[发明专利]基于离子植入的垂直腔表面发射激光器、阵列和制作方法

说明书

本发明提供一种基于离子植入的垂直腔表面发射激光器、阵列和制作方法，所述垂直腔表面发射激光器包括多层结构，所述多层结构至少依次包括基底（10）、基底（10）上方的第一镜层（20）、第一镜层（20）上方的主动区（30）以及主动区（30）上方的第二镜层（40），所述垂直腔表面发射激光器还包括：离子层（60），离子层（60）是将离子从第二镜层（40）的上表面植入到主动区（30）的上方或者植入到主动区（30）中或者贯穿主动区（30）植入到第一镜层（20）中而形成用于隔离的离子层，离子层（60）用于将垂直腔表面发射激光器隔离成外区（81）和由离子层（60）包围的内区（82）。通过本发明可以精确地限定谐振腔内的光射出的范围。

技术领域

本发明涉及半导体芯片领域，具体涉及一种基于离子植入的垂直腔表面发射激光器、阵列和制作方法。

背景技术

在制作垂直腔表面发射激光器的过程中，定义垂直腔表面发射激光器的光窗方式主要有空气柱、离子植入以及氧化孔径等三种。高功率的垂直腔表面发射激光器的二维阵列光窗结构通常是以氧化孔径法来形成的，但是采用氧化孔径法形成的氧化孔径的几何形状受外延工艺的影响极大，而采用空气柱形成光窗的时间长且控制难。采用离子植入可以克服空气柱和氧化孔径等形成光窗的缺点。

在专利CN1450619A中公开了一种利用离子植入方法制作混合电路元件电容器的方法，具体公开了采用离子植入法作为电容器电极的多晶硅层中植入氧离子，再经由一回火工艺于多晶硅层中形成氧化硅层作为电容，以取代传统的叠层方式制作电容器，因此可以简化工艺的步骤，进而节省制造成本。尽管在该专利中公开了采用离子植入法可以简化工艺节约时间成本，但是该专利中并没有涉及到关于将离子植入到垂直腔表面发射激光器，限制垂直腔表面发射激光器的光窗的技术。

在专利CN201511006107.8中公开了少模面发射激光器，其中包括：一衬底，该衬底用于在其上生长激光器各外延层材料；一n型分布布拉格反射器(DBR)，该n型DBR制作在衬底上；一n型限制层，该n型限制层制作在n型DBR上；一有源层，该有源层制作在n型限制层上；一p型限制层，该p型限制层制作在有源区上；一p型DBR，该p型DBR制作在p型限制层上；一离子注入区，该离子注入区注入在p型DBR以及p型限制层特定的区域中，并与有源区保持一定的距离，对注入载流子进行限制作用；一p面电极，该p面电极制作在p型DBR上，包含三个透明电极，不同电极用来调制不同的横模模式；一n面电极，该n面电极制作在衬底的下面。该专利中也没有涉及到关于将离子植入到垂直腔表面发射激光器，限制垂直腔表面发射激光器的光窗的技术。

在现有文献：离子注入方法形成电流限制孔径及其对器件光电特性的影响“Electrically Confined Aperture Formed by Ion Implantation and Its Effect onDevice Optoelectronic Characteristics”，具体公开了采用离子注入方法和后续的退火工艺制作了1.3μm面发射电致发光(EL)器件结构的电流限制孔径，通过对此结构的电学和光学特性进行测试分析，获得了离子注入和退火温度的优化参数，工艺参数为离子注人剂量5×1014cm-2和450℃退火1min。结果显示随着电流限制孔径的缩小，器件的电阻呈线性增大；电流限制孔径的形成显著增强1.3μm面发射器件结构的电致发光强度，孔径为15μm的样品是没有限制孔径样品的4倍(注入电流3mA)，并就电流限制孔对EL器件结构电致发光的影响进行了物理解释。该专利中也没有涉及到关于将离子植入到垂直腔表面发射激光器，限制垂直腔表面发射激光器的光窗的技术。

尽管上述三个文献中都公开了离子植入的方法，但都没有涉及到在垂直腔表面发射激光器内部植入离子形成离子层的技术。

发明内容

为至少解决上述技术问题，提出了本发明的如下所述的多个方案。