垂直腔面发射激光器及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种垂直腔面发射激光器及其制作方法，所述制作方法包括：提供一衬底，衬底的正面上依次形成有N型DBR层、有源层、P型DBR层、第一镓砷层、第一高阻层以及第二镓砷层，第一高阻层的材料包含Al

【技术实现步骤摘要】
垂直腔面发射激光器及其制作方法


[0001]本专利技术涉及半导体光电
，特别涉及一种垂直腔面发射激光器及其制作方法。

技术介绍

[0002]激光器是利用受激辐射原理使光在某些受激发的物质中放大或震荡发射的器件。垂直腔面发射激光器(Vertical
‑
Cavity Surface
‑
Emitting Laser，VCSEL)是一种半导体激光器，其激光出射方向垂直于外延平面射出，相比于一般激光由边缘射出(出射方向平行于外延方向)的边发射型激光而言，具有远场发散角小、易于光纤耦合、阈值电流小、带宽高以及测试效率高等优点。
[0003]在垂直腔面发射激光器的制作工艺中，为了将经过有源区的注入电流限制在和通光孔径大小一样的范围内，一般采用氧化部分含铝层使之变成不导电的氧化铝来限制电流的工艺。该工艺先通过材料生长的方式将一薄层高铝成分的铝镓砷(Al
x
GaAs，x＝0.98)内嵌在垂直腔面发射激光器谐振腔结构中，然后通过刻蚀将铝镓砷的侧面暴露出来，通过氧化炉进行氧化，使铝镓砷(Al
x
GaAs，x＝0.98)水平地由侧表面向内部氧化，氧化的部分从铝镓砷转变为氧化铝。未氧化的铝镓砷可以通过电流，而氧化后形成的氧化铝则不能通过电流，从而将注入电流限制在通光孔径相应的有源区。
[0004]然而，氧化铝的形成会导致以下缺点，例如：生长氧化铝的材料组分难以控制，每批次(run to run)很难保证材料的一致性；由于材料的差异，导致氧化不均匀；DBR(Distributed Bragg Reflection，分布式拉布拉格反射镜)层数的叠加，导致串联电阻偏大；P
‑
DBR边缘被氧化，导致外延片翘曲增大；氧化层和有源层之间产生较大应力。

技术实现思路

[0005]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作方法，无需生长氧化层，消除了由于氧化层的存在造成的各种缺陷，从而提高了器件的性能。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种垂直腔面发射激光器的制作方法，包括以下步骤：
[0007]提供一衬底，所述衬底的正面上依次形成有N型DBR层、有源层、P型DBR层、第一镓砷层、第一高阻层以及第二镓砷层，其中，所述第一高阻层的材料包含Al
x
Ga1‑
x
AsO
y
Si
z
C
h
，0<x<1，0<y<1，0<z<1，0<h<1，z+h＝1，并且N1*Thk1+N2*Thk2+N3*Thk3＝λ/4*M，N1为所述第一镓砷层的折射率，N2为所述第一高阻层的折射率，N3为所述第二镓砷层的折射率，Thk1为所述第一镓砷层的厚度，Thk2为所述第一高阻层的厚度，Thk3为所述第二镓砷层的厚度，λ为激光光束的波长，M为自然数；
[0008]在所述第二镓砷层与所述第一高阻层内形成暴露出所述第一镓砷层的光栅孔与出光孔，在所述第二镓砷层与所述第一高阻层两侧形成暴露出所述第一镓砷层的电极台阶，且所述电极台阶上形成上电极；
atom/cm3‑
5E19 atom/cm3；所述第一镓砷层的厚度为5nm
‑
500nm；
[0029]采用金属有机物化学气相沉积法形成所述第一高阻层与所述第二高阻层，腔室压力为50mbar
‑
1000mbar，腔室温度为400℃
‑
800℃；所述第一高阻层与所述第二高阻层的厚度均为5nm
‑
500nm；
[0030]采用金属有机物化学气相沉积法形成所述第二镓砷层，腔室压力为50mbar
‑
1000mbar，腔室温度为400℃
‑
800℃；所述第二镓砷层为P型掺杂，掺杂浓度为1E18 atom/cm3‑
5E19atom/cm3；所述第二镓砷层的厚度为1nm
‑
500nm。
[0031]可选的，采用原子层沉积法形成所述ITO层与所述保护层，且沉积时的垂直度为60
°
～90
°
。
[0032]相应的，本专利技术还提供一种垂直腔面发射激光器，包括：
[0033]衬底，依次位于所述衬底正面上的N型DBR层、有源层、P型DBR层、第一镓砷层、第一高阻层以及第二镓砷层，其中，所述第一高阻层的材料包含Al
x
Ga1‑
x
AsO
y
Si
z
C
h
，0<x<1，0<y<1，0<z<1，0<h<1，z+h＝1，并且N1*Thk1+N2*Thk2+N3*Thk3＝λ/4*M，N1为所述第一镓砷层的折射率，N2为所述第一高阻层的折射率，N3为所述第二镓砷层的折射率，Thk1为所述第一镓砷层的厚度，Thk2为所述第一高阻层的厚度，Thk3为所述第二镓砷层的厚度，λ为激光光束的波长，M为自然数；
[0034]光栅孔与出光孔，位于所述第二镓砷层与所述第一高阻层内且暴露出所述第一镓砷层；
[0035]上电极，位于所述第二镓砷层与所述第一高阻层两侧且与所述第一镓砷层相连接；
[0036]ITO层，覆盖所述第二镓砷层，并填充所述光栅孔与所述出光孔的侧壁及底部；以及
[0037]背电极，位于所述衬底的背面。
[0038]本专利技术提供的垂直腔面发射激光器及其制作方法中，在衬底上依次形成有N型DBR层、有源层、P型DBR层、第一镓砷层、第一高阻层以及第二镓砷层，在所述第二镓砷层与所述第一高阻层内形成暴露出所述第一镓砷层的光栅孔与出光孔，通过所述第一高阻层以及所述第一高阻层内形成的光栅孔与出光孔限制载流子的移动方向，从而无需生长氧化层，以此消除由于氧化层的生长以及存在造成的各种缺陷，从而提高了器件的性能。同时，所述P型DBR层与所述上电极之间形成的第一镓砷层，能够实现欧姆接触，降低所述P型DBR层与所述上电极的接触电阻。
[0039]并且，通过光栅孔的设置，能够改变折射率差，从而改善发光角度。另外，在所述光栅孔与所述出光孔的侧壁及底部形成的ITO层，能够改善电流的流经路径，改善出光孔的灾变效应。
[0040]进一步的，在衬底的正面与N型DBR层之间还形成有第二高阻层，所述第一高阻层与所述第二高阻层双层高阻层的设置，可以更好地将电子和孔穴限制在有效区域，降低了由于电子不受限制形成深能级导致的增加内能耗、降低整体的出光效率以及波长的红移等缺陷的发生率。
[0041]进一步的，在衬底的背面形成有暴露出所述N型DBR层的凹槽，背电极覆盖所述衬底并填充所述凹槽的侧壁及底部，从而进一步的限制电子的导通位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面发射激光器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一衬底，所述衬底的正面上依次形成有N型DBR层、有源层、P型DBR层、第一镓砷层、第一高阻层以及第二镓砷层，其中，所述第一高阻层的材料包含Al
x
Ga1‑
x
AsO
y
Si
z
C
h
，0<x<1，0<y<1，0<z<1，0<h<1，z+h＝1，并且N1*Thk1+N2*Thk2+N3*Thk3＝λ/4*M，N1为所述第一镓砷层的折射率，N2为所述第一高阻层的折射率，N3为所述第二镓砷层的折射率，Thk1为所述第一镓砷层的厚度，Thk2为所述第一高阻层的厚度，Thk3为所述第二镓砷层的厚度，λ为激光光束的波长，M为自然数；在所述第二镓砷层与所述第一高阻层内形成暴露出所述第一镓砷层的光栅孔与出光孔，在所述第二镓砷层与所述第一高阻层两侧形成暴露出所述第一镓砷层的电极台阶，且所述电极台阶上形成上电极；形成ITO层，所述ITO层覆盖所述上电极与所述第二镓砷层，并填充所述光栅孔与所述出光孔的侧壁及底部；以及在所述衬底的背面形成背电极。2.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的制作方法，其特征在于，在所述衬底的正面与所述N型DBR层之间还形成有第二高阻层，所述第二高阻层的材料包含Al
x
Ga1‑
x
AsO
y
Si
z
C
h
，其中0<x<1，0<y<1，0<z<1，0<h<1，z+h＝1。3.如权利要求2所述的垂直腔面发射激光器的制作方法，其特征在于，在所述衬底的背面形成背电极的步骤包括：对所述衬底的背面进行减薄；从所述衬底的背面刻蚀所述衬底与所述第二高阻层，形成暴露出所述N型DBR层的凹槽；以及形成背电极，所述背电极覆盖所述衬底并填满所述凹槽。4.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的制作方法，其特征在于，在形成所述ITO层之后，在形成所述背电极之前，所述制作方法还包括：形成保护层，所述保护层覆盖所述ITO层。5.如权利要求4所述的垂直腔面发射激光器的制作方法，其特征在于，所述保护层的材质包含氮化硅，且N1*Thk1+N2*Thk2+N3*Thk3+N4*Thk4+N5*Thk5＝λ/4*M，其中，N4为所述ITO层的折射率，N5为所述保护层的折射率，Thk4为所述ITO层的厚度，Thk5为所述保护层的厚度。6.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的制作方法，其特征在于，在所述第二镓砷层与所述第一高阻层内形成暴露出所述第一镓砷层的光栅孔与出光孔，在所述第二镓砷层与所述第一高阻层两侧形成暴露出所述第一镓砷层的电极台阶，且所述电极台阶上形成上电极的步骤包括：形成第一掩膜层，所述第一掩膜层覆盖所述第二镓砷层且暴露出所述第二镓砷层的两侧；以所述第一掩膜层为掩膜依次刻蚀所述第二镓砷层与所述第一高阻层，在所述第二镓砷层与所述第一高阻层的两侧形成暴露所述第一镓砷层的所述电极台阶；形成电极材料层，所述电极材料层填满所述电极台阶并覆盖所述第一掩膜层；形成第二掩膜层，所述第二掩膜层覆盖所述电极材料层；以及
依次图形化所述第二掩膜层与所述第一掩膜层，分别以图形化的所述第二掩膜层与图形化的所述第一掩膜层为掩膜，刻蚀所述电极材料层或所述第二镓砷层与所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李远哲，
申请(专利权)人：绍兴中芯集成电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：