[发明专利]垂直腔面发射激光器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种垂直腔面发射激光器及其制作方法，属于半导体技术领域。所述垂直腔面发射激光器包括衬底、散热层、下反射层、发光区、上反射层、上金属电极和下金属电极；所述散热层、所述下反射层、所述发光区、所述上反射层和所述上金属电极依次层叠在所述衬底的第一表面上，所述下金属电极设置在所述衬底的第二表面上，所述衬底的第二表面与所述衬底的第一表面相对；所述下反射层包括依次层叠的多层硼烯薄膜，所述散热层的材料采用石墨烯或者砷化硼。本发明将下反射层从DBR结构改为依次层叠的多层硼烯薄膜，可以有效增强底部的反光效果，下反射层的反射率将远高于上反射层的反射率，VCSEL的出光效率得到极大提高。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种垂直腔面发射激光器及其制作方法。

背景技术

垂直腔面发射激光器(英文：Vertical Cavity Surface Emitting Laser，简称：VCSEL)是一种以砷化镓半导体材料为基础制作的、垂直于顶面射出激光的半导体器件。有别于发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)、激光二极管(英文：LaserDiode，简称：LD)等需要在制作完成后才能进行测试的光源，VCSEL可以在制作的任何阶段进行品质测试并对测试发现的问题进行及时处理，可以有效避免制作过程和加工时间的浪费。而且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优点，可以广泛应用于光通信、光互连、光存储等领域。

现有的VCSEL包括衬底、下分布式布拉格反射镜(英文：Distributed BraggReflection，简称：DBR)、发光区、上DBR、上金属电极和下金属电极，下DBR、发光区、上DBR和上金属电极依次层叠在衬底的第一表面上，下金属电极设置在衬底的第二表面上，衬底的第二表面与衬底的第一表面相对。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于VCSEL设计为朝向VCSEL上部的光束用作输出，因此需要下DBR具有比上DBR更高的反射率。但是上DBR和下DBR通常都采用GaAs/AlAs超晶格结构或者AlGaAs/AlGaAs超晶格结构，上DBR的反射率和下DBR的反射率之间相差较小，导致VCSEL的出光效率较低。

发明内容

本发明实施例提供了一种垂直腔面发射激光器及其制作方法，能够解决现有技术上DBR和下DBR折射率差不多，VCSEL正面出光效率较低的问题。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器包括衬底、散热层、下反射层、发光区、上反射层、上金属电极和下金属电极；所述散热层、所述下反射层、所述发光区、所述上反射层和所述上金属电极依次层叠在所述衬底的第一表面上，所述下金属电极设置在所述衬底的第二表面上，所述衬底的第二表面与所述衬底的第一表面相对；所述下反射层包括依次层叠的多层硼烯薄膜，所述散热层的材料采用石墨烯或者砷化硼。

可选地，每层所述硼烯薄膜的厚度为0.3nm～0.5nm，所述下反射层中硼烯薄膜的数量为80个～150个。

可选地，所述下反射层还包括纳米Ag层，所述纳米Ag层位于所述散热层和所述多层硼烯薄膜之间。

优选地，所述纳米Ag层的厚度为2nm～5nm。

可选地，所述散热层为叠层结构或者颗粒阵列。

进一步地，当所述散热层为叠层结构，且所述散热层的材料采用石墨烯时，所述散热层的厚度为0.3nm～0.5nm；当所述散热层为叠层结构，且所述散热层的材料采用砷化硼时，所述散热层的厚度为20nm～30nm。

进一步地，当所述散热层为颗粒阵列时，所述颗粒阵列中颗粒的粒径与相邻两个颗粒之间的距离之比为1:1～2:1。