[发明专利]一种垂直腔面发射激光器及其制备方法

说明书

本发明涉及芯片制造技术领域，公开了一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，包括衬底和外延结构，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有光学膜层，光学膜层上设有互联金属；方法包括晶圆制备、晶圆曝光、晶圆刻蚀、第一次台面刻蚀、第二次台面刻蚀、沉积光学保护膜、种子层溅射、互联金属制备和出光口金属刻蚀。本发明使用亚波长光栅代替VCSEL的P面反射镜，满足垂直腔面发射激光器器件小型化的要求。

技术领域

本发明涉及芯片制造技术领域，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器及其制备方法。

背景技术

VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，简称垂直腔面发射激光器)是光纤通讯所采用的光源之一，也是3D成像模组中的关键器件。它拥有圆形光斑，易于光纤耦合，而不需要复杂昂贵的光束整形系统；光腔长度极短，导致其纵模间距拉大，可在较宽的温度范围内实现单纵模工作，动态调制频率高；出光方向垂直于衬底，易于集成二维发光阵列，可在片测试、极大地降低了开发成本等。正是由于上述优点，在宽带以太网、高速数据通信网、光互联和光通信中得到了大量的应用，它广泛应用于3D识别感测及VR/AR等领域。

在2017年，随着带有3D人脸识别功能的最新一代苹果手机的发布，VCSEL真正进入公众视野。其中实现3D人脸识别的光源为940nm VCSEL，至此，VCSEL的波长研发重点，由以光通信为主的850nm慢慢转向以应用于消费级设备为主的940nm，人们发现在更多的应用场景下VCSEL也有极其优越的表现，例如在AR、VR、汽车智能辅助驾驶和人工智能机器人。

VCSEL的谐振腔很短，这使作为腔镜的分布布拉格反射镜的对数通常要达到20-40对才能满足器件激射的需求，当生长DBR的对数较多时，既增大了串联电阻和工艺难度，也不利于器件的小型化，尤其对于P型DBR的高电阻特性和光吸收，严重影响器件性能，所以对P面反射镜进行优化，是提高垂直腔面发射激光器性能的重要途径。近年来，随着加工技术和理论研究的发展，亚波长光栅越来越受到人们的关注，使用亚波长光栅代替VCSEL的P面反射镜，可以达到减少由多层DBR引起的串联电阻高以及吸收损耗大的目的，同时可以提高激光的输出质量，改善VCSEL的偏振特性，满足器件小型化的发展趋势。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，使用亚波长光栅代替VCSEL的P面反射镜，满足垂直腔面发射激光器器件小型化的要求。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种垂直腔面发射激光器，包括衬底和外延结构，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。