垂直腔面发射激光器及其形成方法技术

一种垂直腔面发射激光器及其形成方法，垂直腔面发射激光器包括：柔性衬底；位于柔性衬底表面的第一反射镜结构；位于第一反射镜结构上的有源层；位于有源层表面的至少两层重叠的第二反射镜结构，所述第二反射镜结构的导电类型与第一反射镜结构的导电类型相反；位于相邻两层第二反射镜结构之间的挡光层和透光层，所述挡光层位于透光层的两侧；位于所述第二反射镜结构内、所述有源层内和所述第一反射镜结构内的凹槽，所述凹槽暴露出所述挡光层侧壁表面。所述垂直腔面发射激光器可柔性折叠，能够节省体积。节省体积。节省体积。

【技术实现步骤摘要】
垂直腔面发射激光器及其形成方法


[0001]本专利技术涉及半导体激光器领域，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器及其形成方法。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器(Vertical
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Cavity Surface
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Emitting Laser，简称VCSEL)是一种垂直于衬底面射出激光的半导体激光器，当前以砷化镓半导体为基础材料的垂直腔面发射激光器居多，发射波长主要为近红外波段。
[0003]垂直腔面发射激光器的结构一般由上、下布拉格反射镜(DBR)和中间有源层三部分组成，布拉格反射镜一般由折射率不同且厚度为光波长的四分之一的两种材料交替生长而成，为了减小光学损耗，N型布拉格反射镜的反射率接近100％，可作为谐振腔的全反射镜，而P型布拉格反射镜反射率相对较低，可作为谐振腔的出射镜。其中P型布拉格反射镜中有一层或多层高铝组分AlGaAs层作为氧化限制层。
[0004]目前的垂直腔面发射激光器器件一般做在砷化镓的晶圆上，由于衬底不能弯曲，故在一些曲面、折叠甚至要求双面发光的感应场景时，只能采用封装好的垂直腔面发射激光器器件，通过组合的方式来实现。这样不但成本高，而且很占用空间。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是提供一种垂直腔面发射激光器及其形成方法，以实现可柔性折叠的垂直腔面发射激光器器件，并能够节省体积。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术技术方案提供一种垂直腔面发射激光器，包括：柔性衬底；位于柔性衬底表面的第一反射镜结构；位于第一反射镜结构上的有源层；位于有源层表面的至少两层重叠的第二反射镜结构，所述第二反射镜结构的导电类型与第一反射镜结构的导电类型相反；位于相邻两层第二反射镜结构之间的挡光层和透光层，所述挡光层位于透光层的两侧；位于所述第二反射镜结构内、所述有源层内和所述第一反射镜结构内的凹槽，所述凹槽暴露出所述挡光层侧壁表面。
[0007]可选的，所述柔性衬底包括基底和位于基底上的导电层，所述第一反射镜结构位于导电层上；所述凹槽暴露出所述导电层表面。
[0008]可选的，所述基底的材料包括有机材料，所述有机材料包括：聚酰亚胺或聚甲基丙烯酸甲酯。
[0009]可选的，所述导电层的材料包括金属，所述金属材料包括金、铂、铜、银、钨或铝。
[0010]可选的，所述基底的厚度与导电层的厚度比值大于2。
[0011]可选的，所述导电层的厚度范围为60微米～200微米。
[0012]可选的，所述第一反射镜结构包括若干第一堆叠结构，所述第一堆叠结构包括第一反射层和位于所述第一反射层上的第二反射层，所述第一反射层与所述第二反射层的折射率不同。
[0013]可选的，所述第一反射层的材料包括砷镓铝，所述第二反射层的材料包括砷化镓。
[0014]可选的，所述第二反射镜结构包括若干第二堆叠结构，所述第二堆叠结构包括第三反射层和位于所述第三反射层上的第四反射层，所述第三反射层和所述第四反射层的折射率不同。
[0015]可选的，所述第三反射层的材料包括砷镓铝，所述第四反射层的材料包括砷化镓。
[0016]可选的，所述挡光层的材料包括氧化铝，所述透光层的材料包括砷镓铝。
[0017]可选的，所述第一反射镜结构为N型布拉格反射镜，所述第二反射镜结构为P型布拉格反射镜；所述第一反射镜结构的材料中掺杂有硅离子；所述第二反射镜结构的材料中掺杂有碳离子。
[0018]可选的，还包括：位于第二反射镜结构顶部表面的第一钝化层；位于第一钝化层表面、以及位于凹槽侧壁表面和底部表面的第二钝化层；位于所述第二钝化层内和所述第一钝化层内的第一电极层，所述第一电极层位于所述第二反射镜结构顶部表面。
[0019]可选的，所述第一钝化层的材料包括氮化硅；所述第二钝化层的材料包括氮化硅。
[0020]可选的，所述有源层包括若干层沿垂直于所述柔性衬底表面方向交错堆叠的若干第一垒层、第二垒层以及位于相邻所述第一垒层和所述第二垒层之间的阱层。
[0021]可选的，所述第一垒层的材料包括P型的砷化镓，所述P型的砷化镓中掺杂有碳离子；所述第二垒层的材料包括N型的砷化镓，所述N型的砷化镓中掺杂有硅离子；所述阱层的材料包括砷镓铟。
[0022]可选的，还包括：位于柔性衬底与第一反射镜结构之间的缓冲层。
[0023]可选的，所述缓冲层的材料包括砷化镓。
[0024]相应地，本专利技术技术方案还提供一种垂直腔面发射激光器的形成方法，包括：提供载板；在载板上形成柔性衬底；在所述柔性衬底表面形成第一反射镜结构、位于所述第一反射镜结构表面的有源层以及位于所述有源层表面至少两层重叠的第二反射镜结构，所述第二反射镜结构的导电类型与所述第一反射镜结构的导电类型相反；形成第一反射镜结构、有源层和第二反射镜结构之后，去除所述载板。
[0025]可选的，所述柔性衬底包括基底和位于基底上的导电层，所述第一反射镜结构位于导电层上。
[0026]可选的，所述基底的材料包括有机材料，所述有机材料包括：聚酰亚胺或聚甲基丙烯酸甲酯；所述导电层的材料包括金属，所述金属材料包括金、铂、铜、银、钨或铝。
[0027]可选的，所述柔性衬底的形成方法包括：在载板上形成基底；在基底上形成导电层。
[0028]可选的，所述基底的形成工艺包括涂布工艺。
[0029]可选的，所述导电层的形成工艺包括沉积工艺或电镀工艺。
[0030]可选的，形成位于所述有源层表面的至少两层所述第二反射镜结构的同时，还包括：在相邻两层所述第二反射镜结构之间形成透光材料层；在所述透光材料层表面形成反射材料层。
[0031]可选的，还包括：形成以及位于相邻两层第二反射镜结构之间的挡光层和透光层，所述挡光层位于透光层的两侧。
[0032]可选的，所述挡光层和透光层的形成方法包括：在所述第二反射镜结构顶部表面
形成第一钝化层；在所述第一钝化层表面形成图形化的掩膜层；以所述图形化的掩膜层为掩膜刻蚀所述第二反射镜结构、透光材料层、反射材料层、所述有源层和所述第一反射镜结构，直至暴露出柔性衬底表面，在所述第二反射镜结构内、所述有源层内和所述第一反射镜结构内形成凹槽，所述凹槽暴露出所述透光材料层侧壁表面；对所述凹槽暴露出来的所述透光材料层进行氧化处理，使所述透光材料层形成挡光层和透光层，所述挡光层位于透光层的两侧，所述凹槽暴露出所述挡光层侧壁，所述凹槽暴露出所述导电层表面。
[0033]可选的，所述挡光层的材料包括氧化铝，所述透光层的材料包括砷镓铝。
[0034]可选的，形成所述挡光层和所述透光层之后，去除所述载板之前，还包括：在所述凹槽侧壁表面和底部表面、以及所述第一钝化层顶部表面形成第二钝化层；在所述第二钝化层内和所述第一钝化层内形成第一电极层，所述第一电极层位于所述第二反射镜结构顶部表面。
[0035]可选的，在柔性衬底上形成第一反射镜结构之前，还包括：在柔性衬底上形成缓冲层。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：柔性衬底；位于所述柔性衬底表面的第一反射镜结构；位于所述第一反射镜结构上的有源层；位于所述有源层表面的至少两层重叠的第二反射镜结构，所述第二反射镜结构的导电类型与第一反射镜结构的导电类型相反；位于相邻两层第二反射镜结构之间的挡光层和透光层，所述挡光层位于所述透光层的两侧；位于所述第二反射镜结构内、所述有源层内和所述第一反射镜结构内的凹槽，所述凹槽暴露出所述挡光层侧壁表面。2.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述柔性衬底包括基底和位于所述基底上的导电层，所述第一反射镜结构位于所述导电层上；所述凹槽暴露出所述导电层表面。3.如权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述基底的材料包括有机材料，所述有机材料包括：聚酰亚胺或聚甲基丙烯酸甲酯。4.如权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述导电层的材料包括金属，所述金属材料包括金、铂、铜、银、钨或铝。5.如权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述基底的厚度与所述导电层的厚度比值大于2。6.如权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述导电层的厚度范围为60微米～200微米。7.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一反射镜结构包括若干第一堆叠结构，所述第一堆叠结构包括第一反射层和位于所述第一反射层上的第二反射层，所述第一反射层与所述第二反射层的折射率不同。8.如权利要求7所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一反射层的材料包括砷镓铝，所述第二反射层的材料包括砷化镓。9.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第二反射镜结构包括若干第二堆叠结构，所述第二堆叠结构包括第三反射层和位于所述第三反射层上的第四反射层，所述第三反射层和所述第四反射层的折射率不同。10.如权利要求9所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第三反射层的材料包括砷镓铝，所述第四反射层的材料包括砷化镓。11.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述挡光层的材料包括氧化铝，所述透光层的材料包括砷镓铝。12.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一反射镜结构为N型布拉格反射镜，所述第二反射镜结构为P型布拉格反射镜；所述第一反射镜结构的材料中掺杂有硅离子；所述第二反射镜结构的材料中掺杂有碳离子。13.如权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，还包括：位于第二反射镜结构顶部表面的第一钝化层；位于第一钝化层表面、以及位于凹槽侧壁表面和底部表面的第二钝化层；位于所述第二钝化层内和所述第一钝化层内的第一电极层，所述第一电极层位
于所述第二反射镜结构顶部表面。14.如权利要求13所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一钝化层的材料包括氮化硅；所述第二钝化层的材料包括氮化硅。15.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述有源层包括若干层沿垂直于所述柔性衬底表面方向交错堆叠的若干第一垒层、第二垒层以及位于相邻所述第一垒层和所述第二垒层之间的阱层。16.如权利要求15所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一垒层的材料包括P型的砷化镓，所述P型的砷化镓中掺杂有碳离子；所述第二垒层的材料包括N型的砷化镓，所述N型的砷化镓中掺杂有硅离子；所述阱层的材料包括砷镓铟。17.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜清华，黄玺，俞洁，丁帼君，
申请(专利权)人：常州承芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：