垂直腔面发射激光器及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种垂直腔面发射激光器，包括由下至上依次设置的衬底、下光栅层、有源层、接触层和上光栅层，所述上光栅层凸设于所述接触层的中部且所述上光栅层的侧壁与接触层之间形成第一台阶部，所述接触层和有源层凸设于所述下光栅层的中部且所述接触层和有源层的侧壁与下光栅层之间形成第二台阶部，所述接触层上还设有p型电极，所述p型电极上还设有散热电极，所述散热电极由第一台阶部延伸至第二台阶部。本发明专利技术将p型电极设于接触层上，从而使得p型电极与有源层的距离较近，可以有效减少自由载流子吸收和自发热现象；另外，由于在p型电极上还设置了散热电极，进一步增加了散热电极与外界的接触面，提高垂直腔面发射激光器的散热性能。性能。性能。

Vertical cavity surface emitting laser and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
垂直腔面发射激光器及其制备方法


[0001]本专利技术属于激光器领域，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，用于手机面部识别、激光打印和激光雷达等场景的大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)是面发射光电器件的一个研发重点，其具有电光转换效率高、发散角小、波长温度漂移小和易于晶圆级筛查、检测等优点，与从侧面发光的边发射激光器相比，VCSEL激光器有更高的芯片产出良率。VCSEL激光器一般以GaAs材料作为衬底，有晶格匹配的有源区材料作为发光区域，激射波长在600～1300nm左右，后期工艺制作也相对简单。由于传统的p型金属电极需要将电流从p型掺杂的布拉格反射区(DBR)上表面注入到量子阱有源区，因此这一过程在较厚的p型材料中会产生较严重的自由载流子吸收和自发热现象。对于大功率激光器，我们需要尽量减小光功率的损耗和器件的发热量，并对p型金属电极做更好的设计。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，可以有效减少自由载流子吸收和自发热现象，散热效果好。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供的一种垂直腔面发射激光器，包括由下至上依次设置的衬底、下光栅层、有源层、接触层和上光栅层，所述上光栅层凸设于所述接触层的中部且所述上光栅层的外周壁与接触层之间形成第一台阶部，所述接触层和有源层凸设于所述下光栅层的中部且所述接触层和有源层的外周壁与下光栅层之间形成第二台阶部，所述接触层上设有p型电极，所述p型电极上还设有散热电极，所述散热电极由第一台阶部延伸至第二台阶部。
[0005]优选地，所述散热电极位于接触层上方的内周壁与上光栅层的外周壁之间设有间隙以形成空气环。
[0006]优选地，所述第一台阶部上除p型电极所在区域外其它区域上设置第一保护层，所述第二台阶部上设置第二保护层，所述散热电极覆盖所述第二保护层的至少部分或所述散热电极覆盖所述第一保护层的至少部分和第二保护层的至少部分。
[0007]本专利技术还提供一种垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在衬底上由下至上依次生长下光栅层、有源层、接触层和上光栅层；对上光栅层的第一边缘进行刻蚀直至露出接触层以使得上光栅层凸设于所述接触层的中部且所述上光栅层的外周壁与接触层之间形成第一台阶部；在所述接触层上生长p型电极，所述p型电极位于上光栅层的外侧；从接触层的第二边缘向下刻蚀直至露出下光栅层以使得所述接触层和有源层凸设于所述下光栅层的中部且所述接触层和有源层的外周壁与下光栅层之间形成第二台阶部，所述第二边缘位于p型电极的外侧；在所述p型电极上生长散热电极，所述散热电极由第一台阶部延伸至第二台阶部。
[0008]优选地，在所述接触层上生长p型电极，所述p型电极位于上光栅层的外侧步骤包括：在第一台阶部上生长第一保护层，并对第一保护层对应p型电极位置处进行刻蚀开窗直至露出所述接触层以形成p型电极生长区；在所述接触层上的p型电极生长区上生长p型电极。
[0009]优选地，在所述p型电极上生长散热电极，所述散热电极由第一台阶部延伸至第二台阶部步骤包括：在所述第二台阶部和p型电极上生长第二保护层；对第二保护层对应p型电极位置处进行刻蚀开窗直至露出p型电极；在所述p型电极、第一保护层和第二保护层上生长散热电极，所述散热电极位于接触层上方的内周壁与第一保护层连接且所述散热电极由第一台阶部延伸至第二台阶部。
[0010]优选地，在所述p型电极、第一台阶部和第二台阶部上生长散热电极，所述散热电极位于接触层上方的内周壁与第一保护层连接且所述散热电极由第一台阶部延伸至第二台阶部步骤之后还包括：对与第一保护层连接的散热电极进行刻蚀以使得散热电极与第一保护层的外周壁之间设有间隙以形成空气环。
[0011]优选地，所述接触层与有源层之间还设有氧化层，从接触层的第二边缘向下刻蚀直至露出下光栅层以使得所述接触层和有源层凸设于所述下光栅层的中部且所述接触层和有源层的外周壁与下光栅层之间形成第二台阶部，所述第二边缘位于p型电极的外侧步骤之后还包括：对氧化层进行湿法氧化；控制湿法氧化时间以使得氧化层的边缘区域被氧化而中部区域未被氧化。
[0012]优选地，所述上光栅层为无掺杂的本征布拉格反射层。
[0013]优选地，所述衬底为n型衬底，在所述n型衬底的下方还生长有n型电极。
[0014]与现有技术相比，垂直腔面发射激光器将p型电极设于有源层上的接触层上，而不是设置在上光栅层的上方，从而使得p型电极与有源层的距离较近，可以有效减少自由载流子吸收和自发热现象；另外，由于在p型电极上还设置了散热电极，并将散热电极从第一台阶部延伸到第二台阶部，进一步增加散热电极的散热面积，该设计一方面可以提高垂直腔面发射激光器的散热性能，另一方面，采用台阶结构的散热电极，不会增加直腔面发射激光器体积，且不改变垂直腔面发射激光器光学性能，设计非常巧妙，且工艺简单，易于实施。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例垂直腔面发射激光器的结构示意图。
[0016]图2为本专利技术实施例垂直腔面发射激光器制备方法中在衬底1上生长了下光栅层、隔离层、有源层、氧化层、接触层、刻蚀阻挡层、上光栅层的晶圆结构示意图。
[0017]图3为本专利技术实施例垂直腔面发射激光器制备方法中对图2中晶圆进行刻蚀形成第一台阶部的结构示意图。
[0018]图4为本专利技术实施例垂直腔面发射激光器制备方法中在第一台阶部上生长第一保护层后的结构示意图。
[0019]图5为本专利技术实施例垂直腔面发射激光器制备方法中在第一保护层上开设p型电极生长区的结构示意图。
[0020]图6为本专利技术实施例垂直腔面发射激光器制备方法中在p型电极生长区生长p型电极的结构示意图。
[0021]图7为本专利技术实施例垂直腔面发射激光器制备方法中刻蚀形成第二台阶部的结构示意图。
[0022]图8为本专利技术实施例垂直腔面发射激光器制备方法中对氧化层进行氧化后的结构示意图。
[0023]图9为本专利技术实施例垂直腔面发射激光器制备方法中形成第二保护层并刻蚀掉p型电极上的第二保护层后的结构示意图。
[0024]图10为本专利技术实施例垂直腔面发射激光器制备方法中生长散热电极以及n型电极后的结构示意图。
[0025]图11为本专利技术实施例垂直腔面发射激光器的能带结构图。
具体实施方式
[0026]为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、构造特征、所实现的效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0027]如图1所示，本专利技术实施例一种垂直腔面发射激光器，包括由下至上依次设置的衬底1、下光栅层2、有源层4、接触层6和上光栅层7，所述上光栅层7凸设于所述接触层6的中部且所述上光栅层7的外周壁与接触层6之间形成第一台阶部14，所述接触层6和有源层4凸设于所述下光栅层2的中部且所述接触层6和有源层4的外周壁与下光栅层2之间形成第二台阶部15，所述接触层6上设有p型电极9，所述p型电极9上还本文档来自技高网...

【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，包括由下至上依次设置的衬底、下光栅层、有源层、接触层和上光栅层，所述上光栅层凸设于所述接触层的中部且所述上光栅层的外周壁与接触层之间形成第一台阶部，所述接触层和有源层凸设于所述下光栅层的中部且所述接触层和有源层的外周壁与下光栅层之间形成第二台阶部，所述接触层上设有p型电极，所述p型电极上还设有散热电极，所述散热电极由第一台阶部延伸至第二台阶部。2.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述散热电极位于接触层上方的内周壁与上光栅层的外周壁之间设有间隙以形成空气环。3.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一台阶部上除p型电极所在区域外其它区域上设置第一保护层，所述第二台阶部上设置第二保护层，所述散热电极覆盖所述第二保护层的至少部分或所述散热电极覆盖所述第一保护层的至少部分和第二保护层的至少部分。4.一种垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在衬底上由下至上依次生长下光栅层、有源层、接触层和上光栅层；对上光栅层的第一边缘进行刻蚀直至露出接触层以使得上光栅层凸设于所述接触层的中部且所述上光栅层的外周壁与接触层之间形成第一台阶部；在所述接触层上生长p型电极，所述p型电极位于上光栅层的外侧；从接触层的第二边缘向下刻蚀直至露出下光栅层以使得所述接触层和有源层凸设于所述下光栅层的中部且所述接触层和有源层的外周壁与下光栅层之间形成第二台阶部，所述第二边缘位于p型电极的外侧；在所述p型电极上生长散热电极，所述散热电极由第一台阶部延伸至第二台阶部。5.如权利要求4所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，在所述接触层上生长p型电极，所述p型电极位于上光栅层的外侧步骤包括：在第一台阶部上生长第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俣，杭青岭，姜东锡，宋云鹏，
申请(专利权)人：光为科技广州有限公司，
类型：发明
国别省市：