[发明专利]垂直腔面发射激光器及其制备方法

说明书

本发明公开了垂直腔面发射激光器及其制备方法。该垂直腔面发射激光器包括：衬底、P型过渡层、第一布拉格反射镜、多重量子阱层、第二布拉格反射镜和负电极。该垂直腔面发射激光器的可靠性强、寿命长、发光效率高，且制备成本较低。

技术领域

本发明涉及半导体功率器件领域，具体而言，本发明涉及垂直腔面发射激光器及其制备方法。

背景技术

随着VCSEL应用领域越来越广，垂直腔面发射激光器（VCSEL）对可靠性提出了更高的要求。当前提高VCSEL可靠性的主要方法是通过外延生长多层高铝材料，通过设计在VCSEL芯片用PECVD刻蚀出截面，通过湿法氧化工艺制备出Al₂O₃作为电流阻挡层。Al₂O₃为非晶结构，应力、热膨胀系数与周边材料不同，导致周边缺陷的引入，使得芯片可靠性下降，是该类VCSEL失效源之一。另外，该氧化工艺有诸多问题，例如需做首件氧化获取氧化速率，工艺重复性，氧化速率的工艺控制，氧化孔径的精准度等，工艺重复性差、成本较高。

由于氧化工艺的这些缺点，各种非氧化工艺也被逐渐应用到VCSEL中。目前，在VCSEL中，典型的非氧化工艺主要有3种。第一种是采用刻蚀的手段，通过直接在P型DBR中深度刻蚀，形成一个柱状结构，这种结构的刻蚀精度通常难以保证，另外刻蚀的柱状侧面晶体质量较差，粗糙度较高，会在侧面引入大量的缺陷，横向光散射和表面复合损耗严重，从而降低VCSEL性能；第二种是采用掩埋异质结结构，这种结构首先需要在P型DBR一侧较深位置刻蚀出一个台面，然后再通过二次外延生长一层低禁带宽度和低折射率的材料，来限制电流和光场的横向分布，其主要缺点是会引入额外的电压，影响VCSEL的光效，另外二次外延工艺也较为复杂；第三种是采用将质子注入到P型DBR中的手段，即通过高速离子将原子击离其晶格部位并产生半绝缘材料，形成导电通道，这种结构的缺点是，在横向上没有光学的折射率导引，会导致横向光损耗增加，降低器件连续工作的可靠性，另外，这种工艺也比较复杂，不易于量产。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出垂直腔面发射激光器及其制备方法。该垂直腔面发射激光器的可靠性强、寿命长、发光效率高，且制备成本较低。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种垂直腔面发射激光器。根据本发明的实施例，该垂直腔面发射激光器包括：衬底；P型过渡层，所述P型过渡层形成在所述衬底的至少部分表面；第一布拉格反射镜，所述第一布拉格反射镜形成在所述P型过渡层远离所述衬底的至少部分表面，所述第一布拉格反射镜为P型掺杂；多重量子阱层，所述多重量子阱层形成在所述第一布拉格反射镜远离所述P型过渡层的至少部分表面；第二布拉格反射镜，所述第二布拉格反射镜形成在所述多重量子阱层远离所述第一布拉格反射镜的至少部分表面；所述第二布拉格反射镜包括下层区、中心区和外围区，其中，所述下层区和所述中心区为N型掺杂，所述外围区为P型掺杂；负电极，所述负电极设在所述第二布拉格反射镜的上表面，且位于所述中心区和所述外围区的连接处。

根据本发明上述实施例的垂直腔面发射激光器中，第二布拉格反射镜的外围区为P型掺杂，而下层区和中心区为N型掺杂，N型区域下方形成反向P-N结，从而起到阻挡电流的作用，对电流进行导向。该反向P-N结为晶体结构，从而避免了传统垂直腔面发射激光器中电流限制层的使用，解决了传统垂直腔面发射激光器因使用氧化物电流限制层带来的缺陷问题，以及制备氧化物电流限制层的湿法氧化工艺所带来的诸多问题。由此，该垂直腔面发射激光器的可靠性强、寿命长、发光效率高，且制备成本较低。

另外，根据本发明上述实施例的垂直腔面发射激光器还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述衬底为导电衬底，所述衬底由掺杂的GaAs形成。

在本发明的一些实施例中，所述衬底为半绝缘衬底，不导电。