述P型金属电极由金锗镍合金材料制成。
[0014]本技术还提供了一种发光均匀的顶发射垂直腔面发射激光器的制备方法，制备方法包括：在衬底上生长外延层，外延层自下而上依次是缓冲层、N型布拉格反射镜、有源层、过渡层、限制层、P型布拉格反射镜、接触层；通过光刻和干法刻蚀在所述外延层上形成台面结构，在刻蚀过程中通过于刻蚀气体中添加氮气从而在台面结构侧壁沉积形成保护膜；通过湿法处理对所述台面结构进行清洗处理，以去除形成台面结构过程中产生并附着于表面上的刻蚀副产物和沉积在侧壁上的钝化膜；通过湿法氧化工艺氧化限制层四周，在中间形成出光孔；在所述台面结构通过镀膜形成上下金属电极；在上表面环形金属电极和接触层之上再覆盖透明导电膜；最后得到的垂直腔面发射激光器，结构自下而上分别是N型金属电极、衬底、缓冲层、N型布拉格反射镜、有源层、过渡层、限制层、P型布拉格反射镜、接触层、P型金属电极和透明导电膜。
[0015]在通过湿法氧化工艺在限制层形成出光孔的步骤之前，P型布拉格反射镜、N型布拉格反射镜与被夹在中间的有源区的侧壁均被刻蚀过程中沉积的含氮钝化膜保护，清洗过程使用不与激光器材料反应的清洗剂去除保护膜，然后立刻进行氧化，可以最大程度的抑制分层现象。清洗处理的时间为1～15分钟。所用到的清洗剂包括中性无机溶剂、中性有机溶剂、酸碱溶剂或溶液（这些清洗剂不与半导体材料，尤其是有源层、限制层材料发生反应）。透明导电膜覆盖上电极及中间露出的接触层。透明导电膜与上电极电性连接。透明导电膜为厚度100～800nm的氧化铟锡膜。引入透明导电膜的优点是其激光透过率超过95%，不影响激光出射，更重要的是透明导电膜的引入，使得上表面的环形电极结构变成平面电极结构，解决了出射激光的光强分布不均匀问题，从而极大扩展了此类垂直腔面发射激光器的应用前景。这种方法不仅适用于顶发射结构，对底发射结构同样适用。
[0016]该种发光均匀的顶发射垂直腔面发射激光器，能够提高激光器出射激光的均匀性，并有效抑制氧化过程中出现的分层现象，从而提高顶发射垂直腔面发射激光器的可靠性和稳定性，同时该种顶发射垂直腔面发射激光器克服了之前激光器出射光斑不均匀的问题，对开拓其在多个领域的应用十分有利。
附图说明
[0017]附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用
新型的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：
[0018]图1是本技术一种发光均匀的顶发射垂直腔面发射激光器的结构示意图。
[0019]图中：1、N型金属电极；2、衬底；3、缓冲层；4、N型布拉格反射镜；5、有源层；6、过渡层；7、限制层；8、P型布拉格反射镜；9、接触层；10、P型金属电极；11、透明导电膜。
具体实施方式
[0020]以下结合附图对本技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术。
[0021]实施例：本技术所述的顶发射垂直腔面发射激光器，其结构从下到上依次是N型金属电极1、衬底2、缓冲层3、N型布拉格反射镜4、有源层5、过渡层6、限制层7、P型布拉格反射镜8、接触层9、P型金属电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发光均匀的顶发射垂直腔面发射激光器，包括衬底（2），其特征在于，所述衬底（2）的底侧设有N型金属电极（1），所述衬底（2）的顶侧设有外延层，所述外延层由自下而上依次排列的缓冲层（3）、N型布拉格反射镜（4）、有源层（5）、过渡层（6）、限制层（7）、P型布拉格反射镜（8）和接触层（9）组成，所述接触层（9）的顶侧设有P型金属电极（10）。2.根据权利要求1所述的一种发光均匀的顶发射垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述外延层通过光刻和干法刻蚀处理在其表面设有台面结构。3.根据权利要求2所述的一种发光均匀的顶发射垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述台面结构的侧壁表面粗糙度在15nm以下，侧壁垂直度在85～90度。4.根据权利要求1所述的一种发光均匀的顶发射垂直腔面发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑君雄，崔雨舟，冉宏宇，王青，
申请(专利权)人：深圳市中科光芯半导体科技有限公司，
类型：新型
国别省市：