[发明专利]一种柔性垂直腔面发射激光器芯片及其制作方法

说明书

本发明公开了一种高性能的柔性垂直腔面发射激光器芯片及其制作方法，包括下电极、下电极接触层、下布拉格反射镜层、有源区、氧化限制层、上布拉格反射镜层、上电极接触层、上电极和反射绝缘层；其中，所述下电极、下电极接触层、下布拉格反射镜层、有源区、氧化限制层、上布拉格反射镜层、上电极接触层、上电极按照从下往上的顺序依次叠加，构成一个激光器芯片主体，所述反射绝缘层制作在该激光器芯片主体的侧面，在起绝缘作用的同时兼具反射作用，以减少光的侧向发散。本发明在提高激光器芯片性能的同时，减小了激光器芯片的厚度进而提升芯片的封装密度，同时芯片具有一定的柔性，能满足一些特定应用环境的形变要求。

技术领域

本发明涉及半导体的技术领域，尤其是指一种柔性垂直腔面发射激光器芯片及其制作方法。

背景技术

垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，简称：VCSEL)是以GaAs半导体材料为基础制作的一种新型半导体激光器，具有体积小、阈值电流低、效率高、功耗小、光发散角小、易集成为大面积阵列等优点，可广泛应用于光信息处理、光互联、光计算等领域。

一般的VSCEL主要结构包括衬底、下布拉格反射镜(英文：Distributed BraggReflection，简称：DBR)层、有源区、氧化限制层、上DBR层、上金属电极和下金属电极。

VSCEL外延结构生长使用的GaAs衬底厚度一般在300-600um不等，在器件的下DBR与下电极中间有一定厚度的衬底存在，这样散热性能就会稍差。一是在后期制备工艺中将GaAs衬底去掉，但去掉衬底后，器件层约为10-15μm厚度，不利于进行芯片的制备。二是先保留衬底，进行VSCEL芯片工艺后并在焊接到热沉前将衬底减薄到50μm-100μm，但衬底抛光减薄也存在一定的隐裂风险，成本也加大，同时芯片整体仍然存在一定厚度，影响散热及后续封装密度。目前有些技术采用外延层剥离工艺，制作薄膜型VSCEL，基本是采用一定厚度的Cu、Ag、Au等金属反射镜层作为电极层，金属层一般有较大的内应力，易发生翘曲形变，在剥离工艺中外延薄膜层会因此受到张应力而产生裂纹损伤，对后续芯片性能造成影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种高性能的柔性垂直腔面发射激光器芯片及其制作方法，在提高激光器芯片性能的同时，减小了激光器芯片的厚度进而提升芯片的封装密度，同时芯片具有一定的柔性，能满足一些特定应用环境的形变要求，适应性高。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种柔性垂直腔面发射激光器芯片，包括下电极、下电极接触层、下布拉格反射镜层、有源区、氧化限制层、上布拉格反射镜层、上电极接触层、上电极和反射绝缘层；其中，所述下电极、下电极接触层、下布拉格反射镜层、有源区、氧化限制层、上布拉格反射镜层、上电极接触层、上电极按照从下往上的顺序依次叠加，构成一个激光器芯片主体，所述反射绝缘层制作在该激光器芯片主体的侧面，在起绝缘作用的同时兼具反射作用，以减少光的侧向发散。

进一步，所述下电极包含有柔性导电材料层。

进一步，所述柔性导电材料层为石墨烯银纳米材料层或硼烯薄膜，厚度在1-10um，所述柔性导电材料层表面呈现褶皱状态，用于增加反射光线的方向，提高下布拉格反射镜层的整体反射率。

进一步，所述上电极接触层和下电极接触层的掺杂浓度大于1E18cm³，厚度在5-10nm。

进一步，所述下布拉格反射镜层和上布拉格反射镜层采用交替排列的高、低折射率材料层，其中，材料层为超晶格GaAs/AlAs结构或者AlGaAs/AlGaAs结构，周期对数为5-30对。

进一步，所述有源区包含InGaAs/AlGaAs、InGaAs/GaAs或者GaAsP/AlGaAsP量子阱结构。

进一步，所述氧化限制层的材料为AlAs或AlGaAs。