一种垂直腔面发射激光器的制作方法

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1.本实用新型涉及光电技术领域，具体而言，涉及一种垂直腔面发射激光器。

背景技术：

2.垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser，简称vcsel)，又可以称为垂直共振腔面射型激光，其激光垂直于顶面射出，与一般用切开的独立芯片制程，激光由边缘射出的边射型激光有所不同。
3.现有技术中的垂直腔面发射激光器在进行高速光电调制时，需要有效地向有源区注入高速调制的电流，而影响这一过程的最主要因素就是寄生电容，寄生电容会对电流进行分流，导致信号幅值降低，影响器件的传输效率。一般地，可以通过减小台面直径，以减小异质界面的接触面积，从而降低寄生电容效应，但是，由于减小了器件的体积，又会导致热效应堆积，影响器件的可靠性。

技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种垂直腔面发射激光器，能够同时满足器件高速、低寄生电容和高可靠性的实际需求。
5.本实用新型的实施例是这样实现的：
6.本实用新型实施例提供一种垂直腔面发射激光器，包括衬底、以及依次层叠设置于所述衬底上的n型布拉格反射镜层、多量子阱有源层、具有电流限制孔的氧化限制层和p型布拉格反射镜层，所述n型布拉格反射镜层、所述多量子阱有源层、所述氧化限制层和所述p型布拉格反射镜层形成台阶结构，所述台阶结构的表面设置有电镀层。该垂直腔面发射激光器能够同时满足器件高速、低寄生电容和高可靠性的实际需求。
7.作为一种可实施的方式，所述衬底与所述n型布拉格反射镜层之间设置有n型欧姆接触层，所述p型布拉格反射镜层背离所述氧化限制层的一侧设置有第一绝缘层，所述n型欧姆接触层、所述台阶结构和所述第一绝缘层的表面设置有第二绝缘层，所述第二绝缘层的表面设置有所述电镀层。
8.作为一种可实施的方式，所述第二绝缘层上贯穿设置有第一开口，所述n型欧姆接触层靠近所述n型布拉格反射镜层的一侧对应所述第一开口设置有第一电极，所述第二绝缘层和所述第一绝缘层上贯穿设置有第二开口，所述p型布拉格反射镜层背离所述氧化限制层的一侧对应所述第二开口处设置有第二电极。
9.作为一种可实施的方式，所述第一电极为n型电极，所述第二电极为p型电极。
10.作为一种可实施的方式，所述第二电极为环状电极，所述电流限制孔与所述环状电极形成的光窗在层叠方向上正对应。
11.作为一种可实施的方式，所述电流限制孔的孔径小于所述光窗的孔径。
12.作为一种可实施的方式，所述台阶结构的台面直径在18～20μm之间，所述第二电极的宽度在2～3μm之间，所述氧化限制层的直径小于10μm。
13.作为一种可实施的方式，所述n型布拉格反射镜层与所述多量子阱有源层之间设置有第一缓冲层，所述多量子阱有源层与所述氧化限制层之间设置有第二缓冲层，所述氧化限制层与所述p型布拉格反射镜层之间设置有第三缓冲层。
14.作为一种可实施的方式，所述台阶结构为柱状台面。
15.作为一种可实施的方式，所述电镀层的材料为金或铜。
16.本实用新型实施例的有益效果包括：
17.该垂直腔面发射激光器包括衬底、以及依次层叠设置于衬底上的n型布拉格反射镜层、多量子阱有源层、具有电流限制孔的氧化限制层和p型布拉格反射镜层，n型布拉格反射镜层、多量子阱有源层、氧化限制层和p型布拉格反射镜层形成台阶结构，台阶结构的表面设置有电镀层。在实际生产制造过程中，可以在衬底上依次层叠设置n型布拉格反射镜层、多量子阱有源层和p型布拉格反射镜层，然后进行台面刻蚀，以减小台面直径，一方面，可以便于对p型布拉格反射镜层进行侧向氧化形成氧化限制层，另一方面，还可以减小异质界面的接触面积，从而降低寄生电容效应。这样一来，上述的n型布拉格反射镜层、多量子阱有源层、氧化限制层和p型布拉格反射镜层便可以形成台阶结构，在此基础上，再在台阶结构的表面设置电镀层，便能够通过电镀层将台阶结构包覆起来，从而增加导热路径，改善散热效果，提高散热效率。相较于现有技术中的垂直腔面发射激光器，虽然可以通过减小台面直径，降低寄生电容效应，但是，会因减小器件体积，导致热效应堆积，影响器件的可靠性，本技术提供的垂直腔面发射激光器，不仅通过减小台面直径，降低寄生电容效应，从而满足器件高速、低寄生电容的实际需求，还通过电镀层将台阶结构包覆起来，增加导热路径，改善散热效果，提高散热效率，进而同时满足器件高可靠性的实际需求。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为本实用新型一实施例提供的垂直腔面发射激光器的结构示意图；
20.图2为本实用新型另一实施例提供的垂直腔面发射激光器的结构示意图。
21.图标：100-垂直腔面发射激光器；110-衬底；120-n型欧姆接触层；121-第一电极；130-n型布拉格反射镜层；140-多量子阱有源层；150-氧化限制层；151-电流限制孔；160-p型布拉格反射镜层；161-第二电极；162-光窗；170-第一绝缘层；180-第二绝缘层；190-电镀层；200-台阶结构；210-第一缓冲层；220-第二缓冲层；230-第三缓冲层。
具体实施方式
22.下文陈述的实施方式表示使得本领域技术人员能够实践所述实施方式所必需的信息，并且示出了实践所述实施方式的最佳模式。在参照附图阅读以下描述之后，本领域技术人员将了解本公开的概念，并且将认识到本文中未具体提出的这些概念的应用。应理解，这些概念和应用属于本公开和随附权利要求的范围内。
23.应当理解，虽然术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件
不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可称为第二元件，并且类似地，第二元件可称为第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有组合。
24.应当理解，当一个元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件上”或“延伸到另一个元件上”时，其可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在介于中间的元件。同样，应当理解，当元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件之上”或“在另一个元件之上延伸”时，其可以直接在另一个元件之上或直接在另一个元件之上延伸，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件之上”或“直接在另一个元件之上延伸”时，不存在介于中间的元件。还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，其可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在介于中间的元件。
25.诸如“在
…
下方”或“在
…
上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”的相关术语在本文中可用来描述一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系，如图中所示出。
26.本文中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而且并不意图限制本公开。如本文所使用，除非上下文明确地指出，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”意图同样包括复数形式。还应当理解，当在本文中使用时，术语“包括”指明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或者增添一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或上述各项的组。
27.除非另外界定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。还应当理解，本文所使用的术语应解释为含义与它们在本说明书和相关领域的情况下的含义一致，而不能以理想化或者过度正式的意义进行解释，除非本文中已明确这样界定。
28.传统结构氧化限制型垂直腔面发射激光器，其内部的寄生参数主要包括以下几个部分：第一，金属电极与载体接触产生并联寄生电容c
p
，该寄生电容会对电流进行分流，导致信号幅值降低，影响器件的传输效率；第二，接触损耗电阻r
p
以及有源区与焊盘之间的引线电感l
p
；第三，芯片的氧化限制层p-n结电容cs以及结电阻rs；第四，电流流进有源区，引入有源区空间电荷电容c
sc
以及有源区电阻rj。
29.为了在垂直腔面发射激光器中执行高速光电调制，有效地向有源区注入高速调制的电流，必须减小上述的寄生电容。由于寄生电容主要产生在台面内的氧化限制层或p-n结中，因此，为了减小由这些部分引起的寄生电容，一般地，可以通过减小台面直径，以减小异质界面的接触面积，从而降低寄生电容效应，但是，由于减小了器件的体积，又会导致热效应堆积，影响器件的可靠性。
30.为了解决上述问题，请结合参照图1和图2，本技术提供一种垂直腔面发射激光器100，包括衬底110、以及依次层叠设置于衬底110上的n型布拉格反射镜层130、多量子阱有源层140、具有电流限制孔151的氧化限制层150和p型布拉格反射镜层160，n型布拉格反射镜层130、多量子阱有源层140、氧化限制层150和p型布拉格反射镜层160形成台阶结构200，台阶结构200的表面设置有电镀层190。该垂直腔面发射激光器100能够同时满足器件高速、
低寄生电容和高可靠性的实际需求。
31.需要说明的是，如图1所示，该垂直腔面发射激光器100包括衬底110，在衬底110上设置有n型布拉格反射镜层130，在n型布拉格反射镜层130上设置有多量子阱有源层140，在多量子阱有源层140上设置有氧化限制层150，在氧化限制层150上设置有p型布拉格反射镜层160，其中，氧化限制层150具有电流限制孔151，以通过电流限制孔151对电流的流向起到引导和限制的作用，这样一来，电流在流经氧化限制层150时，便会被局限在电流限制孔151内，以使较高的腔内电流密度注入到多量子阱有源层140，从而获得较高的内部量子效率，进而实现单模输出。
32.在实际生产制造过程中，可以在衬底110上依次层叠设置n型布拉格反射镜层130、多量子阱有源层140和p型布拉格反射镜层160，然后进行台面刻蚀，以减小台面直径，一方面，可以便于对p型布拉格反射镜层160进行侧向氧化形成氧化限制层150，另一方面，还可以减小异质界面的接触面积，从而降低寄生电容效应。
33.这样一来，上述的n型布拉格反射镜层130、多量子阱有源层140、氧化限制层150和p型布拉格反射镜层160便可以形成台阶结构200，在此基础上，再在台阶结构200的表面设置电镀层190，便能够通过电镀层190将台阶结构200包覆起来，从而增加导热路径，改善散热效果，提高散热效率。作为一种可实施的方式，台阶结构200为柱状台面，以便于进行台面刻蚀，同时还能便于进行电镀加工。
34.相较于现有技术中的垂直腔面发射激光器100，虽然可以通过减小台面直径，降低寄生电容效应，但是，会因减小器件体积，导致热效应堆积，影响器件的可靠性，本技术提供的垂直腔面发射激光器100，不仅通过减小台面直径，降低寄生电容效应，从而满足器件高速、低寄生电容的实际需求，还通过电镀层190将台阶结构200包覆起来，增加导热路径，改善散热效果，提高散热效率，进而同时满足器件高可靠性的实际需求。
35.关于电镀层190的具体材料，本领域技术人员应当能够根据实际情况进行合理的选择和设计，这里不作具体限制。作为一种可实施的方式，电镀层190的材料为金或铜。由于电镀材料的导热性优于空气的导热性，因此，无论采用何种电镀材料，相较于原本的仅通过空气对流的散热方式，均能够提高散热效率，从而提高器件的可靠性。
36.作为一种可实施的方式，如图1所示，衬底110与n型布拉格反射镜层130之间设置有n型欧姆接触层120，p型布拉格反射镜层160背离氧化限制层150的一侧设置有第一绝缘层170，n型欧姆接触层120、台阶结构200和第一绝缘层170的表面设置有第二绝缘层180，第二绝缘层180的表面设置有电镀层190。
37.需要说明的是，在衬底110与n型布拉格反射镜层130之间设置有n型欧姆接触层120，以便于在n型欧姆接触层120上设置电极，从而便于通过n型欧姆接触层120实现电极与n型布拉格反射镜层130的电连接，在p型布拉格反射镜层160背离氧化限制层150的一侧设置有第一绝缘层170，以通过第一绝缘层170对p型布拉格反射镜层160背离氧化限制层150的一侧起到隔离和保护的作用，在n型欧姆接触层120、台阶结构200和第一绝缘层170的表面设置有第二绝缘层180，以通过第二绝缘层180对n型欧姆接触层120、台阶结构200和第一绝缘层170的表面起到隔离和保护作用，从而提高器件性能。与之相对应地，此时，上述的电镀层190应当镀设在第二绝缘层180外。
38.作为一种可实施的方式，如图1所示，第二绝缘层180上贯穿设置有第一开口，n型
欧姆接触层120靠近n型布拉格反射镜层130的一侧对应第一开口设置有第一电极121，第二绝缘层180和第一绝缘层170上贯穿设置有第二开口，p型布拉格反射镜层160背离氧化限制层150的一侧对应第二开口处设置有第二电极161，以便于通过第一电极121和第二电极161实现器件的电连接。作为一种可实施的方式，第一电极121为n型电极，第二电极161为p型电极。
39.作为一种可实施的方式，如图1所示，第二电极161为环状电极，电流限制孔151与环状电极形成的光窗162在层叠方向上正对应，以使出光效果更好。作为一种可实施的方式，电流限制孔151的孔径d2小于光窗162的孔径d1，以通过氧化限制层150抑制高阶横模态，从而实现单模输出。
40.考虑到需要在台阶结构200上设置第二电极161，还需要再台阶结构200上设置氧化限制层150，以及第二电极161的宽度和氧化限制层150的直径，作为一种可实施的方式，台阶结构200的台面直径在18～20μm之间，第二电极161的宽度在2～3μm之间，氧化限制层150的直径小于10μm。
41.作为一种可实施的方式，如图2所示，n型布拉格反射镜层130与多量子阱有源层140之间设置有第一缓冲层210，多量子阱有源层140与氧化限制层150之间设置有第二缓冲层220，氧化限制层150与p型布拉格反射镜层160之间设置有第三缓冲层230，以通过第一缓冲层210、第二缓冲层220和第三缓冲层230提高器件性能。
42.以上所述仅为本实用新型的可选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
43.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

技术特征：

1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括衬底、以及依次层叠设置于所述衬底上的n型布拉格反射镜层、多量子阱有源层、具有电流限制孔的氧化限制层和p型布拉格反射镜层，所述n型布拉格反射镜层、所述多量子阱有源层、所述氧化限制层和所述p型布拉格反射镜层形成台阶结构，所述台阶结构的表面设置有电镀层。2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述衬底与所述n型布拉格反射镜层之间设置有n型欧姆接触层，所述p型布拉格反射镜层背离所述氧化限制层的一侧设置有第一绝缘层，所述n型欧姆接触层、所述台阶结构和所述第一绝缘层的表面设置有第二绝缘层，所述第二绝缘层的表面设置有所述电镀层。3.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第二绝缘层上贯穿设置有第一开口，所述n型欧姆接触层靠近所述n型布拉格反射镜层的一侧对应所述第一开口设置有第一电极，所述第二绝缘层和所述第一绝缘层上贯穿设置有第二开口，所述p型布拉格反射镜层背离所述氧化限制层的一侧对应所述第二开口处设置有第二电极。4.根据权利要求3所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一电极为n型电极，所述第二电极为p型电极。5.根据权利要求3所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第二电极为环状电极，所述电流限制孔与所述环状电极形成的光窗在层叠方向上正对应。6.根据权利要求5所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述电流限制孔的孔径小于所述光窗的孔径。7.根据权利要求3～6任意一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述台阶结构的台面直径在18～20μm之间，所述第二电极的宽度在2～3μm之间，所述氧化限制层的直径小于10μm。8.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述n型布拉格反射镜层与所述多量子阱有源层之间设置有第一缓冲层，所述多量子阱有源层与所述氧化限制层之间设置有第二缓冲层，所述氧化限制层与所述p型布拉格反射镜层之间设置有第三缓冲层。9.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述台阶结构为柱状台面。10.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述电镀层的材料为金或铜。

技术总结

本实用新型公开一种垂直腔面发射激光器，涉及光电技术领域，包括衬底、以及依次层叠设置于衬底上的N型布拉格反射镜层、多量子阱有源层、具有电流限制孔的氧化限制层和P型布拉格反射镜层，N型布拉格反射镜层、多量子阱有源层、氧化限制层和P型布拉格反射镜层形成台阶结构，台阶结构的表面设置有电镀层。该垂直腔面发射激光器能够同时满足器件高速、低寄生电容和高可靠性的实际需求。容和高可靠性的实际需求。容和高可靠性的实际需求。