垂直腔面发射激光器及其制备方法与流程

1.本技术涉及垂直腔面发射激光器技术领域，具体涉及一种垂直腔面发射激光器及其制备方法。


背景技术：

2.现有垂直腔面发射激光器制备时，在p型反射层内形成氧化层时，通过在器件上刻蚀pi(高分子材料)平台槽至p型反射层，由pi平台槽在p型反射层形成氧化层，形成后将pi平台槽填补完整，以得到结构完整的垂直腔面发射激光器器件。这样的制备工艺繁琐，且刻蚀pi平台槽后又进行填补，会增加寄生电容效应，进而影响垂直腔面发射激光器器件的特性。


技术实现要素：

3.本技术实施例的目的在于提供一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，利用n极金属电极的沟槽直接形成氧化层，减少工艺流程，减少寄生电容效应，改善器件特性。
4.本技术实施例的一方面，提供了一种垂直腔面发射激光器的制备方法，包括提供外延结构，所述外延结构包括依次层叠的衬底、n型接触层、n型反射层、量子阱层和p型反射层；在所述p型反射层上形成p极金属电极，并在所述p极金属电极上形成第一抗反射膜层以覆盖所述p型反射层；由所述第一抗反射膜层刻蚀沟槽至所述n型接触层；通过所述沟槽的侧壁向所述p型反射层内延伸形成氧化结构，并在所述第一抗反射膜层上形成第二抗反射膜层以覆盖所述沟槽；由所述沟槽刻蚀所述第二抗反射膜层露出所述n型接触层，在露出的所述n型接触层上形成n极金属电极；刻蚀所述第一抗反射膜层和所述第二抗反射膜层以露出所述p极金属电极；通过所述p极金属电极接出p电极，通过所述n极金属电极接出n电极。
5.可选地，所述在所述p型反射层上形成p极金属电极，并在所述p极金属电极上形成第一抗反射膜层以覆盖所述p型反射层包括：在所述p型反射层上蒸镀形成所述p极金属电极。
6.可选地，所述由所述第一抗反射膜层刻蚀沟槽至所述n型接触层包括：刻蚀所述沟槽，所述沟槽形成倒梯形沟槽。
7.可选地，所述所述由所述第一抗反射膜层刻蚀沟槽至所述n型接触层包括：刻蚀所述沟槽，使所述沟槽的槽壁和水平面之间具有夹角，且所述夹角在60
°
～80
°
之间。可选地，所述通过所述沟槽的侧壁向所述p型反射层内延伸形成氧化结构，并在所述第一抗反射膜层上形成第二抗反射膜层以覆盖所述沟槽包括：通过湿氧化工艺形成所述氧化结构。
8.本技术实施例的另一方面，提供了一种垂直腔面发射激光器，采用上述的垂直腔面发射激光器的制备方法制备，包括依次层叠设置的外延结构、p极金属电极、第一抗反射膜层和第二抗反射膜层，所述p极金属电极位于所述外延结构的p型反射层上；还包括由所述第二抗反射膜层延伸至所述外延结构的n型接触层的沟槽，所述沟槽底部的所述n型接触层上设置n极金属电极，所述外延结构的p型反射层内还设置氧化结构，所述氧化结构由所
述沟槽的侧壁向所述p型反射层内延伸。
9.可选地，所述外延结构包括依次层叠设置的衬底、所述n型接触层、n型反射层、量子阱层和所述p型反射层，所述p极金属电极设置在所述p型反射层上。
10.可选地，所述沟槽为倒梯形沟槽，所述沟槽的槽壁和水平面之间具有夹角，且所述夹角在60
°
～80
°
之间。
11.可选地，所述沟槽的数量为多个，多个所述沟槽均布在所述外延结构上，多个所述沟槽形成的所述氧化结构之间形成间隙孔径。
12.可选地，所述第一抗反射膜层和第二抗反射膜层均包括氮氧硅或氮化硅。
13.本技术实施例提供的垂直腔面发射激光器及其制备方法，相较于现有技术，本技术直接通过沟槽形成氧化结构，同时利用沟槽形成n极金属电极，不需使用pi填补平台刻蚀沟槽，减少工艺流程；并且，不使用pi填补平台刻蚀沟槽后，可减少寄生电容效应，改善器件特性；另一方面，由于采用沟槽即可形成氧化结构，省去了pi填补平台刻蚀沟槽的结构，缩小了器件的尺寸，增加产能。此外，相较于现有技术中采用三层抗反射膜层，本技术采用两层抗反射膜层即可实现所需功能，减少一次抗反射膜层的镀膜工艺。
附图说明
14.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
15.图1是本实施例提供的垂直腔面发射激光器的制备方法步骤图之一；
16.图2是本实施例提供的垂直腔面发射激光器的制备方法步骤图之二；
17.图3是本实施例提供的垂直腔面发射激光器的制备方法步骤图之三；
18.图4是本实施例提供的垂直腔面发射激光器的制备方法步骤图之四；
19.图5是本实施例提供的垂直腔面发射激光器的制备方法步骤图之五；
20.图6是本实施例提供的垂直腔面发射激光器的制备方法步骤图之六；
21.图7是本实施例提供的垂直腔面发射激光器的制备方法结构示意图之一；
22.图8是本实施例提供的垂直腔面发射激光器的制备方法结构示意图之二。
23.图标：101-衬底；102-n型接触层；103-n型反射层；104-量子阱层；105-p型反射层；105a-氧化结构；105b-间隙孔径；106-p极金属电极；106a-p电极；107-第一抗反射膜层；107a-沟槽；108-第二抗反射膜层；109-n极金属电极；109a-n电极；a-夹角。
具体实施方式
24.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
25.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。此外，术语“第一”、“第
二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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技术中的具体含义。
27.现有垂直腔面发射激光器制备时，在p型反射层105内形成氧化层时，通过在器件上刻蚀两个pi(高分子材料)平台槽至p型反射层105，分别由两个pi平台槽在p型反射层105形成氧化层，形成后将两个pi平台槽填补完整，以此制备垂直腔面发射激光器器件。采用上述方式制备器件时，制备工艺繁琐，需要刻蚀pi平台槽后又进行填补，会增加寄生电容效应，影响垂直腔面发射激光器器件的特性。并且，在电极上需要形成三层抗反射层镀膜以实现所需功能，增加了工艺流程，使产品尺寸、产能和成本均受到限制。
28.有鉴于此，本技术实施例提供一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，利用设置n极金属电极109的沟槽107a直接形成氧化层，减少刻蚀pi平台槽的工艺流程，无需重新填补pi平台槽，进而可以有效减少寄生电容效应，改善垂直腔面发射激光器器件特性。
29.具体地，本技术实施例提供一种垂直腔面发射激光器的制备方法，该方法包括：
30.请参照图1所示，s100:提供外延结构，外延结构包括依次层叠的衬底101、n型接触层102、n型反射层103、量子阱层104和p型反射层105。
31.外延结构的衬底101上依次形成n型接触层102、n型反射层103、量子阱层104和p型反射层105。其中，衬底101可为砷化镓衬底101。
32.如图2所示，s110:在p型反射层105上形成p极金属电极106，并在p极金属电极106上形成第一抗反射膜层107以覆盖p型反射层105。
33.p极金属电极106部分覆盖p型反射层105，第一抗反射膜层107全覆盖p型反射层105和p极金属电极106。
34.此外，采用蒸镀的方式在p型反射层105上形成p极金属电极106。相较现有繁琐的电镀金工艺来说，蒸镀的方式操作简单、易于实现，可直接采用e-gun机胎蒸镀金属电极。
35.进一步地，第一抗反射膜层采用氮氧硅(sio
x
ny)或氮化硅(sin)材料制备。
36.如图3所示，s120:由第一抗反射膜层107刻蚀沟槽107a至n型接触层102。
37.从第一抗反射膜层107向下刻蚀沟槽107a，沟槽107a底部至n型接触层102。沟槽107a为倒梯形沟槽107a，倒梯形沟槽107a可直接一次刻蚀完成，相较于台阶型沟槽107a，可减少一次台阶平台的刻蚀工艺，提高制备效率。现有技术的沟槽107a为台阶式沟槽107a，现有沟槽107a内具有一个台阶面和一个底面，这样在刻蚀时，要分两次刻蚀方可形成台阶式沟槽107a。本技术采用倒梯形沟槽107a时，只需一次刻蚀到沟槽107a底部即可，减少了刻蚀流程。
38.此外，沟槽107a的槽壁和水平面之间具有夹角a，且夹角a在60
°
～80
°
之间，这样的设置有利于后续金属爬坡。进一步地，夹角a在75
°
～80
°
之间最佳。
39.如图4所示，s130:通过沟槽107a的侧壁向p型反射层105内延伸形成氧化结构105a，并在第一抗反射膜层107上形成第二抗反射膜层108以覆盖沟槽107a。
40.通过形成氧化结构105a，能够减小电流密度，提高发光效果。氧化结构105a通过湿氧化工艺形成，具体通过沟槽107a侧壁向p型反射层105内扩散形成氧化结构105a。采用湿
氧化的方法形成的氧化结构105a生长速度快。
41.第二抗反射膜层108与第一抗反射膜层107的制备材料相同，均为氮氧硅(sio
x
ny)或氮化硅(sin)材料。
42.如图5所示，s140:由沟槽107a刻蚀第二抗反射膜层108露出n型接触层102，在露出的n型接触层102上形成n极金属电极109。
43.在沟槽107a底部位置刻蚀第二抗反射膜层108，露出沟槽107a底部区域的n型接触层102，然后在露出的n型接触层102上形成n极金属电极109，以便于接出n极。
44.如图6所示，s150:刻蚀第一抗反射膜层107和第二抗反射膜层108以露出p极金属电极106。
45.刻蚀p极金属电极106位置处的第一抗反射膜层107和第二抗反射膜层108，直至露出p极金属电极106，以便于接出p极。
46.如图7所示，s160:采用金属蒸镀的方式从p极金属电极106接出p电极106a，从n极金属电极109接出n电极109a，示例地，其p极、n极分布如图8所示，p电极106a周向设置，可以有效增大p电极106a的面积，减小接触电阻，减小电流密度，提高能量转化效率；n电极109a对应设置，此处不再赘述。
47.综上所述，本技术实施例提供的垂直腔面发射激光器的制备方法，相较于现有技术，本技术直接通过沟槽107a形成氧化结构105a，同时利用沟槽107a形成n极金属电极109，不需使用pi填补平台刻蚀沟槽107a，减少工艺流程；并且，不使用pi填补平台刻蚀沟槽107a后，可减少寄生电容效应，改善器件特性；另一方面，由于采用沟槽107a即可形成氧化结构105a，省去了pi填补平台刻蚀沟槽107a的结构，缩小了器件的尺寸，增加产能。此外，相较于现有技术中采用三层抗反射膜层，本技术采用两层抗反射膜层即可实现所需功能，减少一次抗反射膜层的镀膜工艺。
48.此外，本技术实施例提供的垂直腔面发射激光器的制备方法，设置有两层抗反射膜层，分别为第一抗反射膜层107和第二抗反射膜层108，采用两层抗反射膜层即可实现所需功能；现有技术需采用三层抗反射膜层，相比而言，本技术减少了一层抗反射膜层的镀制，减少工艺流程。
49.另一方面，如图7和图8所示，本技术实施例还公开了一种垂直腔面发射激光器，采用上述的垂直腔面发射激光器的制备方法制备而成，具体包括依次层叠设置的外延结构、p极金属电极106、第一抗反射膜层107和第二抗反射膜层108，p极金属电极106位于外延结构的p型反射层105上；还包括由第二抗反射膜层108延伸至外延结构的n型接触层102的沟槽107a，沟槽107a底部的n型接触层102上设置n极金属电极109，外延结构的p型反射层105内还设置氧化结构105a，氧化结构105a由沟槽107a的侧壁向p型反射层105内延伸。
50.垂直腔面发射激光器的外延结构包括衬底101、n型接触层102、n型反射层103、量子阱层104和p型反射层105，p极金属电极106设置在p型反射层105上。衬底101为砷化镓衬底101，第一抗反射膜层107和第二抗反射膜层108均可采用氮氧硅或氮化硅制备，采用氮氧硅或氮化硅制备而成的抗反射膜层，其效果较好，能够减少光的反射率，进而减小光损。
51.进一步地，沟槽107a沟槽107a为倒梯形沟槽107a，沟槽107a的槽壁和水平面之间具有夹角a，且夹角a在60
°
～80
°
之间，利于后续金属爬电。当夹角a在75
°
～80
°
之间时，爬电效果更佳。
52.在本技术的一个实施例中，形成的垂直腔面发射激光器的外观如图8所示为矩形，本技术沟槽107a的数量为多个，多个沟槽107a均布在外延结构上，每个沟槽107a内均形成一个n极金属电极109，多个n极金属电极109和p极金属电极106的分布形式如图8所示。
53.示例地，本技术以三个沟槽107a为例，三个沟槽107a形成的氧化结构105a之间形成间隙孔径105b，每个沟槽107a均可通过湿氧化工艺形成各自的氧化结构105a，这样一来，三个沟槽107a则对应形成三个位于同一层级的氧化结构105a，三个氧化结构105a之间互不连续以形成间隙孔径105b，p极金属电极106通过间隙孔径105b进行电流注入，间隙孔径105b还用于激光出光。图7中箭头标注o方向为激光出光方向，箭头标注i方向为电流注入方向。
54.当然，上述垂直腔面发射激光器的外观，以及沟槽107a的数量、n极金属电极109和p极金属电极106的分布形式仅仅是本技术的一个示例，还可以有其他的设置形式，并不以上述为限。
55.该垂直腔面发射激光器包含与前述实施例中的垂直腔面发射激光器的制备方法相同的结构和有益效果。垂直腔面发射激光器的制备方法的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。
56.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。