一种边发射发光器件及其形成方法与流程

1.本发明涉及半导体激光器领域，具体涉及一种边发射发光器件及其制备方法。


背景技术：

2.边发射激光器(edge emitting laser，eel)是一种半导体激光器，其本质为pin发光二极管。通过向激光器施加正向电压从而持续注入电流，使得电子空穴在本征层中的有源区(增益介质)复合产生受激辐射光子，光子在激光器前后端面形成的共振腔中反复振荡，在增益介质中激发出更多的受激辐射光子，从而实现光放大，当光子的增益高过阈值时，就可以从端面射出形成激光。由于受激辐射的作用，光子的光学性质高度一致，所以激光相比普通光源(阳光/白炽灯/led等)有更好的单色性和方向性，也有更高的亮度。边发射激光器由于其良好的光学特性，小尺寸，低成本和简易的封装形式，已经被大量用于工业加工、通信、医疗等领域。
3.然而，现有的边发射激光器的光电转换效率和输出光功率还有待提高。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有边发射发光器件的光电转换效率和输出光功率低的缺陷，进而提供一种边发射发光器件及其形成方法。
5.本发明提供一种边发射发光器件，包括：半导体衬底层；位于所述半导体衬底层上的外延结构，所述外延结构包括有源层和位于所述有源层背向所述半导体衬底层的一侧的p型半导体层；至少位于所述p型半导体层中的刻蚀槽单元组，所述刻蚀槽单元组包括沿着慢轴方向排布的第一刻蚀槽单元和第二刻蚀槽单元，所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元均至少包括一个刻蚀槽，所述刻蚀槽单元组中的所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元之间的外延结构作为脊形区；绝缘限制层，所述绝缘限制层位于所述刻蚀槽周围的部分所述脊形区中。
6.可选的，所述p型半导体层包括第一波导层和第一限制层，所述第一波导层位于所述有源层背离所述半导体衬底层的一侧，所述第一限制层位于所述第一波导层背离所述有源层的一侧；所述边发射发光器件还包括：n型半导体层，所述n型半导体层位于所述有源层和所述半导体衬底层之间；所述n型半导体层包括第二波导层和第二限制层，所述第二限制层位于所述第二波导层背离所述有源层的一侧；所述刻蚀槽延伸至所述第一限制层中，所述绝缘限制层位于所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层中；或者，所述刻蚀槽自所述第一限制层延伸至所述第一波导层中，所述绝缘限制层位于所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层和/或部分所述第一波导层中；或者，所述刻蚀槽自第一限制层延伸至所述有源层中，所述绝缘限制层位于所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层、部分所述第一波导层和部分所述有源层中的一个或者任意几个的组合；或者，所述刻蚀槽自所述第一限制层延伸至所述第二波导层中，所述绝缘限制层位于所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层、部分所述第一波导层、部分所述有源层和部分所述第二波导层中的一个或者任意几个的组合；
或者，所述刻蚀槽自所述第一限制层延伸至所述第二限制层中，所述绝缘限制层位于所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层、部分所述第一波导层、部分所述有源层、部分所述第二波导层和部分所述第二限制层中的一个或者任意几个的组合。
7.可选的，所述第一刻蚀槽单元仅包括一个刻蚀槽，第二刻蚀槽单元仅包括一个刻蚀槽；或者，所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元均包括若干个间隔设置的刻蚀槽，所述第一刻蚀槽单元中的若干个所述刻蚀槽沿着出光方向排布，所述第二刻蚀槽单元中的若干个所述刻蚀槽沿着出光方向排布，所述第一刻蚀槽单元中的刻蚀槽与所述第二刻蚀槽单元中的刻蚀槽在慢轴方向上相对设置。
8.可选的，每个所述刻蚀槽在所述半导体衬底层上的正投影图形包括“一”字形或者“十”字形。
9.可选的，所述第一刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽在所述半导体衬底层上的正投影图形呈直线排布；所述第二刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽在所述半导体衬底层上的正投影图形呈直线排布。
10.可选的，当所述第一刻蚀槽单元仅包括一个刻蚀槽，第二刻蚀槽单元仅包括一个刻蚀槽时，对于同一个所述刻蚀槽单元组，第一刻蚀槽单元中的刻蚀槽和第二刻蚀槽单元的刻蚀槽之间的距离沿着边发射发光器件的出光方向逐渐增大；当所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元均包括若干个间隔设置的刻蚀槽时，对于同一个所述刻蚀槽单元组中所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元的在慢轴方向上相对设置的刻蚀槽，每对相对设置的刻蚀槽之间的距离沿着边发射发光器件的出光方向逐渐增大。
11.可选的，所述第一刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽交错排列，所述第二刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽交错排列。
12.可选的，所述绝缘限制层在垂直于所述半导体衬底层的方向上间隔排布若干层。
13.可选的，在垂直于所述半导体衬底层的方向上排布的若干层所述绝缘限制层沿着慢轴方向上的宽度相同或者至少部分不同。
14.可选的，对于在垂直于所述半导体衬底层的方向上排布的若干层所述绝缘限制层，绝缘限制层至有源层的距离越近，所述绝缘限制层沿着慢轴方向上的宽度越大。
15.可选的，在垂直于所述半导体衬底层的方向上排布的若干层所述绝缘限制层的厚度相同或者至少部分不同。
16.可选的，所述绝缘限制层中含有铝，在垂直于所述半导体衬底层的方向上排布的若干层所述绝缘限制层中的铝含量相同或者至少部分不同。
17.可选的，还包括：端面电流限制槽，所述端面电流限制槽位于所述刻蚀槽单元组的所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元之间且靠近边发射发光器件的前腔面，所述端面电流限制槽的底面延伸至所述p型半导体层中；位于所述端面电流限制槽周围的所述脊形区中的端面电流限制层，所述前腔面暴露出所述端面电流限制层。
18.可选的，所述端面电流限制槽靠近所述前腔面的一侧边缘与所述前腔面之间的距离为5μm～100μm。
19.本发明提供一种边发射发光器件的形成方法，包括：提供半导体衬底层；在所述半导体衬底层上形成外延结构，形成所述外延结构的步骤包括：形成有源层；在所述有源层背向所述半导体衬底层的一侧形成p型半导体层；至少在所述p型半导体层中形成刻蚀槽单元
组，形成所述刻蚀槽单元组的步骤包括：形成沿着慢轴方向排布的第一刻蚀槽单元和第二刻蚀槽单元，所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元均至少包括一个刻蚀槽，所述刻蚀槽单元组中的所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元之间的外延结构作为脊形区；在所述刻蚀槽周围的部分所述脊形区中形成绝缘限制层。
20.可选的，形成所述p型半导体层的步骤包括：形成第一波导层；在所述第一波导层背离所述有源层的一侧形成第一限制层；所述边发射发光器件的形成方法还包括：在形成所述有源层之前，在所述半导体衬底层上形成n型半导体层；形成所述n型半导体层的步骤包括：在所述半导体衬底层上形成第二限制层；在所述第二限制层背离所述半导体衬底层的一侧形成第二波导层；至少在所述p型半导体层中形成刻蚀槽单元组的过程中，所述刻蚀槽延伸至所述第一限制层中；在所述刻蚀槽周围的部分所述脊形区中形成绝缘限制层的步骤为：在所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层中形成绝缘限制层；或者，至少在所述p型半导体层中形成刻蚀槽单元组的过程中，所述刻蚀槽自所述第一限制层延伸至所述第一波导层中；在所述刻蚀槽周围的部分所述脊形区中形成绝缘限制层的步骤为：在所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层和/或部分所述第一波导层中形成绝缘限制层；或者，至少在所述p型半导体层中形成刻蚀槽单元组的过程中，所述刻蚀槽自第一限制层延伸至所述有源层中；在所述刻蚀槽周围的部分所述脊形区中形成绝缘限制层的步骤为：在所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层、部分所述第一波导层和部分所述有源层中的一个或者任意几个中形成绝缘限制层；或者，至少在所述p型半导体层中形成刻蚀槽单元组的过程中，所述刻蚀槽自所述第一限制层延伸至所述第二波导层中；在所述刻蚀槽周围的部分所述脊形区中形成绝缘限制层的步骤为：在所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层、部分所述第一波导层、部分所述有源层和部分所述第二波导层中的一个或者任意几个中形成绝缘限制层；或者，至少在所述p型半导体层中形成刻蚀槽单元组的过程中，所述刻蚀槽自所述第一限制层延伸至所述第二限制层中；在所述刻蚀槽周围的部分所述脊形区中形成绝缘限制层的步骤为：在所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层、部分所述第一波导层、部分所述有源层、部分所述第二波导层和部分所述第二限制层中的一个或者任意几个中形成绝缘限制层。
21.可选的，在形成所述第一刻蚀槽单元的步骤中仅形成一个刻蚀槽；在形成所述第二刻蚀槽单元的步骤中仅形成一个刻蚀槽；或者，在形成所述第一刻蚀槽单元的步骤中和形成第二刻蚀槽单元的步骤中均形成若干个沿着出光方向排布间隔设置的刻蚀槽；所述第一刻蚀槽单元中的刻蚀槽与所述第二刻蚀槽单元中的刻蚀槽在慢轴方向上相对设置。
22.可选的，所述刻蚀槽在所述半导体衬底层上的正投影图形包括“一”字形或者“十”字形。
23.可选的，所述第一刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽在所述半导体衬底层上的正投影图形呈直线排布；所述第二刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽在所述半导体衬底层上的正投影图形呈直线排布；或者，当所述第一刻蚀槽单元仅包括一个刻蚀槽，第二刻蚀槽单元仅包括一个刻蚀槽时，对于同一个所述刻蚀槽单元组，第一刻蚀槽单元中的刻蚀槽和第二刻蚀槽单元的刻蚀槽之间的距离沿着边发射发光器件的出光方向逐渐增大；当所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元均包括若干个间隔设置的刻蚀槽时，对于同一个所述刻蚀槽单元组中所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元的在慢轴方向上相对设置的刻蚀槽，每对相对设置的刻蚀槽之间的距离沿着边发射发光器件的出光方向逐渐增大；或者，所述第一
刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽交错排列，所述第二刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽交错排列。
24.可选的，还包括：在所述刻蚀槽单元组的所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元之间形成端面电流限制槽，所述端面电流限制槽靠近边发射发光器件的前腔面；将所述端面电流限制槽的底面延伸至所述p型半导体层中；在所述端面电流限制槽周围的所述脊形区中形成端面电流限制层，所述前腔面暴露出所述端面电流限制层。
25.本发明技术方案，具有如下优点：
26.本发明的边发射发光器件中，包括至少位于所述p型半导体层中的刻蚀槽单元组，所述刻蚀槽单元组包括沿着慢轴方向排布的第一刻蚀槽单元和第二刻蚀槽单元，所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元均至少包括一个刻蚀槽，所述刻蚀槽单元组中的所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元之间的外延结构作为脊形区；绝缘限制层，所述绝缘限制层位于所述刻蚀槽周围的部分所述脊形区中。采用刻蚀槽和绝缘限制层一起对电流进行限制，有效的增强了对电流横向扩展的限制作用，使得有源区中的电流密度增加。其次，绝缘限制层还能对光场进行限制，由于绝缘限制层的折射率小于脊形区中的半导体材料的折射率，因此绝缘限制层将光场限制在折射率小的区域，这样载流子和光子相互作用程度较强，有效的提高了光电转光效率。其次，绝缘限制层可对慢轴方向高阶模式起到有效的抑制作用，从而减小慢轴发散角，且了光电转光效率高，因此输出光功率提高。
27.进一步，所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元均包括若干个间隔设置的刻蚀槽，所述第一刻蚀槽单元中的若干个所述刻蚀槽沿着出光方向排布，所述第二刻蚀槽单元中的若干个所述刻蚀槽沿着出光方向排布，所述第一刻蚀槽单元中的刻蚀槽与所述第二刻蚀槽单元中的刻蚀槽在慢轴方向上相对设置。由于出光方向上相邻的刻蚀槽之间的半导体材料和第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元之间的脊形区的半导体材料连接，使得边发射发光器件的机械强度提高边发射发光器件工作时产生的热量能从出光方向上相邻的刻蚀槽之间的外延结构导出，从而提升了边发射发光器件的散热能力，进而降低结区温度。因此，不连续的刻蚀槽设计增加了边发射发光器件的机械强度和散热能力，提升了可靠性，延长了使用寿命。
28.进一步，还包括：端面电流限制槽，所述端面电流限制槽位于所述刻蚀槽单元组的所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元之间且靠近边发射发光器件的前腔面，所述端面电流限制槽的底面延伸至所述p型半导体层中；位于所述端面电流限制槽周围的所述脊形区中的端面电流限制层，所述前腔面暴露出所述端面电流限制层。通过在前腔面附近引入端面电流限制层，减弱端面的电流热效应，从而减少灾变性光学镜面损伤的发生，提高激光器芯片的可靠性。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明一实施例的边发射发光器件垂直于出光方向的剖面示意图；
31.图2为图1中边发射发光器件的俯视示意图；
32.图3为图2中边发射发光器件的刻蚀槽和绝缘限制层在半导体衬底层上垂直投影示意图；
33.图4为图2的边发射发光器件沿刻蚀槽间隙的散热示意图；
34.图5本发明另一实施例的边发射发光器件在垂直于出光方向的剖面示意图；
35.图6为本发明另一实施例的边发射发光器件在垂直于出光方向的剖面示意图；
36.图7为本发明另一实施例中的边发射发光器件的刻蚀槽和绝缘限制层在半导体衬底层上垂直投影示意图；
37.图8为本发明另一实施例中的边发射发光器件的刻蚀槽和绝缘限制层在半导体衬底层上垂直投影示意图；
38.图9为本发明另一实施例中的边发射发光器件的刻蚀槽和绝缘限制层在半导体衬底层上垂直投影示意图；
39.图10为本发明另一实施例中的边发射发光器件的刻蚀槽和绝缘限制层在半导体衬底层上垂直投影示意图；
40.图11为本发明另一实施例中的边发射发光器件在平行于出光方向的纵剖面示意图；
41.图12为图11中的边发射发光器件的端面电流限制槽与端面电流限制层在半导体衬底层上垂直投影示意图；
42.图13为图11中的边发射发光器件基础上设置正面电极的示意图。
具体实施方式
43.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
47.本实施例提供一种边发射发光器件，结合参考图1至图3，包括：
48.半导体衬底层10；
49.位于所述半导体衬底层10上的外延结构，所述外延结构包括有源层30和位于所述
有源层30背向所述半导体衬底层10的一侧的p型半导体层20；至少位于所述p型半导体层20中的刻蚀槽单元组60，所述刻蚀槽单元组60包括沿着慢轴方向排布的第一刻蚀槽单元61和第二刻蚀槽单元62，所述第一刻蚀槽单元61和所述第二刻蚀槽单元62均至少包括一个刻蚀槽，所述刻蚀槽单元组60中的所述第一刻蚀槽单元61和所述第二刻蚀槽单元62之间的外延结构作为脊形区q；绝缘限制层50，所述绝缘限制层50位于所述刻蚀槽周围的部分所述脊形区q中。
50.本实施例中，采用刻蚀槽和绝缘限制层一起对电流进行限制，有效的增强了对电流横向扩展(在慢轴方向上扩展)的限制作用，使得有源区中的电流密度增加。其次，绝缘限制层还能对光场进行限制，由于绝缘限制层的折射率小于脊形区中的半导体材料的折射率，因此绝缘限制层将光场限制在折射率小的区域，这样载流子和光子相互作用程度较强，有效的提高了光电转光效率。
51.其次，光场限制在折射率小的区域，且载流子的横向扩展能被限制，这样边发射发光器件在出光方向上的光功率密度增大，输出光功率提高。
52.相同程度的电流限制和光场限制下，对于刻蚀槽深度的要求降低，对刻蚀槽的深度误差冗余可以较大，可以避免由此引起的工艺不稳定和良率波动，从而提升产品在量产中的稳定性。此外，通过引入绝缘限制层50实现对电流和光场的双重限制，对慢轴方向高阶模式起到有效的抑制作用，从而减小慢轴发散角。
53.所述边发射发光器件包括边发射激光器，包括宽条边发射激光器芯片(broad area eel)、单模边发射激光器芯片(single mode eel)、dbr激光器芯片(distributed bragg reflector laser)或dfb激光器芯片(distributed feedback laser)。
54.本实施例中，第一刻蚀槽单元中所有的刻蚀槽601周围的绝缘限制层50和第二刻蚀槽单元中所有的刻蚀槽602周围的绝缘限制层50不能连接在一起，也就是相互间隔。
55.本实施例中，所述p型半导体层20包括第一波导层201和第一限制层202，所述第一波导层201位于所述有源层30背离所述半导体衬底层10的一侧，所述第一限制层202位于所述第一波导层201背离所述有源层30的一侧；所述边发射发光器件还包括：n型半导体层40，所述n型半导体层40位于所述有源层30和所述半导体衬底层10之间；所述n型半导体层40包括第二波导层401和第二限制层402，所述第二限制层402位于所述第二波导层401背离所述有源层30的一侧。所述第二波导层401和第一波导层201的导电类型相反，第二限制层402和第一限制层202的导电类型相反。所述第二波导层401和第二限制层402的导电类型相同，第一波导层201和第一限制层202的导电类型相同。例如，在一个具体的实施例中，第一波导层201和第一限制层202的导电类型为p型，第二波导层401和第二限制层402的导电类型为n型。
56.本实施例中，如图2和图3所示，第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元均包括若干个间隔设置的刻蚀槽，第一刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽601沿着出光方向排布，第二刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽602沿着出光方向排布，第一刻蚀槽单元中的刻蚀槽601与所述第二刻蚀槽单元中的刻蚀槽602在慢轴方向上相对设置。由于出光方向上相邻的刻蚀槽之间的半导体材料和第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元之间的脊形区的半导体材料连接，使得边发射发光器件的机械强度提高。如图4所示，边发射发光器件工作时产生的热量能从出光方向上相邻的刻蚀槽之间的外延结构导出，从而提升了边发射发光器件的散热能
力，进而降低结区温度，结区温度可降低5℃～10℃。因此，不连续的刻蚀槽设计增加了边发射发光器件的机械强度和散热能力，提升了可靠性，延长了使用寿命。此外，由于不连续的刻蚀槽设计，大幅增加了对其尺寸、倾斜角度、排列方式等设计的灵活性，最终形成特异形态的电流注入区，从而可以有效的抑制高阶模式的产生，减小慢轴远场发散角，还可以提升激光亮度，同时提高后续模块的光耦合效率。图2、图3和图4中的水平方向的箭头表示出光方向。
57.具体的，第一刻蚀槽单元中的刻蚀槽601与所述第二刻蚀槽单元中的刻蚀槽602一一对应，第一刻蚀槽单元中相邻刻蚀槽601之间的区域和第二刻蚀槽单元中的刻蚀槽602之间的区域相对设置。这样第一刻蚀槽单元中相邻刻蚀槽601之间的区域形成的热量通道和第二刻蚀槽单元中相邻刻蚀槽602之间的区域形成的热量通道能使热量对流，进一步增加了边发射发光器件的散热能力。
58.本实施例中，刻蚀槽601周围的绝缘限制层50不仅分布在部分脊形区，还沿着出光方向上延伸至相邻的刻蚀槽601之间，相邻的刻蚀槽601之间的绝缘限制层50也参与对电流和光场的限制。刻蚀槽602周围的绝缘限制层50不仅分布在部分脊形区，还沿着出光方向上延伸至相邻的刻蚀槽602之间，相邻的刻蚀槽602之间的绝缘限制层50也参与对电流和光场的限制。
59.本实施例中，对于任意相邻的刻蚀槽601，一个刻蚀槽601周围的绝缘限制层50和另一个刻蚀槽601周围的绝缘限制层50连接在一起，也就是说，第一刻蚀槽单元中所有的刻蚀槽601周围的绝缘限制层50连接在一起。本实施例中，对于任意相邻的刻蚀槽602，一个刻蚀槽602周围的绝缘限制层50和另一个刻蚀槽602周围的绝缘限制层50连接在一起，也就是说，第二刻蚀槽单元中所有的刻蚀槽602周围的绝缘限制层50连接在一起。这样绝缘限制层50对电流和光场的限制作用增加。
60.在其他实施例中，对于第一刻蚀槽单元中任意相邻的刻蚀槽，一个刻蚀槽周围的绝缘限制层和另一个刻蚀槽周围的绝缘限制层可以不连接在一起；对于第二刻蚀槽单元中任意相邻的刻蚀槽，一个刻蚀槽周围的绝缘限制层和另一个刻蚀槽周围的绝缘限制层可以不连接在一起。
61.在一个实施例中，第一刻蚀槽单元中相邻刻蚀槽601在出光方向上的间距为2μm～200μm；第二刻蚀槽单元中相邻刻蚀槽602在出光方向上的间距为2μm～200μm。这样第一刻蚀槽单元中相邻刻蚀槽601之间的散热通道的尺寸和第二刻蚀槽单元中相邻刻蚀槽602之间的散热通道的尺寸不至于过小，有利于较好的散热。其次，由于相邻刻蚀槽601之间的间距和相邻刻蚀槽602之间的间距不至于过大，这样所有刻蚀槽602周围的绝缘限制层50能容易连接在一起，所有刻蚀槽601周围的绝缘限制层50能容易连接在一起。
62.在一个实施例中，第一刻蚀槽单元中每一个刻蚀槽601在出光方向上的长度为2μm～500μm，第二刻蚀槽单元中每一个刻蚀槽602在出光方向上的长度为2μm～500μm。这样使得刻蚀槽601和刻蚀槽602的长度均不至于过大，这样刻蚀损耗减少，边发射发光器件中的缺陷减少，这样载流子被缺陷捕获的几率降低，对于提高光电转换效率有帮助。
63.图3中的刻蚀槽601周围的绝缘限制层50和刻蚀槽602周围的绝缘限制层50之间的间距沿着出光方向一致。
64.本实施例中，参考图1，所述刻蚀槽延伸至所述第一限制层202中，所述绝缘限制层
50位于所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层202中。具体的，所述刻蚀槽位于部分所述第一限制层202中，或者，所述刻蚀槽贯穿所述第一限制层202且刻蚀槽的底面位于所述第一限制层202与所述第一波导层201的界面处。
65.在另一个实施例中，刻蚀槽自所述第一限制层延伸至第一波导层中，绝缘限制层位于刻蚀槽周围的部分第一限制层和/或部分第一波导层中。具体的，刻蚀槽贯穿第一限制层和部分第一波导层，或者，刻蚀槽贯穿第一限制层和第一波导层且刻蚀槽的底面位于第一波导层与有源层的界面处。
66.当所述刻蚀槽延伸至所述第一限制层202中，或者刻蚀槽自所述第一限制层延伸至第一波导层中时，由于刻蚀槽没有延伸至有源层中，这样避免对有源层有刻蚀损耗。
67.在另一个实施例中，刻蚀槽自第一限制层延伸至所述有源层中，绝缘限制层位于刻蚀槽周围的部分第一限制层、部分第一波导层和部分有源层中的一个或者任意几个的组合；具体的，刻蚀槽贯穿第一限制层、第一波导层和部分有源层，或者，刻蚀槽贯穿第一限制层、第一波导层和有源层，且刻蚀槽的底面位于有源层与第二波导层401的界面处。
68.在另一个实施例中，参考图5，刻蚀槽自所述第一限制层202延伸至所述第二波导层401中，具体的，第一刻蚀槽单元中刻蚀槽601a自所述第一限制层202延伸至所述第二波导层401中，第二刻蚀槽单元中刻蚀槽602a自所述第一限制层202延伸至所述第二波导层401中，绝缘限制层50a位于刻蚀槽周围的部分所述第一限制层202、部分所述第一波导层201、部分所述有源层30和部分所述第二波导层401中的一个或者任意几个的组合；具体的，所述刻蚀槽贯穿所述第一限制层202、所述第一波导层201、所述有源层30和部分第二波导层401，或者，所述刻蚀槽贯穿第一限制层202、第一波导层201、有源层30和第二波导层401，且刻蚀槽的底面位于第二波导层401与第二限制层402的界面处。
69.在另一个实施例中，刻蚀槽自第一限制层延伸至第二限制层中，绝缘限制层位于刻蚀槽周围的部分第一限制层、部分第一波导层、部分有源层、部分第二波导层和部分第二限制层中的一个或者任意几个的组合；具体的，刻蚀槽贯穿第一限制层、第一波导层、有源层、第二波导层和部分第二限制层，或者，刻蚀槽贯穿第一限制层、第一波导层、有源层、第二波导层和整个厚度的第二限制层。
70.图1所示为所述刻蚀槽延伸至部分所述第一限制层202中，所述绝缘限制层50位于所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层202中。图5所示为刻蚀槽自所述第一限制层202延伸至部分所述第二波导层401中，所述绝缘限制层50位于刻蚀槽周围的部分所述第一限制层202和部分所述第二波导层401中。
71.本实施例中，边发射发光器件还包括：钝化层(图1至图5中未图示)，位于刻蚀槽的内壁表面以及刻蚀槽周围的脊形区的部分顶部表面，钝化层需要暴露出部分脊形区的顶部表面，本实施例中以钝化层暴露出脊形区的第一限制层的部分顶部表面为示例；正面电极(图1至图5中未图示)，所述正面电极位于刻蚀槽中以及刻蚀槽周围的脊形区上，正面电极覆盖钝化层；背面电极(图1至图5中未图示)，所述背面电极位于所述半导体衬底层10背离所述有源层30的一侧。所述钝化层用于钝化刻蚀槽因为刻蚀工艺带来的表面缺陷，进行物理保护和电绝缘。
72.刻蚀槽单元组的数量为一个或者若干个，若干个刻蚀槽单元组间隔设置。图1至图5均以刻蚀槽单元组的数量为一个作为示例。
73.在另一个实施例中，如图6示出的刻蚀槽单元组的数量为若干个，以两个刻蚀槽单元组作为示例，钝化层90位于刻蚀槽的内壁表面以及刻蚀槽周围的脊形区的部分顶部表面，正面电极801位于刻蚀槽中以及刻蚀槽周围的脊形区上正面电极801覆盖钝化层90；背面电极802位于所述半导体衬底层10背离所述有源层30的一侧。需要说明的是，当刻蚀槽单元组的数量为若干个时，正面电极801在相邻的刻蚀槽单元组之间的断开，一个刻蚀槽单元组对应的脊形区上的正面电极801与相邻的刻蚀槽单元组对应的脊形区上的正面电极801间隔设置。绝缘限制层50b如图6所示。
74.在一个实施例中，如图7所示，刻蚀槽单元组包括第一刻蚀槽单元和第二刻蚀槽单元，所述第一刻蚀槽单元仅包括一个刻蚀槽601c，所述第二刻蚀槽单元仅包括一个刻蚀槽602c。图7中箭头所示为边发射发光器件的出光方向。绝缘限制层50c如图7所示。图7中的刻蚀槽601c周围的绝缘限制层50c和刻蚀槽602c周围的绝缘限制层50c之间的间距沿着出光方向一致。
75.每个刻蚀槽在所述半导体衬底层10上的正投影图形包括“一”字形或者“十”字形。刻蚀槽在所述半导体衬底层10上的正投影图形还可以为其他图形。
76.参考图2、图3、图7、图9和图10，每个刻蚀槽在所述半导体衬底层10上的正投影图形为“一”字形。
77.参考图8，每个刻蚀槽在所述半导体衬底层10上的正投影图形为“十”字形，第一刻蚀槽单元中的刻蚀槽601d在所述半导体衬底层10上的正投影图形为“十”字形，第二刻蚀槽单元中的刻蚀槽602d在所述半导体衬底层10上的正投影图形为“十”字形。绝缘限制层50d如图8所示。图8中箭头所示为边发射发光器件的出光方向。如图8中第一刻蚀槽单元的刻蚀槽601d周围的绝缘限制层50d和所述第二刻蚀槽单元的刻蚀槽602d周围的绝缘限制层50d之间的区域在半导体衬底层10上的投影图形呈锯齿状。通过对锯齿状图案的凸起和凹陷的尺寸的调节，可以改变电流在横向的注入密度，从而改变边发射激光器的增益引导(gain guiding)。经过理论计算，高阶模式在电流注入区边界处有较大增益，而通过锯齿状的电流注入，可有效降低高阶模式光的增益，增加高阶模式光的其损耗，从而达到对高阶模式的抑制作用，进而减小慢轴远场发散角。
78.当刻蚀槽在所述半导体衬底层10上的正投影图形为“十”字形时，能额外增加电流注入区的有效面积，从而提高边发射发光器件的输出功率。
79.每个所述刻蚀槽在所述半导体衬底层10上的正投影图形相同。在其他实施例中，至少部分数量的刻蚀槽在所述半导体衬底层10上的正投影图形不同，当第一刻蚀槽单元中刻蚀槽为若干个时，第一刻蚀槽单元中至少部分数量的刻蚀槽在所述半导体衬底层10上的正投影图形不同，当第二刻蚀槽单元中刻蚀槽为若干个时，第二刻蚀槽单元中至少部分数量的刻蚀槽在所述半导体衬底层10上的正投影图形不同。
80.在一个具体的实施例中，如图2和图3所示，第一刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽601在所述半导体衬底层10上的正投影图形呈直线排布；所述第二刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽602在所述半导体衬底层10上的正投影图形呈直线排布。
81.如图8所示，第一刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽601d在所述半导体衬底层10上的正投影图形呈直线排布；第二刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽602d在所述半导体衬底层10上的正投影图形呈直线排布。
82.如图9所示，当所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元均包括若干个间隔设置的刻蚀槽时，对于同一个所述刻蚀槽单元组中所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元的在慢轴方向上相对设置的刻蚀槽601e和刻蚀槽602e，每对相对设置的刻蚀槽601e和刻蚀槽602e之间的距离沿着边发射发光器件的出光方向逐渐增大。图9中箭头所示为边发射发光器件的出光方向。绝缘限制层50e如图9所示。相对设置的刻蚀槽601e和刻蚀槽602e之间的距离沿着边发射发光器件的出光方向逐渐增大，这样使得每对相对设置的刻蚀槽601e和刻蚀槽602e周围的绝缘限制层50e之间的最小距离沿着出光方向逐渐变大，使得谐振腔中的光子密度沿出光方向分布更均匀，从而减少空间烧孔效应和双光子吸收效应，提高出光效率。
83.需要说明的是，当第一刻蚀槽单元中仅包括一个刻蚀槽，第二刻蚀槽单元中仅包括一个刻蚀槽时，也能设置对于同一个所述刻蚀槽单元组，第一刻蚀槽单元中的刻蚀槽和第二刻蚀槽单元的刻蚀槽之间的距离沿着边发射发光器件的出光方向逐渐增大。当第一刻蚀槽单元中的刻蚀槽在所述半导体衬底层上的正投影图形为“十”字形或者其他图形，第二刻蚀槽单元中的刻蚀槽在所述半导体衬底层上的正投影图形为“十”字形或者其他图形时，也能设置对于同一个所述刻蚀槽单元组中第一刻蚀槽单元和第二刻蚀槽单元的在慢轴方向上相对设置的刻蚀槽和刻蚀槽，每对相对设置的刻蚀槽之间的距离沿着边发射发光器件的出光方向逐渐增大。
84.如图10所示，第一刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽601f交错排列，具体为在慢轴方向上左右交错，所述第二刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽602f交错排列，具体为在慢轴方向上左右交错。如图10中第一刻蚀槽单元的刻蚀槽601f周围的绝缘限制层50f和所述第二刻蚀槽单元的刻蚀槽602f周围的绝缘限制层50f之间的区域在半导体衬底层上的投影图形呈锯齿状。图10中箭头所示为边发射发光器件的出光方向。
85.在一个实施例中，绝缘限制层在垂直于所述半导体衬底层10的方向上间隔排布若干层。具体的，在垂直于所述半导体衬底层10的方向上排布的若干层所述绝缘限制层沿着慢轴方向上的宽度相同或者至少部分不同。在一个具体的实施例中，在垂直于所述半导体衬底层10的方向上排布的若干层所述绝缘限制层50的宽度自上至下递增。在一个具体的实施例中，对于在垂直于所述半导体衬底层的方向上排布的若干层所述绝缘限制层，绝缘限制层至有源层的距离越近，所述绝缘限制层沿着慢轴方向上的宽度越大，这样绝缘限制层对靠近有源层附近的区域的电流和光场的限制作用增强，使得有源层中的载流子和光子的密度均进一步增加，提高了光子和载流子在有源层中的相互作用，进一步提高了光电转换效率。
86.在其他实施例中，在垂直于所述半导体衬底层10的方向上排布的若干层所述绝缘限制层的宽度根据需要自由定义。
87.进一步的，在垂直于所述半导体衬底层10的方向上排布的若干层所述绝缘限制层50的厚度相同或者至少部分不同。
88.进一步的，所述绝缘限制层中含有铝，在垂直于所述半导体衬底层10的方向上排布的若干层所述绝缘限制层中的铝含量相同或者至少部分不同。例如在外延结构中引入高铝组分的铝镓砷材料(al
x
ga
1-x
as，x＝0.85～1)，在形成脊形区q后，通过氧化工艺可形成绝缘限制层，绝缘限制层的材料为含铝氧化层。具体的，氧化工艺为湿法氧化。由于绝缘限制
层不导电，同时具有较小的折射率，可以起到对电流和光场的双重限制，可大幅提到激光器芯片电光转换效率，从而提升光功率。
89.通过对外延结构的材料的铝组分、绝缘限制层的厚度、绝缘限制层的在外延层中的位置、以及绝缘限制层横向长度的控制，可以做到对电流限制和光场限制的灵活调控。其设计指标主要包括氧化区域和导电区域折射率差δ
neff
，横向扩展电流压缩距离，近场光斑宽度，远场发散角，氧化前后材料应力差别等。
90.在另一个实施例中，结合如图11和图12所示，边发射发光器件还包括：端面电流限制槽701，所述端面电流限制槽701位于刻蚀槽单元组的所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元之间且靠近边发射发光器件的前腔面，所述端面电流限制槽701的底面延伸至所述p型半导体层20中；位于所述端面电流限制槽701周围的脊形区中的端面电流限制层702，所述前腔面暴露出所述端面电流限制层702。如图11和图12所示，通过在前腔面附近引入端面电流限制层702，阻挡了前腔面附近的电流，有效减弱端面的电流热效应，从而减少灾变性光学镜面损伤的发生，提高边发射发光器件的可靠性。
91.由端面电流限制层702在出光方向上的长度可根据需要灵活调整，端面电流限制层702对电流的阻挡更加有效，所以端面电流限制槽701所占尺寸可大幅缩小，从而避免过多牺牲有效腔长。在一个实施例中，端面电流限制槽701的出光方向上的长度为2μm～80μm。
92.所述端面电流限制槽701的底面延伸至所述p型半导体层20中，具体的，所述端面电流限制槽701的底面延伸至第一限制层中或者第一波导层中。所述端面电流限制槽701的底面不会延伸至有源层中。
93.如图11和图12所示，边发射发光器件还包括：端面钝化层91，端面钝化层91位于端面电流限制槽701的内壁表面，端面钝化层91用于钝化端面电流限制槽701在刻蚀工艺过程中引入的缺陷。所述端面钝化层91还覆盖在端面电流限制槽701周围的部分脊形区的顶部表面。
94.具体的，在一个实施例中，所述端面电流限制槽701靠近所述前腔面的一侧边缘与所述前腔面之间的距离为5μm～100μm。当所述端面电流限制槽701靠近所述前腔面的一侧边缘与所述前腔面之间的距离大于100μm时，端面电流限制层702在出光方向上的尺寸较大，导致谐振腔有效长度缩短，增加额外电压导致效率降低；当所述端面电流限制槽701靠近所述前腔面的一侧边缘与所述前腔面之间的距离小于5μm时，端面电流限制层702在出光方向上的尺寸较小，减弱端面的电流热效应的程度较低。
95.在一个实施例中，绝缘限制层50g和端面电流限制层702连接在一起。
96.如图11和图12所示第一刻蚀槽单元中的刻蚀槽601g为一个，形状为条状结构，第二刻蚀槽单元中的刻蚀槽602g为一个，形状为条状结构。需要说明的是在图1至图10的实施例的情况下，均可以设置端面电流限制槽和端面电流限制层。
97.参考图13为在图11基础上示意出正面电极801b的示意图。正面电极801b位于刻蚀槽和端面电流限制槽、以及刻蚀槽周围的脊形区上和端面电流限制槽周围的脊形区上，正面电极覆盖钝化层和端面钝化层91；背面电极(未图示)位于半导体衬底层10背离所述有源层30的一侧。
98.本发明另一实施例提供一种边发射发光器件的形成方法，参考图1至图3，包括：提供半导体衬底层10；在所述半导体衬底层10上形成外延结构，形成所述外延结构的步骤包
括：形成有源层30；在所述有源层30背向所述半导体衬底层10的一侧形成p型半导体层20；至少在所述p型半导体层20中形成刻蚀槽单元组60，形成所述刻蚀槽单元组60的步骤包括：形成沿着慢轴方向排布的第一刻蚀槽单元61和第二刻蚀槽单元62，所述第一刻蚀槽单元61和所述第二刻蚀槽单元62均至少包括一个刻蚀槽，所述刻蚀槽单元组60中的所述第一刻蚀槽单元61和所述第二刻蚀槽单元62之间的外延结构作为脊形区q；在所述刻蚀槽周围的部分所述脊形区q中形成绝缘限制层50。
99.本实施例中，形成所述p型半导体层20的步骤包括：形成第一波导层201；在所述第一波导层201背离所述有源层30的一侧形成所述第一限制层202；所述边发射发光器件的形成方法还包括：在形成所述有源层30之前，在所述半导体衬底层10上形成n型半导体层40；形成所述n型半导体层40的步骤包括：在所述半导体衬底层10上形成第二限制层402；在所述第二限制层402背离所述半导体衬底层10的一侧形成第二波导层401。
100.形成绝缘限制层的工艺为氧化工艺，例如湿法氧化工艺。湿法氧化工艺的原理为：在水蒸气中的氢原子的催化作用下，水中的氧原子o与刻蚀槽的内壁暴露出的半导体材料(如al
x
ga
1-x
as)中的铝原子al在高温下反应生成固态的氧化铝al2o3，副反应物为液态的氧化砷as2o3和氢气h2，其中氧化砷as2o3还会继续与氢h反应生成as和h2o，所以h原子可被看成催化剂。其化学反应式为
101.2alas 6h2o＝al2o3 as2o3 6h2102.as2o3 3h2＝2as 3h2o或as2o3 6h＝2as 3h2o
103.其中alas来自于al
x
ga
1-x
as，al组分x大小与氧化速率有关，al组分越高，氧化反应速度越快。
104.参考图1，至少在所述p型半导体层20中形成刻蚀槽单元组60的过程中，所述刻蚀槽延伸至所述第一限制层202中；在所述刻蚀槽周围的部分所述脊形区q中形成绝缘限制层50的步骤为：在所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层202中形成绝缘限制层50。
105.在另一个实施例中，至少在所述p型半导体层20中形成刻蚀槽单元组的过程中，所述刻蚀槽自所述第一限制层202延伸至所述第一波导层201中；在所述刻蚀槽周围的部分所述脊形区中形成绝缘限制层的步骤为：在所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层202和/或部分所述第一波导层201中形成绝缘限制层。
106.在另一个实施例中，至少在所述p型半导体层20中形成刻蚀槽单元组的过程中，所述刻蚀槽自第一限制层202延伸至所述有源层30中；在所述刻蚀槽周围的部分所述脊形区中形成绝缘限制层的步骤为：在所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层202、部分所述第一波导层201和部分所述有源层30中的一个或者任意几个中形成绝缘限制层。
107.在另一个实施例中，参考图5，至少在所述p型半导体层20中形成刻蚀槽单元组的过程中，所述刻蚀槽自所述第一限制层202延伸至所述第二波导层401中；在所述刻蚀槽周围的部分所述脊形区中形成绝缘限制层50a的步骤为：在所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层202、部分所述第一波导层201、部分所述有源层30和部分所述第二波导层401中的一个或者任意几个中形成绝缘限制层50a。
108.在另一个实施例中，至少在所述p型半导体层20中形成刻蚀槽单元组的过程中，所述刻蚀槽自所述第一限制层202延伸至所述第二限制层402中；在所述刻蚀槽周围的部分脊形区中形成绝缘限制层的步骤为：在所述刻蚀槽周围的部分所述第一限制层202、部分所述
第一波导层201、部分所述有源层30、部分所述第二波导层401和部分所述第二限制层402中的一个或者任意几个中形成绝缘限制层。
109.在一个实施例中，参考图7，在形成所述第一刻蚀槽单元的步骤中仅形成一个刻蚀槽601c；在形成所述第二刻蚀槽单元的步骤中仅形成一个刻蚀槽602c。在另一个实施例中，如图2、图3、图8、图9、图10，在形成第一刻蚀槽单元的步骤中和形成第二刻蚀槽单元的步骤中均形成若干个沿着出光方向排布间隔设置的刻蚀槽；所述第一刻蚀槽单元中的刻蚀槽与所述第二刻蚀槽单元中的刻蚀槽在慢轴方向上相对设置。
110.本实施例中，所述刻蚀槽在所述半导体衬底层的投影图形包括“一”字形或者“十”字形。
111.在一个具体的实施例中，如图2和图3所示，第一刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽601在所述半导体衬底层10上的正投影图形呈直线排布；所述第二刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽602在所述半导体衬底层10上的正投影图形呈直线排布。如图8所示，第一刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽601d在所述半导体衬底层10上的正投影图形呈直线排布；第二刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽602d在所述半导体衬底层10上的正投影图形呈直线排布。如图9所示，对于同一个所述刻蚀槽单元组中所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元的在慢轴方向上相对设置的刻蚀槽601e和刻蚀槽602e，每对相对设置的刻蚀槽601e和刻蚀槽602e之间的距离沿着边发射发光器件的出光方向逐渐增大。如图10所示，第一刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽601f交错排列，所述第二刻蚀槽单元中的若干个刻蚀槽602f交错排列。
112.在一个实施例中，绝缘限制层在垂直于所述半导体衬底层10的方向上间隔排布若干层。具体的，在垂直于所述半导体衬底层10的方向上排布的若干层所述绝缘限制层沿着慢轴方向上的宽度相同或者至少部分不同。
113.在一个实施例中，在垂直于所述半导体衬底层10的方向上排布的若干层所述绝缘限制层50的厚度相同或者至少部分不同。在一个实施例中，
114.所述绝缘限制层中含有铝，在垂直于所述半导体衬底层10的方向上排布的若干层所述绝缘限制层中的铝含量相同或者至少部分不同。
115.在一个实施例中，还包括：形成钝化层，钝化层位于刻蚀槽的内壁表面以及刻蚀槽周围的脊形区的部分顶部表面，钝化层需要暴露出部分脊形区的顶部表面；形成正面电极，所述正面电极位于刻蚀槽中以及刻蚀槽周围的脊形区上，正面电极覆盖钝化层；形成背面电极，所述背面电极位于所述半导体衬底层10背离所述有源层30的一侧。
116.在一个实施例中，如图11和图12所示，还包括：在所述刻蚀槽单元组的所述第一刻蚀槽单元和所述第二刻蚀槽单元之间形成端面电流限制槽701，所述端面电流限制槽701靠近边发射发光器件的前腔面，所述端面电流限制槽701的底面延伸至所述p型半导体层20中；在所述端面电流限制槽701周围的所述脊形区中形成端面电流限制层702，所述前腔面暴露出所述端面电流限制层702。具体的，在一个实施例中，所述端面电流限制槽701靠近所述前腔面的一侧边缘与所述前腔面之间的距离5μm～100μm。
117.边发射发光器件还包括：端面钝化层91，端面钝化层91位于端面电流限制槽701的内壁表面。正面电极801b位于刻蚀槽和端面电流限制槽、以及刻蚀槽周围的脊形区上和端面电流限制槽周围的脊形区上，正面电极覆盖钝化层和端面钝化层91；背面电极(未图示)位于半导体衬底层10背离所述有源层30的一侧。
118.在一个实施例中，在形成刻蚀槽的过程中形成端面电流限制槽701，简化了工艺。在形成绝缘限制层的过程中形成端面电流限制层702，简化了工艺。在形成刻蚀槽内部的钝化层的过程中形成端面钝化层91，简化了工艺。
119.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。