[发明专利]一种非氧化工艺薄膜VCSEL光源结构的制备方法

说明书

本发明涉及纳米级VCSEL器件制备技术领域，提供了一种非氧化工艺薄膜VCSEL光源结构的制备方法，包括如下步骤：S1，生长不含氧化层的外延片；S2，于所述外延片上制备掩膜，然后进行刻蚀得到待继续加工的薄膜VCSEL；S3，对所述S2步骤中得到的薄膜VCSEL的侧壁刻蚀损伤进行修复，并将修复后的薄膜VCSEL剥离下来；S4，将剥离下来的薄膜VCSEL转移至绝缘衬底层，接着制备薄膜VCSEL的P型电极接触窗口和N型电极接触窗口；S5，于所述P型电极接触窗口和所述N型电极接触窗口上分别制备P型电极和N型电极，以完成非氧化工艺薄膜VCSEL光源结构的制备。本发明采用非对称电流注入孔径设计，薄膜长边的散射损耗恒小于短轴散射损耗，出射的偏振光通过散射损耗的选择作用以长边为主。

技术领域

本发明涉及纳米级VCSEL器件制备技术领域，具体为一种非氧化工艺薄膜VCSEL光源结构的制备方法。

背景技术

随着大数据、第五代移动通信技术以及原子钟等高新技术的发展，光网络信息处理不断增加、高密度宽带通信不断提高，因此作为光电子器件领域研究的重要半导体激光光源之一，具有高偏振抑制比的高性能垂直腔面发射激光器越来越受到人们关注。传统的垂直腔面发射激光器，由于VCSEL材料各向同性的折射率以及对称的接近圆柱型结构的谐振腔，对激光的偏振状态没有选择作用。器件实际工作过程中，注入电流或者工作温度变化时，会导致激光偏振状态的随机跳变，在器件工作时产生信号的串扰，影响原子钟等一系列“偏振敏感”器件正常工作。为实现VCSEL的稳定偏振，人们采用外光反馈；制备出各向异性不同形状的氧化孔(包括椭圆形、菱形、哑铃型等)；制备光栅、亚波长光栅等手段，但无一例外，均工艺复杂、不适合量产。且所有采用的工艺方案均涉及湿法氧化工艺。因VCSEL中氧化孔径的大小直接影响到器件在阈值电流密度、光电转换效率、激射光模式等性能方面的表现，所以氧化深度需要精确控制。由于现存氧化工艺复杂性高，稳定性差，精度难以控制到纳米级别等诸多因素，微型VCSEL光源一直难以实现。同时，由于氧化物和半导体之间热膨胀系数的差异，氧化物孔处会产生应力，降低了VCSEL的可靠性，尤其对于小孔径的VCSEL影响更是不可忽视。另一方面，Al_xO_1y的导热系数约为0.7W/mK，而GaAs和AlAs的导热系数约为50W/mK，氧化孔处的热扩散不良也会限制激光二极管的功率和调制带宽。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非氧化工艺薄膜VCSEL光源结构的制备方法，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种非氧化工艺薄膜VCSEL光源结构的制备方法，包括如下步骤：

S1，生长不含氧化层的外延片；

S2，于所述外延片上制备掩膜，然后进行刻蚀得到待继续加工的薄膜VCSEL；

S3，对所述S2步骤中得到的薄膜VCSEL的侧壁刻蚀损伤进行修复，并将修复后的薄膜VCSEL剥离下来；

S4，将剥离下来的薄膜VCSEL转移至绝缘衬底层，接着制备薄膜VCSEL的P型电极接触窗口和N型电极接触窗口；

S5，于所述P型电极接触窗口和所述N型电极接触窗口上分别制备P型电极和N型电极，以完成非氧化工艺薄膜VCSEL光源结构的制备。

进一步，所述S1步骤中，所述外延片的制备具体为：在GaAs衬底上生长N型GaAs缓冲层、N型布拉格反射镜层、量子阱层以及P型布拉格反射镜层，以得到所述外延片，所述外延片中不含高铝组分氧化层。

进一步，在所述S2步骤中，采用ICP刻蚀，然后使用RIE设备将顶端残留的掩膜刻蚀干净。

进一步，在所述外延片包括依次生长的GaAs衬底、N型GaAs缓冲层、N型布拉格反射镜层、量子阱层以及P型布拉格反射镜层时，刻蚀深度在7～8μm，刻穿所述N型GaAs缓冲层至所述GaAs衬底。