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，制备方法包括：将连接层转移至第一衬底上或在第一衬底上制备连接层，其中，连接层为至少一层且每层为具有单原子或单分子厚度的层状二维材料，连接层的层间原子间通过范德华力结合，和/或连接层与第一衬底的原子间通过范德华力结合。在连接层上外延激光器主体部分，连接层与激光器主体部分的原子间通过范德华力结合。对连接层进行机械剥离，将承载有激光器主体部分的连接层转移到覆盖有第一反射镜的第二衬底上。通过增加连接层，使得激光器主体部分容易从第一衬底上机械剥离开，相对于传统的激光剥离，简化工艺流程，降低了激光器件的生产成本，同时更易于转移，拓展氮化物光电器件的应用。光电器件的应用。光电器件的应用。

【技术实现步骤摘要】
垂直腔面发射激光器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体激光器和石墨烯
，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]自上世纪九十年代以来，全球范围内掀起了研究GaN基材料与器件的热潮，它的研究拓展了半导体激光器的波长范围，且在高密度光盘存储、激光显示以及生化医疗等领域具有广阔的市场前景。其中垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)具有远场发散角小、近圆形光斑、大孔径操作、二维排列的优点，并且易于实现高功率、高传输数据率、高速响应，所以在光互联、光通讯、光信号处理以及光纤通讯、神经网络、计算机芯片中的光互连和自由空间光互连和实时光信号及图形处理等方面有着很广泛的应用前景。VCSEL的器件性能与材料质量密切相关，目前最常用的制备GaN基VCSEL的方法是在蓝宝石衬底上外延出分布式布拉格反射镜中间的激光器结构，再通过激光剥离并键合等复杂的工艺手段来完成。

技术实现思路

[0003](一)要解决的技术问题
[0004]针对于现有的技术问题，本专利技术提供一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，用于至少部分解决以上技术问题。
[0005](二)技术方案
[0006]本专利技术提供一种垂直腔面发射激光器的制备方法，包括：将连接层02转移至第一衬底01上或在第一衬底01上制备连接层02，其中，连接层02为至少一层且每层为具有单原子或单分子厚度的层状二维材料，连接层02的层间原子间通过范德华力结合，和/或连接层02与第一衬底01的原子间通过范德华力结合；在连接层02上外延激光器主体部分08，连接层02与激光器主体部分08的原子间通过范德华力结合；对连接层02进行机械剥离，将承载有激光器主体部分08的连接层02转移到覆盖有第一反射镜11的第二衬底12上。
[0007]可选地，在将连接层02转移至第一衬底01上之前，方法还包括：制备石墨烯层作为连接层02。
[0008]可选地，制备石墨烯层包括：制备单层石墨烯或2
‑
15层多层石墨烯。
[0009]可选地，在将连接层02转移至第一衬底01上之前，方法还包括：在同质衬底或蓝宝石衬底或非晶衬底上生长1～5μm的非掺GaN层得到第一衬底01。
[0010]可选地，垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：在激光器主体部分08的P电极区域制备离子注入高阻区13或介质薄膜电流阻挡层17；在激光器主体部分08上制备透明导电层09，并在透明导电层09上制备第二反射镜10，其中，第二反射镜10的反射率小于第一反射镜11的反射率；分别刻蚀到p电极区域的透明导电层09和激光器主体部分08中n电极区的n型掺杂GaN电子注入层03，得到p电极图形和n电极图形；采用电子束蒸发或者溅射的方法，
分别在n电极图形和p电极图形上制备第一金属电极14和第二金属电极15；表面沉积一层钝化层并光刻腐蚀去除部分钝化层，得到钝化层16，暴露出第二反射镜10，第一金属电极14和第二金属电极15。
[0011]可选地，利用不同折射率材料交替生长或蒸镀第一反射镜11和第二反射镜10。
[0012]可选地，在将承载有激光器主体部分08的连接层02转移到覆盖有第一反射镜11的第二衬底12上之前，方法还包括：利用Si层，SiC层或AlN层中的任何一种制备第二衬底12。
[0013]可选地，在连接层02上外延生长激光器主体部分08包括：在连接层02上依次外延生长n型掺杂GaN电子注入层03、多量子阱发光层04、p型掺杂AlGaN电子阻挡层05、p型掺杂GaN空穴注入层06和重掺杂p型GaN欧姆接触层07，其中，多量子阱发光层04为Al
X
Ga1‑
X
N/GaN或In
Y
Ga1‑
Y
N/GaN量子阱发光层，0＜X＜1，0＜Y＜1。
[0014]可选地，分别在n电极图形和p电极图形上制备第一金属电极14和第二金属电极15包括：利用Au、Ag、Cu、Pt、Cr、Ni、Al、Ti中的一种或其任意组合制备第一金属电极14和第二金属电极15；表面沉积一层钝化层并光刻腐蚀去除部分钝化层，得到钝化层16包括：利用氧化硅、氮化硅或氧化铝介质薄膜中的一种或几种的混合，沉积得到钝化层16。
[0015]本专利技术另一方面提供一种垂直腔面发射激光器，包括：依次叠加的第二衬底12，第一反射镜11，连接层02，激光器主体部分08，透明导电层09，和第二反射镜10；其中，连接层02为至少一层且每层为具有单原子或单分子厚度的层状二维材料，连接层02的层间原子间通过范德华力结合，和/或连接层02与第一反射镜11和激光器主体部分08的原子间通过范德华力结合；第二反射镜10的反射率小于第一反射镜11的反射率。
[0016](三)有益效果
[0017]本专利技术提供一种垂直腔面发射激光器的制备方法，通过在激光器主体部分和第一衬底之间增加一层或多层层内原子间通过共价键结合的具有单原子或单分子厚度的层状材料，使得激光器主体部分容易从第一衬底上机械剥离开，相对于传统的激光剥离的方式，大大简化工艺流程，降低了激光器件的生产成本，同时更易于转移，拓展氮化物光电器件的应用。
[0018]石墨烯是一种具有单原子或单分子厚度的层状材料，其层内原子间通过共价键结合，层间则通过微弱的范德瓦尔斯力结合在一起。这种二维材料由于层间弱键合容易实现层间分离从而实现器件的剥离与转移。对材料的种类及厚度的选择，充分考虑了器件的成本以及应用效果，性价比突出。
附图说明
[0019]图1示意性示出了本专利技术一个实施例的垂直腔面发射激光器的制备方法流程图；
[0020]图2示意性示出了本专利技术另一个实施例的垂直腔面发射激光器的制备方法流程图；
[0021]图3示意性示出了本专利技术又一个实施例的垂直腔面发射激光器的制备方法流程图；
[0022]图4示意性示出了本专利技术实施例的垂直腔面发射激光器外延片剥离的结构图；
[0023]图5示意性示出了本专利技术一个实施例的垂直腔面发射激光器制备第二反射镜时的结构图；
[0024]图6示意性示出了本专利技术另一个实施例的垂直腔面发射激光器制备第二反射镜时的结构图；
[0025]图7示意性示出了本专利技术一个实施例的垂直腔面发射激光器刻蚀出的台面结构图；
[0026]图8示意性示出了本专利技术另一个实施例的垂直腔面发射激光器刻蚀出的台面结构图；
[0027]图9示意性示出了本专利技术一个实施例的垂直腔面发射激光器的结构图；
[0028]图10示意性示出了本专利技术另一个实施例的垂直腔面发射激光器的结构图。
[0029]【附图标记说明】
[0030]01
‑
第一衬底
[0031]02
‑
连接层
[0032]03
‑
n型掺杂GaN电子注入层
[0033]04...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，包括：将连接层(02)转移至第一衬底(01)上或在所述第一衬底(01)上制备所述连接层(02)，其中，所述连接层(02)为至少一层且每层为具有单原子或单分子厚度的层状二维材料，所述连接层(02)的层间原子间通过范德华力结合，和/或所述连接层(02)与所述第一衬底(01)的原子间通过范德华力结合；在所述连接层(02)上外延激光器主体部分(08)，所述连接层(02)与所述激光器主体部分(08)的原子间通过范德华力结合；对所述连接层(02)进行机械剥离，将承载有所述激光器主体部分(08)的连接层(02)转移到覆盖有第一反射镜(11)的第二衬底(12)上。2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，在所述将连接层(02)转移至第一衬底(01)上之前，所述方法还包括：制备石墨烯层作为所述连接层(02)。3.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，所述制备石墨烯层包括：制备单层石墨烯或2
‑
15层多层石墨烯。4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，在所述将连接层(02)转移至第一衬底(01)上之前，所述方法还包括：在同质衬底或蓝宝石衬底或非晶衬底上生长1～5μm的非掺GaN层得到所述第一衬底(01)。5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：在所述激光器主体部分(08)的P电极区域制备离子注入高阻区(13)或介质薄膜电流阻挡层(17)；在所述激光器主体部分(08)上制备透明导电层(09)，并在所述透明导电层(09)上制备第二反射镜(10)，其中，所述第二反射镜(10)的反射率小于所述第一反射镜(11)的反射率；分别刻蚀到所述p电极区域的所述透明导电层(09)和所述激光器主体部分(08)中n电极区的n型掺杂GaN电子注入层(03)，得到p电极图形和n电极图形；采用电子束蒸发或者溅射的方法，分别在所述n电极图形和所述p电极图形上制备第一金属电极(14)和第二金属电极(15)；表面沉积一层钝化层并光刻腐蚀去除部分钝化层，得到钝化层(16)，暴露出所述第二反射镜(10)，所述第一金属电极(14)和所述第二金属电...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊晓燕，宋武睿，刘志强，梁萌，王军喜，李晋闽，
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：