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，方法包括：提供衬底，衬底包括器件区和环绕所述器件区的第一隔离区，器件区包括发射区和环绕所述发射区的第二；在衬底表面依次形成第一反射镜结构、有源层、至少两层重叠的第二反射镜结构以及位于相邻第二反射镜结构之间的透光材料层以及第一钝化层；在第二隔离区上形成第二凹槽，第二凹槽底部暴露出所述第一反射镜结构；在第一隔离区上形成第一凹槽，第一凹槽暴露出衬底表面，第二凹槽的深度小于第一凹槽的深度；在第一隔离区上的第一钝化层内形成切割凹槽，第一凹槽位于切割凹槽和第二凹槽之间。第一凹槽能阻挡切割时产生的微裂纹扩展至发射区，避免切割时产生微裂纹对器件性能带来不良影响。良影响。良影响。

【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
，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
‑
Cavity Surface
‑
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(Distributed Bragg Reflector，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砷镓铝(AlGaAs)层作为氧化限制层。
[0004]然而，现有的垂直腔面发射激光器的性能还有待改善。

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，以改善垂直腔面发射激光器的性能。
[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：衬底，所述衬底包括器件区和环绕所述器件区的第一隔离区，所述器件区包括发射区和环绕所述发射区的第二隔离区；位于所述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；位于所述有源层上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所述第一反射镜结构的导电类型不同；位于所述发射区的有源层上相邻两层所述第二反射镜结构之间的挡光层和透光层，所述挡光层环绕所述透光层；位于所述第一隔离区上的第一凹槽，所述第一凹槽底部暴露出衬底表面，所述第一凹槽环绕所述器件区；位于所述第二隔离区上的第二凹槽，所述第二凹槽侧壁暴露出所述挡光层侧壁表面，所述第二凹槽底部暴露出所述第一反射镜结构，所述第二凹槽环绕所述发射区，所述第二凹槽的深度小于所述第一凹槽的深度。
[0007]可选的，所述第二凹槽贯穿所述第二反射镜结构及所述有源层，所述第二凹槽底部位于所述第一反射镜结构内。
[0008]可选的，所述第一凹槽贯穿所述第二反射镜结构、所述有源层及所述第一反射镜结构。
[0009]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；位于第二凹槽侧壁表面和底部表面、第一凹槽侧壁表面和底部表面以及第一钝化层表面的第二钝化层；位于所述发射区上的第一钝化层内和第二钝化层内、以及部分第二钝化层表面的第一电极层，所述第一电极层与所述第二反射镜结构电连接。
[0010]可选的，所述衬底包括相对的第一面和第二面，所述第一反射镜结构位于所述衬底第一面表面；所述垂直腔面发射激光器还包括：位于所述衬底第二面表面的第二电极层。
[0011]可选的，所述发射区和第二隔离区的数量为多个，一个所述第二隔离区环绕一个所述发射区。
[0012]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：提供衬底，所述衬底包括器件区和环绕所述器件区的第一隔离区，所述器件区包括发射区和环绕所述发射区的第二隔离区；在所述衬底表面形成第一反射镜结构；在所述第一反射镜结构表面形成有源层；在所述有源层上形成至少两层重叠的第二反射镜结构以及位于相邻第二反射镜结构之间的透光材料层，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不同；在所述第二反射镜结构表面形成第一钝化层；在所述第一隔离区上形成第一凹槽，所述第一凹槽底部暴露出衬底表面，所述第一凹槽环绕所述器件区；在所述第二隔离区上形成第二凹槽，所述第二凹槽侧壁暴露出所述透光材料层侧壁表面，所述第二凹槽底部暴露出所述第一反射镜结构，所述第二凹槽环绕所述发射区，所述第二凹槽的深度小于所述第一凹槽的深度。
[0013]可选的，所述第二凹槽和所述第一凹槽基于同一道光刻工艺形成。
[0014]可选的，形成所述第二凹槽和所述第一凹槽的方法包括：在所述第一钝化层表面形成初始光刻胶层；采用半色调掩膜板对所述初始光刻胶层进行图形化以形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层内具有第三凹槽和第四凹槽，所述第三凹槽的深度小于所述光刻胶层的深度，所述第四凹槽暴露出所述第一钝化层表面；以所述图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述光刻胶层、所述第一钝化层、所述第二反射镜结构、所述透光材料层、所述有源层和所述第一反射镜结构，形成位于所述第三凹槽下方的所述第二凹槽，所述第二凹槽贯穿所述第一钝化层、所述第二反射镜结构、所述透光材料层及所述有源层，并嵌入所述第一反射镜结构内，还形成位于所述第四凹槽下方的第一凹槽，贯穿所述第一钝化层、所述第二反射镜结构、所述透光材料层、所述有源层及所述第一反射镜结构。
[0015]可选的，所述第二凹槽和所述第一凹槽在基于不同的光刻工艺形成。
[0016]可选的，还包括：在所述隔离区上的所述第一钝化层内形成切割凹槽，所述第一凹槽位于所述切割凹槽和所述第二凹槽之间。
[0017]可选的，还包括：对所述第二凹槽暴露出来的所述发射区上的所述透光材料层进行改性处理，使所述发射区上的所述透光材料层形成挡光层和透光层，所述挡光层环绕所述透光层。
[0018]可选的，形成所述挡光层和所述透光层之后，还包括：在所述第二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。
[0019]可选的，还包括：在所述第一隔离区上形成切割凹槽，所述切割凹槽贯穿所述第一钝化层和第二钝化层，所述第一凹槽位于所述切割凹槽和所述第二凹槽之间。
[0020]可选的，还包括：在所述发射区上形成第五凹槽，所述第五凹槽贯穿所述第二钝化层和所述第一钝化层，所述第五凹槽暴露出所述第二反射镜结构表面；在所述第五凹槽内和与第五凹槽相邻的部分第二钝化层表面形成第一电极层。
[0021]可选的，所述第五凹槽和所述切割凹槽基于同一道光刻工艺形成。
[0022]可选的，所述衬底包括相对的第一面和第二面，所述第一反射镜结构位于所述衬
底第一面表面；形成所述第一电极层之后，还包括：减薄所述衬底第二面，在所述衬底第二面表面形成第二电极层。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：
[0024]本专利技术的垂直腔面发射激光器，所述第二隔离区上具有第二凹槽，所述第一隔离区上具有第一凹槽，所述第二凹槽侧壁暴露出所述挡光层侧壁表面，所述第二凹槽侧壁底部暴露出所述第一反射镜结构，所述第一凹槽底部暴露出衬底表面，所述第二凹槽的深度小于所述第一凹槽的深度，所述第一凹槽环绕所述器件区，所述第二凹槽环绕所述发射区。所述第一凹槽底部暴露出衬底表面，所述第一凹槽切断了各器件区域之间的反射镜结构膜层的连接，使得在进行切割形成单独的垂直腔面发射激光器器件时，所述第一凹槽能够阻挡切割时产生的微裂纹扩展至发射区，避免了切割时产生本文档来自技高网...

【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：衬底，所述衬底包括器件区和环绕所述器件区的第一隔离区，所述器件区包括发射区和环绕所述发射区的第二隔离区；位于所述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；位于所述有源层上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所述第一反射镜结构的导电类型不同；位于所述发射区的有源层上相邻两层所述第二反射镜结构之间的挡光层和透光层，所述挡光层环绕所述透光层；位于所述第一隔离区上的第一凹槽，所述第一凹槽底部暴露出衬底表面，所述第一凹槽环绕所述器件区；位于所述第二隔离区上的第二凹槽，所述第二凹槽侧壁暴露出所述挡光层侧壁表面，所述第二凹槽底部暴露出所述第一反射镜结构，所述第二凹槽环绕所述发射区，所述第二凹槽的深度小于所述第一凹槽的深度。2.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第二凹槽贯穿所述第二反射镜结构及所述有源层，所述第二凹槽底部位于所述第一反射镜结构内。3.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一凹槽贯穿所述第二反射镜结构、所述有源层及所述第一反射镜结构。4.如权利要求1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；位于第二凹槽侧壁表面和底部表面、第一凹槽侧壁表面和底部表面以及第一钝化层表面的第二钝化层；位于所述发射区上的第一钝化层内和第二钝化层内、以及部分第二钝化层表面的第一电极层，所述第一电极层与所述第二反射镜结构电连接。5.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述衬底包括相对的第一面和第二面，所述第一反射镜结构位于所述衬底第一面表面；所述垂直腔面发射激光器还包括：位于所述衬底第二面表面的第二电极层。6.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述发射区和第二隔离区的数量为多个，一个所述第二隔离区环绕一个所述发射区。7.一种垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底包括器件区和环绕所述器件区的第一隔离区，所述器件区包括发射区和环绕所述发射区的第二隔离区；在所述衬底表面形成第一反射镜结构；在所述第一反射镜结构表面形成有源层；在所述有源层上形成至少两层重叠的第二反射镜结构以及位于相邻第二反射镜结构之间的透光材料层，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不同；在所述第二反射镜结构表面形成第一钝化层；在所述第一隔离区上形成第一凹槽，所述第一凹槽底部暴露出衬底表面，所述第一凹槽环绕所述器件区；
在所述第二隔离区上形成第二凹槽，所述第二凹槽侧壁暴露出所述透光材料层侧壁表面，所述第二凹槽底部暴露出所述第一反射镜结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜清华，丁帼君，叶鹏辉，吴炫聪，
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：