[发明专利]一种单腔体结构VCSEL芯片及其制作方法和激光装置

说明书

本发明公开了一种单腔体结构VCSEL芯片及其制作方法和激光装置，包括：衬底；形成于衬底一表面的LED发光外延层，LED发光外延层上形成有一贯窗口区；形成于LED发光外延层的表面的水平光栅，及形成于LED发光外延层位于窗口区处的侧壁上的垂直光栅；形成于窗口区内的DBR层；以及，形成于衬底背离LED发光外延层一侧的背面电极，及形成于LED发光外延层背离衬底一侧的正面电极。水平光栅将LED发光外延层的表面出光集中引导至垂直光栅处后，再与垂直光栅处的出光共同引导至DBR层形成的光学谐振腔后出射，由于LED发光外延层的内量子效率较高，因此能够使得单腔体结构VCSEL芯片的单束激光功率较高。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，更为具体的说，涉及一种单腔体结构VCSEL芯片及其制作方法和激光装置。

背景技术

VCSEL(垂直腔面发射激光器，Vertical Cavity Surface Emitting Laser)是一种出光方向垂直于衬底的新型半导体激光器。VCSEL的基本结构由三部分组成：具有高反射率的上DBR(distributed Bragg reflector，分布式布拉格反射镜)，核心部分的有源区，以及具有更高反射率的下DBR，这三部分组成的谐振腔决定着激光的发射。VCSEL具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等有点，广泛应用于光通信、光互联、光存储等领域。现有的VCSEL芯片工艺制作难度大，如果需要制备大功率器件必须要制作VCSEL阵列芯片，但是这样阵列密集时会导致激光干涉等问题，因此，具有单束激光功率较高的VCSEL芯片是当前技术人员主要研究方向之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种单腔体结构VCSEL芯片及其制作方法和激光装置，在LED(Light Emitting Diode，发光二极管)发光外延层发光时，水平光栅将LED发光外延层的表面出光集中引导至垂直光栅处后，再与垂直光栅处的出光共同引导至DBR层形成的光学谐振腔后出射，由于LED发光外延层的内量子效率较高，因此能够使得单腔体结构VCSEL芯片的单束激光功率较高。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种单腔体结构VCSEL芯片，包括：

衬底；

形成于所述衬底一表面的LED发光外延层，所述LED发光外延层上形成有一在垂直所述衬底的表面方向上贯通所述LED发光外延层的窗口区；

形成于所述LED发光外延层的表面的水平光栅，及形成于所述LED发光外延层位于所述窗口区处的侧壁上的垂直光栅，所述水平光栅的狭缝沿所述LED发光外延层的边缘向所述窗口区方向延伸，且所述垂直光栅的狭缝沿所述窗口区的顶部至其底部的方向延伸；

形成于所述窗口区内的DBR层；

以及，形成于所述衬底背离所述LED发光外延层一侧的背面电极，及形成于所述LED发光外延层背离所述衬底一侧的正面电极。

可选的，所述DBR层的腔长与所述LED发光外延层的波长相同。

可选的，所述窗口区为形成于所述LED发光外延层上的凹槽状区域。

可选的，所述窗口区为形成于所述LED发光外延层上的沟槽状区域。

可选的，所述LED发光外延层包括：

形成于所述衬底一表面的N型半导体层；

形成于所述N型半导体层背离所述衬底一侧的发光层；

以及，形成于所述发光层背离所述衬底一侧的P型半导体层。

可选的，所述衬底为GaAs衬底。

相应的，本发明还提供了一种单腔体结构VCSEL芯片的制作方法，包括：