一种氧化限制型垂直腔面发射激光器的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化限制型垂直腔面发射激光器的制造方法。本发明专利技术制造方法包括：湿法氧化步骤，用于将DBR中的一层或多层高铝层的外圈区域氧化为氧化铝，以在所述一层或多层高铝层的中间区域形成未被氧化的氧化孔；所述制造方法还包括在湿法氧化步骤前的离子注入步骤，用于对所述一层或多层高铝层的外圈区域的部分或全部区域进行离子注入，以降低湿法氧化步骤中的工艺温度。本发明专利技术还公开了一种采用上述制造方法得到的氧化限制型垂直腔面发射激光器。相比现有技术，本发明专利技术可在满足所要求的湿氧化速率的前提下，大幅降低湿法氧化的工艺温度，进而降低湿法氧化过程中所产生的应力，提高氧化限制型垂直腔面发射激光器的可靠性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化限制型垂直腔面发射激光器的制造方法


[0001]本专利技术属于半导体制造
，尤其涉及一种氧化限制型垂直腔面发射激光器的制造方法。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器（VCSEL）具有调制速度快、光束质量高、功耗低、结构简单、制造成本低特点，广泛应用于光通信领域，是短距离光通信理想光源。VCSEL激光器有源区薄，腔长短，单层增益小。
[0003]现有VCSEL通常采用氧化限制型DBR（distributed Bragg reflection ，分布式布拉格反射镜）结构，即通过湿法氧化工艺将DBR层（通常为Al
x
Ga1‑
x
As/GaAs或者AlAs/GaAs）中某一层或者多层铝组分含量高的DBR层（Al
x
Ga1‑
x
As层，x≥0.95或者AlAs层）的外圈氧化形成氧化铝，从而得到氧化限制型DBR结构，中间未被氧化区域形成氧化孔，作为激光器的光子和电流通道。氧化铝导电性极差，电流不能通过氧化限制型DBR结构中的氧化铝层，绝大部分注入的电流在氧化铝层的限制作用下从氧化孔进入到有源层，形成对注入到有源区的电流有效的限制。铝含量高的Al
x
Ga1‑
x
As层，x≥0.95或者AlAs层，折射率n为2.9
‑
3.0，GaAs层折射率n为3.5
‑
3.6，湿氧化前折射率差Δn为0.6
‑
0.7，湿氧化形成的氧化铝折射率n为1.5
‑
1.6，湿氧化后折射率差Δn增大至2.0
‑
2.1，因此，氧化限制型DBR结构可极大地提高有效光子的限制能力。典型的氧化限制型VCSEL的基本结构如图1所示，自下而上依次为GaAs衬底1、缓冲层2、N型DBR3、量子阱4、氧化层5、P型DBR、6、N 型电极7、P 型电极8、介质层9。
[0004]现有氧化限制型VCSEL的湿法氧化过程通常采用410
‑
480℃的高温条件，水蒸气在高温的作用下将高铝组分（如Al
0.98
Ga
0.02
As等）氧化，形成Al2O3, Ga2O3, As等化合物，该反应过程较复杂。以湿氧化气氛为H2/N2混合气与H2O蒸汽为例，其化学反应过程如下：2AlGaAs + 3H2O(g) = Al2O3 + 2AsH3 + 2Ga2AlGaAs + 4H2O(g) = 2AlO(OH) + 2AsH3 + 2Ga2AsH3 = 2As(g) + 3H22AsH3 + 3H2O = As2O3(g) + 6H2 As2O3(l) + 3H2 = 2As(g) + 3H2O(g)湿氧化速率随着温度的提高呈现指数增速的现象，因此，较高的工艺温度可以提高湿氧化速率。然而，过高的湿氧化温度会产生较大的氧化层应力，这种应力会导致氧化层及GaAs界面出现严重的分离或开裂现象，会影响VCSEL激光器的可靠性，甚至会导致VCSEL激光器不能正常工作。降低湿法氧化的工艺温度虽可以减弱界面分离等异常，但反应可能不完全，不能形成很好的氧化限制型结构，同时反应过程很慢致使氧化时间过长，也会严重影响VCSEL激光器的产能。

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，提供一种氧化限制型垂直腔
面发射激光器的制造方法，可在满足所要求的湿氧化速率的前提下，大幅降低湿法氧化的工艺温度，进而降低湿法氧化过程中所产生的应力，提高氧化限制型垂直腔面发射激光器的可靠性。
[0006]本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种氧化限制型垂直腔面发射激光器的制造方法，包括：湿法氧化步骤，用于将DBR中的一层或多层高铝层的外圈区域氧化为氧化铝，以在所述一层或多层高铝层的中间区域形成未被氧化的氧化孔；所述制造方法还包括在湿法氧化步骤前的离子注入步骤，用于对所述一层或多层高铝层的外圈区域的部分或全部区域进行离子注入，以降低湿法氧化步骤中的工艺温度。
[0007]优选地，所述湿法氧化步骤中的工艺温度为360℃～380℃。
[0008]优选地，进行离子注入的所述一层或多层高铝层的外圈区域的内径比所述氧化孔的直径大1μm～6μm。
[0009]一种氧化限制型垂直腔面发射激光器，使用如上任一技术方案所述制造方法得到。
[0010]相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：本专利技术在湿法氧化前，对拟氧化高铝层的部分或全部区域进行离子注入处理，使得这部分高铝层形成离子注入损伤，该部分带有离子注入损伤的高铝层可在较低的湿法氧化温度下达到相同的氧化速率，因此，湿法氧化工序的工艺温度可以降低，从而可在满足所要求的湿氧化速率的前提下，大幅降低湿法氧化过程中所产生的应力，提高氧化限制型垂直腔面发射激光器的可靠性。此外，由于本专利技术采用了成熟的离子注入工艺，实现成本较低。
附图说明
[0011]图1为一种典型氧化限制型垂直腔面发射激光器的结构示意图；其中的附图标记具体如下：1、GaAs衬底，2、缓冲层， 3、N型DBR，4、量子阱，5、氧化层，6、P型DBR，7、N 型电极，8、P 型电极，9、介质层；图2为本专利技术的原理示意图。
具体实施方式
[0012]针对现有技术所存在的湿法氧化工艺温度过高的问题，本专利技术的解决思路是在湿法氧化前，对拟氧化高铝层的部分或全部区域进行离子注入处理，使得这部分高铝层形成离子注入损伤，该部分带有离子注入损伤的高铝层可在较低的湿法氧化温度下达到相同的氧化速率，因此，湿法氧化工序的工艺温度可以降低，从而可在满足所要求的湿氧化速率的前提下，大幅降低湿法氧化过程中所产生的应力，提高氧化限制型垂直腔面发射激光器的可靠性。
[0013]本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种氧化限制型垂直腔面发射激光器的制造方法，包括：湿法氧化步骤，用于将DBR中的一层或多层高铝层的外圈区域氧化为氧化铝，以在所述一层或多层高铝层的中间区域形成未被氧化的氧化孔；所述制造方法还包括在湿法氧化步骤前的离子注入步骤，用
于对所述一层或多层高铝层的外圈区域的部分或全部区域进行离子注入，以降低湿法氧化步骤中的工艺温度。
[0014]相比现有410
‑
480℃的氧化温度，本专利技术的湿法氧化工艺温度可大幅降低，通过大量实验发现：当湿法氧化步骤中的工艺温度为360℃～380℃时，其氧化速率与传统工艺的氧化速率相当，可达到0.2
‑
0.8um/min，但所导致的应力大幅减小，因此，本专利技术优选采用360℃～380℃的湿法氧化工艺温度。
[0015]理想情况下，离子注入区域应恰好为拟氧化的这部分高铝层，但考虑到离子注入区域的控制精度，为了防止对氧化孔产生不良影响，离子注入区域应略大于拟设置的氧化孔，优选地，进行离子注入的所述一层或多层高铝层的外圈区域的内径比所述氧化孔的直径大1μm～6μm。
[0016]本专利技术使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化限制型垂直腔面发射激光器的制造方法，包括：湿法氧化步骤，用于将DBR中的一层或多层高铝层的外圈区域氧化为氧化铝，以在所述一层或多层高铝层的中间区域形成未被氧化的氧化孔；其特征在于，所述制造方法还包括在湿法氧化步骤前的离子注入步骤，用于对所述一层或多层高铝层的外圈区域的部分或全部区域进行离子注入，以降低湿法氧化步骤中的工艺温度。2.如权利要求1所述氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐家乐，严磊，李加伟，
申请(专利权)人：苏州长瑞光电有限公司，
类型：发明
国别省市：