[发明专利]垂直腔面发射激光器制备方法及垂直腔面发射激光器

说明书

本发明公开了一种垂直腔面发射激光器制备方法，包括：对高铝组分区进行侧壁氧化以生成中间带有氧化孔的氧化限制层的步骤；所述高铝组分区是由至少两个具有不同铝组分的高铝组分层上、下复合而成的复合层结构，所述复合层结构可防止所述氧化限制层内缘的纵截面上出现尖端结构。本发明还公开了一种垂直腔面发射激光器。相比现有技术，本发明可以较低的成本有效实现氧化限制层的内缘纵截面尽量平滑，避免出现曲率较大的尖端结构，进而提升VCSEL的性能和可靠性。

技术领域

本发明涉及一种垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-EmittingLaser，简称VCSEL)制备方法，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

VCSEL在高密度集成及光纤耦合方面较边发射型激光器存在较大的优势，因此在光通讯等领域拥有极大的应用前景。但因其器件结构存在有源区薄，腔长短，单层增益较小等缺陷，为提高其有效光子限制能力，目前基本采用氧化限制型结构。氧化限制型结构可以减小材料中非辐射复合中心的寿命及对注入到有源区的电流形成有效的限制。

氧化限制型结构VCSEL的主要工艺步骤包括：晶片外延生长，在晶片外延生长过程中，在靠近谐振腔的下布拉格反射镜层和/或上布拉格反射镜层设置有 Al组份很高的高铝组分区(通常为AlGaAs层)以生成氧化限制层，VCSEL芯片结构自下而上主要由N型掺杂的DBR反射镜，包含量子阱/量子点有源区的谐振腔，以及P型掺杂的DBR反射镜所构成；在外延生长形成的层结构中蚀刻出主动区平台，需要确保高铝组分区暴露于主动区平台的侧壁；对主动区平台的侧壁进行氧化处理以生成中间带有氧化孔的氧化限制层，氧化时，沿着所述高铝组分区横向进行，被氧化的高铝组分区形成以氧化铝为主的氧化区域，氧化铝具有良好的绝缘性，可有效阻隔注入电流的通过，并限制注入电流的侧向扩散，同时氧化铝具有较小的折射率，能够使光场更为集中在电路注入窗口区域，提高了光场与有源区的交叠，增加光限制因子，起到减小器件阈值电流的作用，而中间未被氧化的区域则构成氧化孔，也就是VCSEL的出光孔和电流注入区；之后再进行表面钝化，平坦化工艺(即用聚酰亚胺，苯并环丁烯等聚合物填充沟槽)，以及制作电极并引出等步骤。

上述工艺工程中，氧化孔的形成十分关键，其孔径、形状以及周边氧化区域的微观结构等均会对最终器件的性能、可靠性等产生影响。现有的氧化限制型结构通常采用湿法氧化工艺对高铝组分(如Al0.98Ga0.02As)进行氧化，形成Al2O3 层，As2O3、As等副产物通过Al2O3层中的“通道”被排出。该反应过程较复杂，受影响因素较多，因此，对氧化反应的进程、速度进行精确而严格的控制也就成为整个生产工艺中的重点和难点。现有工艺所生成的氧化限制层内缘的纵截面上往往会出现尖端结构，例如图1所示的楔形尖端结构。氧化限制层的尖端结构会带来如下问题：一、该结构的氧化限制层特别是氧化限制层内缘尖端与GaAs界面层处于介稳定状态，氧化限制层尖端产生很大的应力集中，这种应力集中会导致氧化限制层及GaAs界面出现严重的分离或开裂现象。激光器在老化或者使用过程中，氧化层尖端极易发生尖端放电现象，产生热灯丝(hot filament)损伤，形成贯穿量子阱层的缺陷，严重影响激光器的使用寿命。二、氧化限制层内缘的尖端部分增加了氧化限制层的有效折射率，提升了激光器的光学限制能力，使得激光器的光束更加发散，光谱变宽，不利于增加光纤的耦合效率/传输距离。三、氧化限制层内缘的尖端部分会增加寄生电容，不利于激光器传输数据带宽的提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种垂直腔面发射激光器制备方法，可以较低的成本有效实现氧化限制层的内缘纵截面尽量平滑，避免出现曲率较大的尖端结构，进而提升VCSEL的性能和可靠性。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种垂直腔面发射激光器制备方法，包括：对高铝组分区进行侧壁氧化以生成中间带有氧化孔的氧化限制层的步骤；所述高铝组分区是由至少两个具有不同铝组分的高铝组分层上、下复合而成的复合层结构，所述复合层结构可防止所述氧化限制层内缘的纵截面上出现尖端结构。