[发明专利]一种垂直腔面发射激光器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：1)、在衬底(1)上生长二维六方氮化硼层(2)；2)、在二维六方氮化硼层(2)上溅射AlN层(3)；3)、在AlN层(3)上依次制作N型GaN层(4)、多量子阱层(5)、P型GaN层(6)和顶部DBR层(7)，形成外延结构；4)、使顶部DBR层(7)与铜衬底(8)相接触以将外延结构倒装键合在铜衬底(8)上；5)、将热释放胶带紧贴于衬底(1)上，将衬底(1)和二维六方氮化硼层(2)从AlN层(3)上剥离掉；6)、在AlN层(3)上溅射底部DBR层(9)。其采用热释放胶带进行剥离，剥离工艺简单，且对外延结构无损伤；通过引入AlN层，改善了外延材料的生长质量。

技术领域

本发明属于激光器技术领域，涉及一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，尤其涉及一种二维六方氮化硼作为牺牲层的垂直腔面发射激器及其制备方法。

背景技术

GaN基垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种具有垂直出光结构的新型半导体激光器，其发光波长可覆盖整个可见光波段。与边发射激光器相比，VCSEL具有单纵模工作、低阈值电流、圆形对称光斑、与光纤耦合效率高以及可以制备高密度二维阵列等优点，因此被认为是下一代半导体照明、微投影、全色显示、可见光通信等应用领域的理想光源。

GaN基VCSEL中谐振腔所用反射镜可分为混合分布布拉格反射镜(DBR)结构和双介质膜DBR结构。混合DBR结构中的上反射镜为介质膜DBR，下反射镜为氮化物DBR。而双介质膜DBR结构中的上下反射镜均为介质膜DBR。在已经商业化的GaAs基VCSEL中，上下两个反射镜全部为外延生长的AlAs/GaAs DBR。这是因为GaAs与AlAs晶格匹配，制备高反射率与高晶体质量的AlAs/GaAs DBR较为容易。但是，在GaN基半导体材料系统中难以找到晶格匹配且同时具有高折射率差的两种半导体材料，因此生长出具有高晶体质量、高反射率的氮化物DBR极为困难。

为此，GaN基VCSEL通常采用混合DBR结构或者双介质膜DBR结构。理论上InAlN中In组分达到17％左右时可以实现与GaN晶格匹配，但是InN、AlN两种材料生长条件差异较大，很难找到一个平衡点来制备高质量的InAlN薄膜，从而导致很难制备出高质量的外延DBR，给垂直腔面发射激光器制备造成很大困难。

相对于外延DBR，介质-介质DBR采用两种折射率差异较大的介质材料更容易实现全反射，且有很大的高反射宽度。但是，介质-介质DBR类型的VCSEL中需要通过芯片倒装、剥离、键合工艺来实现底部DBR的溅射，常用的剥离工艺包括激光剥离，光电化学刻蚀，化学机械抛光等。

但是，现有的激光剥离，光电化学刻蚀，化学机械抛光等剥离工艺的工艺复杂，且容易对外延结构的表面造成破坏。

鉴于现有技术的上述技术缺陷，需要提供一种改进的垂直腔面发射激光器及其制备方法，以克服上述缺陷。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，其目的是解决目前在进行底部DBR溅射时，剥离工艺复杂的问题，并有效解决常用剥离工艺带来的表面破坏的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、在衬底上生长厚度为10nm的二维六方氮化硼层；

2)、在所述二维六方氮化硼层上溅射厚度为25nm的AlN层；

3)、在所述AlN层上依次制作N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层和顶部DBR层，形成外延结构；

4)、使所述顶部DBR层与铜衬底相接触以将所述外延结构倒装键合在所述铜衬底上；

5)、将热释放胶带紧贴于所述衬底上，将所述衬底和二维六方氮化硼层从所述AlN层上剥离掉；