[发明专利]一种基于化合物半导体材料紫外VCSEL芯片及制作方法

说明书

本发明公开的属于半导体电子信息技术领域，具体为一种基于化合物半导体材料紫外VCSEL芯片及制作方法，包括基底，所述基底的上方设置有外延层，所述外延层的上方设置有发光层，所述外延层包括低温AlN层，所述低温AlN层的上方设置有高温AlN层，所述高温AlN层的上方设置有含硅层，所述含硅层的上方设置有重硅层，所述发光层包括掺硅层，所述掺硅层的上方设置有超晶格层，本发明设计的芯片通过外延和芯片生长制作技术进行制造，能够得到波长在200～280nm的UVC波段紫外光VCSEL，突破和克服了200nm以上的UVC波段VCSEL芯片制作难题和发光效率难题。

技术领域

本发明涉及半导体电子信息技术领域，具体为一种基于化合物半导体材料紫外VCSEL芯片及制作方法。

背景技术

随着科技进步和发展，化合物半导体芯片应用越来越广泛，基于化合物半导体及其他材料的VCSEL芯片广泛应用，垂直腔面发光激光器(Vertical cavity surfaceemitting laser，简称VCSEL)具有高输出功率和高质量光束优点，相比于传统边发射激光器和LED芯片而言，垂直腔面发光激光器在集中度、小型化、可靠性、精度等方面具有较大的优势。目前VCSEL芯片波长基本处于950～1100nm波段，基于GaAs材料的垂直导电和顶端出光，主要应用于传感和识别，随着技术发展，短波紫外光VCSEL芯片也开始逐渐兴起，短波紫外光VCSEL激光器可以集中发射200～400nm范围的紫外光，在杀菌消毒、紫外光通信、检测、分析方面应用越来越广泛。

目前VCSEL主要是集中在红外波段，基底材料以GaAs为主，因为此波段的VCSEL制作相对容易，材料生长也比较容易，其生长过程中，无论是n型区、p型区，还是DBR反射区，都不会吸收红外波段的光，且其材料都是导电的，可以依照现有的方法生长外延结构和制作芯片。

紫外光的波长较短，而普通材料不容易透过紫外光，因此需要能带宽度很高的材料才可以产生和反射短波紫外光，其中短波紫外VCSEL发出的紫外光波长很短，只有禁带宽度高的材料才能不产生吸收，而能带宽度和禁带宽度高的材料的导电性都比较差，因此无法采用垂直方法直接制作电极，需要特殊外延结构设计及芯片结构设计和制作，才能满足紫外光VCSEL的各项应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于化合物半导体材料紫外VCSEL芯片及制作方法，以解决上述背景技术中提出的现有的短波紫外VCSEL无法采用垂直方法直接制作电极的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于化合物半导体材料紫外VCSEL芯片，包括基底，所述基底的上方设置有外延层，所述外延层的上方设置有发光层，所述外延层包括低温AlN层，所述低温AlN层的上方设置有高温AlN层，所述高温AlN层的上方设置有含硅层，所述含硅层是厚度为300～500nm的n型Al_1-xGa_xN(x＜1)，所述含硅层的上方设置有重硅层，所述重硅层是厚度为500～800nm的n++型Al_1-yGa_yN(xy＜1)，所述发光层包括掺硅层，所述掺硅层是厚度为100～200nm的n型Al_1-xGa_xN(x＜1)，所述掺硅层的上方设置有超晶格层，所述超晶格层是厚度为40～300nm的n型BAlGaN/AlGaN超晶格，所述超晶格层的上方设置有量子阱层，所述量子阱层的材质为B_zAl_wGa_1-Z-WN(z＜＜w)/AlGaN，所述量子阱层的上方设置有含镁层，所述含镁层是厚度为20～50nm的p型AlGaN，所述含镁层的上方设置有重镁层，所述重镁层是厚度为10～20nm的p++型AlGaN，所述基底的下表面、外延层的上表面及发光层的外侧均设置有DBR层，所述DBR层的材质为高禁带宽度材料，所述发光层上方的DBR层上方设置有防护层，所述外延层的上表面及发光层的外侧的DBR层的本体上蚀刻有电极层，所述基底下侧的DBR层的下方设置有镀Ag层。