[发明专利]一种垂直腔面发射激光器及其制备方法

权利要求书

1.一种垂直腔面发射激光器，包括衬底和外延结构，其特征在于：所述外延结构包括依次生长在衬底上的N-DBR、有源区、氧化限制层、光栅基底高折射率过渡层、高折射率层和部分刻蚀高折射率光栅层，所述部分刻蚀高折射率光栅层上沉积有光学膜保护层，所述有源区、N-DBR、氧化限制层、光栅基底高折射率过渡层、高折射率层和部分刻蚀高折射率光栅层上设置有光学膜层，所述光学膜层上设置有互联金属。

2.根据权利要求1所述的一种垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述光栅基底高折射率过渡层的膜层厚度为200-500nm，折射率为3.521；所述高折射率层的膜层厚度为80-120nm，折射率为3.14；所述部分刻蚀高折射率光栅层的膜层厚度为400-500nm，折射率为3.521。

3.根据权利要求2所述的一种垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述衬底、光栅基底高折射率过渡层和部分刻蚀高折射率光栅层的材料均为GaAs，所述的高折射率层的材料为AlAs材料。

4.根据权利要求3所述的一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，其特征在于：所述衬底远离N-DBR的一侧设置有SiN应力膜。

5.一种垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、晶圆制备：在衬底上依次生长N-DBR、有源区、氧化限制层、GaAs材料的过渡层、AlAs材料的高折射率层和GaAs材料的高折射率层，形成晶圆；

S2、晶圆曝光：在晶圆上旋涂增粘剂和光刻胶，然后对晶圆曝光，形成光栅条纹；

S3、晶圆刻蚀：对晶圆的表面GaAs材料的高折射率层进行刻蚀，形成刻蚀深度为200-300nm的光栅；

S4、第一次台面刻蚀：在具有光栅的晶圆上涂覆光刻胶，间隔设置多个第一不涂覆区，然后进行第一次台面刻蚀，刻蚀时使用的刻蚀气体为氯气和氮气，第一次台面刻蚀到过渡层，使高折射率层刚好裸露，再全面氧化，使得高折射率层完全氧化为低折射率的氧化铝Al₂O₃；

S5、第二次台面刻蚀：在晶圆上再次涂覆光刻胶，在第一不涂覆区的一侧设置第二不涂覆区，然后进行第二次台面刻蚀，刻蚀至第三对N-DBR，使氧化限制层的截面刚好裸露，再进行部分氧化，形成氧化限制孔径；

S6、沉积光学保护膜：对整片晶圆沉积光学保护膜氮化硅，阻止氧化继续进行；

S7、种子层溅射：刻蚀去除需要导通区域的光学保护膜，然后进行种子层溅射一层薄金，为后续电镀金属做准备；

S8、互联金属制备：将晶圆的出光口上的光栅用光刻胶保护，其余区域电镀上金，形成互联金属；

S9、出光口金属刻蚀：进行种子层刻蚀，刻蚀掉出光口处的金属，得到垂直腔面发射激光器。

6.根据权利要求5所述的一种垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中过渡层的生长膜层厚度为200-500nm，折射率为3.521；高折射率层的生长膜层厚度为80-120nm，折射率为3.14；高折射率光栅层的生长膜层厚度为400-500nm，折射率为3.521。

7.根据权利要求6所述的一种垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于：在步骤S1的晶圆制备之后，测量衬底的翘曲度，并使用SiN应力膜对衬底进行背面翘曲补偿。

8.根据权利要求7所述的一种垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于：所述步骤S3、S4和S5中的刻蚀方法均为采用ICP刻蚀方法进行刻蚀。

9.根据权利要求8所述的一种垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中全面氧化时，在350-500℃的温度下，使用湿法氧化，将AlAs氧化为Al₂O₃。