垂直腔面发射激光器的制备方法及垂直腔面发射激光器技术

本发明专利技术涉及一种垂直腔面发射激光器的制备方法及垂直腔面发射激光器。所述方法包括：提供依次层叠的第一导电半导体层和有源层；在有源层上外延生长第一半导体材料，并降低第一半导体材料的电导率以形成电流注入阻隔层；在电流注入阻隔层上刻蚀出具有预设尺寸的电流注入孔，电流注入孔贯穿电流注入阻隔层以暴露出有源层的上表面；在所述电流注入阻隔层上形成电流注入层，所述电流注入层填满电流注入阻隔层的所述电流注入孔；在所述电流注入层上形成第二导电半导体层。本发明专利技术所提供的垂直腔面发射激光器的制备方法及垂直腔面发射激光器，提高了VCSEL阵列器件的可靠性。提高了VCSEL阵列器件的可靠性。提高了VCSEL阵列器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
垂直腔面发射激光器的制备方法及垂直腔面发射激光器


[0001]本专利技术涉及半导体制造领域，特别是涉及一种垂直腔面发射激光器的制备方法及垂直腔面发射激光器。

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，VCSEL)是一种半导体，其激光垂直于顶面射出，与一般用切开的独立芯片制程、激光由边缘射出的边射型激光有所不同。并且，VCSEL在阈值电流、使用寿命、大阵列集成等方面具有突出的优势。
[0003]氧化限制型结构VCSEL利用氧化限制工艺显著降低了器件的阈值电流，提高了电流注入效率，使得VCSEL实现稳定连续激射。因此氧化限制型结构VCSEL已成为业界主流，该结构的VCSEL是利用湿法氧化工艺，在高温条件下水蒸气对不同Al组分的AlxGa1
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xAs选择氧化获得电流注入孔。但是，要获得孔径较一致的电流注入孔，对外延材料均匀性及氧化工艺的控制要求很高。尤其对大尺寸晶圆而言，即使严格控制，也很难获得一致性较好的电流注入孔例如在6寸晶圆及以上的VCSEL阵列器件中，氧化工艺形成的电流注入孔的一致性就比较差，由此产生的问题也很严重。例如，电流注入孔的一致性差，将导致同一个VCSEL阵列器件中不同的电流注入孔具有不同的电流注入密度，使得VCSEL阵列器件中不同单管开启时间或功率出现明显差异，甚至发热量不同，导致整个VCSEL阵列器件的可靠性变差。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请实施例为解决
技术介绍
中存在的至少一个问题而提供一种垂直腔面发射激光器的制备方法及垂直腔面发射激光器。
[0005]为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种垂直腔面发射激光器的制备方法，所述方法包括：
[0007]提供依次层叠的第一导电半导体层和有源层；
[0008]在所述有源层上外延生长第一半导体材料，并降低所述第一半导体材料的电导率以形成电流注入阻隔层；
[0009]在所述电流注入阻隔层上刻蚀出具有预设尺寸的电流注入孔，所述电流注入孔贯穿所述电流注入阻隔层以暴露出所述有源层的上表面；
[0010]在所述电流注入阻隔层上形成电流注入层，所述电流注入层填满电流注入阻隔层的所述电流注入孔；
[0011]在所述电流注入层上形成第二导电半导体层。
[0012]可选的，所述电流注入层的形成方法包括：
[0013]在所述电流注入阻隔层上外延生长第二半导体材料，所述第二半导体材料填充在所述电流注入孔内的部分形成电流注入通道。
[0014]可选地，所述外延生长第二半导体材料，包括；
[0015]设置第一生长温度，第一生长压力，使生长第二半导体材料的模式为3D模式；
[0016]在所述电流注入孔被填满后，设置第二生长温度，第二生长压力，使生长第二半导体材料的模式由3D模式转变为2D模式；所述第一生长温度小于所述第二生长温度，所述第一生长压力大于所述第二生长压力。
[0017]可选地，所述电流注入孔的横截面面积沿靠近所述电流注入阻隔层的方向减小。
[0018]可选地，所述第二半导体材料的折射率大于所述第一半导体材料的折射率。
[0019]可选地，所述外延生长第二半导体材料后，所述方法还包括；
[0020]外延生长第三半导体材料，形成第一缓冲层；其中，所述第二导电半导体层沿所述第一缓冲层的上表面外延生长而形成。
[0021]可选地，所述电流注入层和所述第一缓冲层的厚度满足如下表达式：
[0022]若所述电流注入层的折射率大于所述第一缓冲层的折射率，则：
[0023]N1×
b＝λ/2；
[0024]若所述电流注入层的折射率小于所述第一缓冲层的折射率，则：
[0025]N1×
b+N2×
c＝λ/4；
[0026]所述N1为所述电流注入层的折射率，b为所述电流注入层的厚度，所述N2为所述第一缓冲层的折射率，c为所述第一缓冲层的厚度，λ为波长。
[0027]可选地，所述在所述有源层上外延生长第一半导体材料，并降低所述第一半导体材料的电导率以形成电流注入阻隔层，包括：
[0028]在外延生长所述第一半导体材料的过程中，在所述第一半导体材料内不掺杂或补偿掺杂，以提高所述第一半导体材料的绝缘性能。
[0029]可选地，所述在所述有源层上外延生长第一半导体材料，并降低所述第一半导体材料的电导率以形成电流注入阻隔层，包括：
[0030]在外延生长所述第一半导体材料的过程中，通入含有氧原子的气体。
[0031]第二方面，本申请实施例提供了一种垂直腔面发射激光器，包括：
[0032]第一导电半导体层；
[0033]有源层，层叠在所述第一导电半导体层上；
[0034]电流注入阻隔层，层叠在所述有源层的上表面并形成有电流注入孔，所述电流注入孔暴露出所述有源层的上表面的部分区域；所述电流注入阻隔层由第一半导体材料构成；
[0035]电流注入层，位于所述电流注入阻隔层上，并填满所述电流注入阻隔层的所述电流注入孔；第二导电半导体层，位于所述电流注入层的上方。
[0036]可选地，所述电流注入层由第二半导体材料构成，所述第二半导体材料填充在所述电流注入孔内的部分形成电流注入通道。
[0037]可选地，所述电流注入孔的横截面面积沿靠近电流注入阻隔层的方向减小。
[0038]可选地，所述垂直腔面发射激光器还包括：
[0039]第一缓冲层，所述第一缓冲层位于所述电流注入层和所述第二导电半导体层之间；所述第一缓冲层由第三半导体材料构成。
[0040]本申请实施例所提供的一种垂直腔面发射激光器的制备方法及垂直腔面发射激光器，所述方法包括:提供依次层叠的第一导电半导体层和有源层；在所述有源层上外延生
长第一半导体材料，并降低所述第一半导体材料的电导率以形成电流注入阻隔层；在所述电流注入阻隔层上刻蚀出具有预设尺寸的电流注入孔，所述电流注入孔贯穿所述电流注入阻隔层以暴露出所述有源层的上表面；在所述电流注入阻隔层上形成电流注入层，所述电流注入层填满电流注入阻隔层的所述电流注入孔；在所述电流注入层上形成第二导电半导体层。其中，所述电流注入孔是在所述电流注入阻隔层上刻蚀形成的，然后，在形成电流注入孔后再继续外延生长，形成电流注入通道和第二导电半导体层，因此，电流注入孔克服了氧化工艺形成的电流注入孔在同一个VCSEL阵列器件中一致性差的问题，提高了VCSEL阵列器件的可靠性。如此，本申请实施例所提供的垂直腔面发射激光器的制备方法及垂直腔面发射激光器，提高了VCSEL阵列器件的可靠性。
[0041]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[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备方法，其特征在于，所述方法包括：提供依次层叠的第一导电半导体层和有源层；在所述有源层上外延生长第一半导体材料，并降低所述第一半导体材料的电导率以形成电流注入阻隔层；在所述电流注入阻隔层上刻蚀出具有预设尺寸的电流注入孔，所述电流注入孔贯穿所述电流注入阻隔层以暴露出所述有源层的上表面；在所述电流注入阻隔层上形成电流注入层，所述电流注入层填满电流注入阻隔层的所述电流注入孔；在所述电流注入层上形成第二导电半导体层。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，所述电流注入层的形成方法包括：在所述电流注入阻隔层上外延生长第二半导体材料，所述第二半导体材料填充在所述电流注入孔内的部分形成电流注入通道。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，所述外延生长第二半导体材料，包括；设置第一生长温度，第一生长压力，使生长第二半导体材料的模式为3D模式；在所述电流注入孔被填满后，设置第二生长温度，第二生长压力，使生长第二半导体材料的模式由3D模式转变为2D模式；所述第一生长温度小于所述第二生长温度，所述第一生长压力大于所述第二生长压力。4.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，所述电流注入孔的横截面面积沿靠近所述电流注入阻隔层的方向减小。5.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，所述第二半导体材料的折射率大于所述第一半导体材料的折射率。6.根据权利要求2
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5任一项所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，所述外延生长第二半导体材料后，所述方法还包括；外延生长第三半导体材料，形成第一缓冲层；其中，所述第二导电半导体层沿所述第一缓冲层的上表面外延生长而形成。7.根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，所述电流注入层和所述第一缓冲层的厚度满足如下表达式：若所述电流注入层的折射率大于所述第一缓冲层的折...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰柱，王冲，
申请(专利权)人：中芯越州集成电路制造绍兴有限公司，
类型：发明
国别省市：