VCSEL激光器及其制备方法技术

公开了一种VCSEL激光器，包括：衬底、形成于所述衬底的N

【技术实现步骤摘要】
VCSEL激光器及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体领域，更为具体地涉及VCSEL激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]VCSEL激光器(Vertical
‑
Cavity Surface
‑
Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)是一种半导体激光器，其激光垂直于顶面或底面射出。相较于传统的边发射半导体激光器，其具有光纤耦合效率高、功耗低、温漂小、体积小、易于集成和封装等特点。
[0003]近年来，VCSEL激光器被广泛应用于距离感测、光通信等领域中，例如，VCSEL激光器作为脉冲光源被应用于车辆的自动驾驶系统中，其用于感测目标对象与车辆之间的距离信息。由于VCSEL激光器的感测距离是通过提升其发光功率来实现的，因此，在将VCSEL激光器应用于远距离的感测应用中，其需要较高的发光功率。
[0004]对于现有的VCSEL激光器而言，在远距离的感测应用中，其需要提高电流密度来提升VCSEL激光器的发光功率。然而，受限于现有的VCSEL激光器的结构，高电流密度造成的热积累又会造成光电转化效率的下降进而导致 VCSEL激光器的发光功率的下降。也就是，对于现有的VCSEL激光器而言，受限于其结构，其难以获得较高的发光功率，导致其难以在远距感测领域中得到应用。
[0005]因此，需要一种新型的适配于远距感测应用的VCSEL激光器。

技术实现思路

[0006]本申请的一个优势在于提供了一种VCSEL激光器及其制备方法，其中，所述VCSEL激光器具有新型的半导体结构，使得其在相对较高的电流密度的驱动下仍具有相对较高的光电转化效率，从而所述VCSEL激光器能够具有相对较高的发光功率，以被适配地应用于远距感测应用中。
[0007]本申请的另一优势在于提供了一种VCSEL激光器及其制备方法，其中，所述VCSEL激光器通过外延生长工艺在其P型半导体结构的周围形成用于限制电流的生长阻隔层来取代现有的氧化限制层，以通过所述生长限制层减少自由载子吸收效应而导致的热累积。也就是，所述VCSEL激光器采用新型的电流限制结构以降低其在工作过程中的热累积，从而能够在较高电流密度的驱动下，仍具有相对较高的光电转化效率。
[0008]本申请的又一优势在于提供了一种VCSEL激光器及其制备方法，其中，形成于所述P型半导体结构周围的所述生长限制层能够修复位于所述P型半导体结构的外周壁的晶格断键，以减少外周壁的表面自由载子复合效应，通过这样的方式，使得所述VCSEL激光器具有相对较高的光电转化效率。
[0009]本申请的又一优势在于提供了一种VCSEL激光器及其制备方法，其中，形成于所述P型半导体结构周围的所述生长限制层增加了所述VCSEL激光器的热散逸面积，从而减少热量堆积在发光主动区周围，避免热影响光功率的下降和光电转化效率的下降。
[0010]为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，根据本申请的一个方面，提供了一
种VCSEL激光器，其包括：
[0011]衬底；
[0012]形成于所述衬底的N
‑
DBR层；
[0013]形成于所述N
‑
DBR层的有源区；
[0014]形成于所述有源区的P型半导体结构；
[0015]通过外延生长工艺成型于所述有源区的生长限制层，其中，所述P型半导体结构被所述生长限制层所包围，所述生长限制层用于使得自由载体流入所述P型半导体结构；
[0016]形成于所述P型半导体结构和所述生长限制层的上表面的金属融合层；
[0017]形成于所述金属融合层的可导电衬底；以及
[0018]电连接于所述可导电衬底的正电极和电连接于所述衬底的负电极，其中，所述负电极形成对应于所述P型半导体结构的出光孔。
[0019]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述P型半导体结构包括形成于所述有源区的P
‑
DBR层和形成于所述P
‑
DBR层的P型欧姆接触半导体层，其中，所述P型欧姆接触半导体层的上表面形成所述P型半导体结构的上表面。
[0020]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述P型欧姆接触半导体层由P
‑
GaAs 或P
‑
InGaAs材料制成。
[0021]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述生长限制层与所述P型半导体结构具有相同的高度，所述生长限制层的上表面与所述P型半导体结构的上表面齐平。
[0022]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述生长限制层环绕地结合于所述P 型半导体结构的外周面。
[0023]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述生长限制层的制成材料为 N
‑
GaAs。
[0024]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述金属融合层包括形成于所述P型半导体结构和所述生长限制层的上表面的第一欧姆接触金属层，以及，形成于所述第一欧姆接触金属层的第一金属导电层。
[0025]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述第一金属导电层的制成材料选自如下材料其中之一：Au、Pt、Al和Cu。
[0026]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述可导电衬底包括衬底层和形成于所述衬底层的下表面的结合层，所述结合层键合于所述第一金属导电层。
[0027]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述结合层包括形成于所述衬底层的下表面的第二欧姆接触金属层和形成于所述第二欧姆接触金属层的下表面的第二金属导电层。
[0028]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述第二金属导电层与所述第一金属导电层的制成材料相同。
[0029]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述衬底层选自如下其中之一：金属层和半导体层。
[0030]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述半导体层为P型硅晶体层。
[0031]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述半导体层为P
‑
GaAs层。
[0032]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述衬底层的厚度为50um至200um。
[0033]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述衬底为N
‑
GaAs层，所述衬底的厚度尺寸的范围为5um至20um。
[0034]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述P型半导体结构的直径的范围为 8um至15um。
[0035]在根据本申请的VCSEL激光器中，所述出光孔的直径的范围为10um至 50um。
[0036]根据本申请的另一方面，还提供了一种VCSEL激光器的制备方法，其包括：
[0037]通过外延生长工艺形成一外延结构，其中，所述外延结构自下而上包括：衬底、N
‑
DBR层、有源区、P
‑
DBR层和P型欧姆接触半导体层；
[0038]蚀刻所述P
‑
DBR层和所述电接触区的至少一部分，以形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种VCSEL激光器，其特征在于，包括：衬底；形成于所述衬底的N
‑
DBR层；形成于所述N
‑
DBR层的有源区；形成于所述有源区的P型半导体结构；通过外延生长工艺成型于所述有源区的生长限制层，其中，所述P型半导体结构被所述生长限制层所包围，所述生长限制层用于使得自由载子流入所述P型半导体结构；形成于所述P型半导体结构和所述生长限制层的上表面的金属融合层；形成于所述金属融合层的可导电衬底；以及电连接于所述可导电衬底的正电极和电连接于所述衬底的负电极，其中，所述负电极形成对应于所述P型半导体结构的出光孔。2.根据权利要求1所述的VCSEL激光器，其中，所述P型半导体结构包括形成于所述有源区的P
‑
DBR层和形成于所述P
‑
DBR层的P型欧姆接触半导体层，其中，所述P型欧姆接触半导体层的上表面形成所述P型半导体结构的上表面。3.根据权利要求2所述的VCSEL激光器，其中，所述P型欧姆接触半导体层由P
‑
GaAs或P
‑
InGaAs材料制成。4.根据权利要求2所述的VCSEL激光器，其中，所述生长限制层与所述P型半导体结构具有相同的高度，所述生长限制层的上表面与所述P型半导体结构的上表面齐平。5.根据权利要求4所述的VCSEL激光器，其中，所述生长限制层环绕地结合于所述P型半导体结构的外周面。6.根据权利要求2所述的VCSEL激光器，其中，所述生长限制层的制成材料为N
‑
GaAs。7.根据权利要求2所述的VCSEL激光器，其中，所述金属融合层包括形成于所述P型半导体结构和所述生长限制层的上表面的第一欧姆接触金属层，以及，形成于所述第一欧姆接触金属层的第一金属导电层。8.根据权利要求7所述的VCSEL激光器，其中，所述第一金属导电层的制成材料选自如下材料其中之一：Au、Pt、Al和Cu。9.根据权利要求7所述的VCSEL激光器，其中，所述可导电衬底包括衬底层和形成于所述衬底层的下表面的结合层，所述结合层键合于所述第一金属导电层。10.根据权利要求9所述的VCSEL激光器，其中，所述结合层包括形成于所述衬底层的下表面的第二欧姆接触金属层和形成于所述第二欧姆接触金属层的下表面的第二金属导电层。11.根据权利要求10所述的VCSEL激光器，其中，所述第二金属导电层与所述第一金属导电层的制成材料相同。12.根据权利要求9所述的VCSEL激光器，其中，所述衬底层选自如下其中之一：金属层和半导体层。13.根据权利要求12所述的VCSEL激光器，其中，所述半导体层...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冠廷，
申请(专利权)人：浙江睿熙科技有限公司，
类型：发明
国别省市：