CN109873296A - 一种垂直腔面发射激光器芯片及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种垂直腔面发射激光器芯片及制作方法，采用相应的第二多层材料膜反射镜层和金属反射镜层构成的组合反射镜作为VCSEL的非出光面(底面)反射镜，并且第二多层材料膜反射镜层的对数少于由第一多层材料膜反射镜层构成的VCSEL的(顶面)出光面反射镜的对数，第二多层材料膜反射镜层的反射率低于第一多层材料膜反射镜层的反射率。采用的上述组合反射镜代替了传统的垂直腔面发射激光器芯片第二包层下面的分布式布拉格反射镜构成的底面反射镜，可以在较少的材料膜反射镜层对数的情况下获得所需的高反射率，同时可以减少相应的材料应力和串联电阻，在减小器件制作工艺难度的情况下提升器件的性能。
Description
技术领域
本发明实施例涉及光通信技术领域，更具体地，涉及一种垂直腔面发射激光器芯片及制作方法。
背景技术
对于垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)，自1996年投入商用以来，已经在很多领域中如光通信、信息读取、三维成像、激光雷达等获得广泛应用。因此近二十年来无数的研究学者在对VCSEL进行研究和使用，随着科学技术的不断发展与进步，各种各样的垂直腔面发射激光器(VCSEL)因其具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流低、功耗小、成本低廉且易于阵列集成等优点已经渗透到人们的日常生活、工作娱乐，以及各行各业的生产中，为人们的生活进步与社会发展起到了巨大作用。
但是，目前VCSEL芯片所采用的结构为上下双分布式布拉格反射镜(DistributedBragg Relection，DBR)来构成激光器谐振腔的结构，这两个DBR在量子阱或量子点有源区上下两侧分别提供足够高的反射率来形成光学谐振增强效应以提供激光器电流注入下激射所需要的光增益。其DBR所需的反射率要求很高，甚至要大于99％，这就要求制作DBR的材料薄膜层的对数足够多，甚至要多于40对。如此多对数的DBR在实现上存在着一些难点，如DBR的对数越多，其产生的应力也会越大，会在一定程度上恶化器件的性能；而且，由于散射的影响，以及材料生长过程中误差的影响，并不是DBR的对数增加，其反射率就会随之增加，而是当DBR对数达到一定数量时，其反射率将会饱和；此外，DBR对数增加也会导致器件的串联电阻增加，也会恶化器件的性能。
发明内容
本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种垂直腔面发射激光器芯片及制作方法。
第一方面，本发明实施例提供一种垂直腔面发射激光器芯片，包括在第二衬底上依次层叠的非出光面反射镜、第二包层、量子阱层或量子点层、第一包层、电流限制层、出光面反射镜和欧姆接触层；
所述非出光面反射镜包括第二衬底上依次层叠的金属反射镜层和第二多层材料膜反射镜层；所述出光面反射镜包括在所述电流限制层上层叠的第一多层材料膜反射镜层；且所述第二多层材料膜反射镜层的对数少于所述第一多层材料膜反射镜层的对数，所述第二多层材料膜反射镜层的反射率低于所述第一多层材料膜反射镜层的反射率；所述第一多层材料膜反射镜层和/或所述第二多层材料膜反射镜层为***相位优化层的多层材料膜反射镜结构。
第二方面，本发明实施例提供一种垂直腔面发射激光器芯片制作方法，包括：
在第一衬底上依次生长欧姆接触层、出光面反射镜、电流限制层、第一包层、量子阱层或量子点层、第二包层和非出光面反射镜；其中，所述非出光面反射镜包括第二包层上依次层叠的第二多层材料膜反射镜层和金属反射镜层；所述出光面反射镜包括在所述欧姆接触层上层叠的第一多层材料膜反射镜层；且所述第二多层材料膜反射镜层的对数少于所述第一多层材料膜反射镜层的对数，所述第二多层材料膜反射镜层的反射率低于所述第一多层材料膜反射镜层的反射率；所述第一多层材料膜反射镜层和/或所述第二多层材料膜反射镜层为***相位优化层的多层材料膜反射镜结构。
将所述金属反射镜层键合至第二衬底上，去除所述第一衬底；刻蚀所述欧姆接触层、第一多层材料膜反射镜层、电流限制层、第一包层、量子阱层或量子点层、第二包层，以曝露出所述第二多层材料膜反射镜层。
本发明实施例提出了一种垂直腔面发射激光器芯片及制作方法，采用相应的第二多层材料膜反射镜层和金属反射镜层构成的组合反射镜作为VCSEL的底面(非出光面)反射镜，并且第二多层材料膜反射镜层的对数少于由第一多层材料膜反射镜层构成的VCSEL的顶面(出光面)反射镜的对数，第二多层材料膜反射镜层的反射率低于第一多层材料膜反射镜层的反射率。采用的上述组合反射镜代替了传统的垂直腔面发射激光器(VCSEL)芯片第二包层下面的分布式布拉格反射镜构成的底面反射镜，可以在较少的材料膜反射镜层对数的情况下获得所需的高反射率，同时可以减少相应的材料应力和串联电阻，在减小器件制作工艺难度的情况下提升器件的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为根据本发明实施例的垂直腔面发射激光器芯片示意图；
图2为根据本发明实施例的***相位优化层的多层材料膜反射镜结构示意图；
图3为根据本发明实施例的垂直腔面发射激光器芯片制作方法示意图；
图4为根据本发明实施例的垂直腔面发射激光器芯片制作方法具体流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由于目前VCSEL芯片所采用的结构为上下双分布式布拉格反射镜来构成激光器谐振腔的结构，这两个DBR在量子阱或量子点有源区上下两侧分别提供足够高的反射率来形成光学谐振增强效应以提供激光器电流注入下激射所需要的光增益。其DBR所需的反射率要求很高，甚至要大于99％，这就要求制作DBR的材料薄膜层的对数足够多，甚至要多于40对。如此多对数的DBR在实现上存在着一些难点，如DBR的对数越多，其产生的应力也会越大，会在一定程度上恶化器件的性能；而且，由于散射的影响，以及材料生长过程中误差的影响，并不是DBR的对数增加，其反射率就会随之增加，而是当DBR对数达到一定数量时，其反射率将会饱和；此外，DBR对数增加也会导致器件的串联电阻增加，也会恶化器件的性能。
因此本发明各实施例提供一种新的高反射率反射镜结构以减少所需的材料薄膜层对数。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。
图1为本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器芯片，包括在第二衬底8上依次生长的非出光面反射镜、第二包层5、量子阱层或量子点层4、第一包层3、电流限制层11、出光面反射镜和欧姆接触层10；
上述非出光面反射镜包括第二衬底8上依次层叠的金属反射镜层7和第二多层材料膜反射镜层6；上述出光面反射镜包括在上述电流限制层11上层叠的第一多层材料膜反射镜层2；且上述第二多层材料膜反射镜层6的对数少于上述第一多层材料膜反射镜层2的对数，上述第二多层材料膜反射镜层6的反射率低于上述第一多层材料膜反射镜层2的反射率；所述第一多层材料膜反射镜层2和/或所述第二多层材料膜反射镜层6为***相位优化层的多层材料膜反射镜结构。
本发明实施例采用的上述组合反射镜代替了传统的上下双分布式布拉格反射镜，可以在较少的材料膜反射镜层对数的情况下获得所需的高反射率，同时可以减少相应的材料应力和串联电阻，在减小器件制作工艺难度的情况下提升器件的性能。
在本实施例中，第一多层材料膜反射镜层2和第二多层材料膜反射镜层6两层结构其一或均为***相位优化层的多层材料膜反射镜结构。其中，***相位优化层的多层材料膜反射镜结构为，在多层材料膜反射镜结构中，***两至三层相位优化层。多层材料膜反射镜由相位优化层分隔开，各部分反射镜中心波长可以相同也可以不同。根据材料膜反射镜具体功能，本实施例中不限定。
图2(a)为本发明实施例提供的一种***相位优化层的多层材料膜反射镜结构，包括由上而下依次层叠的第一反射镜201、第一相位优化层202、第二相位优化层203和第二反射镜204。其中，第一反射镜201和第二反射镜204中心波长可以相同也可以不同。
图2(b)为本发明实施例提供的一种***相位优化层的多层材料膜反射镜结构，包括由上而下依次层叠的第一相位优化层202、第一反射镜201、第二相位优化层203和第二反射镜204。其中，第一反射镜201和第二反射镜204中心波长可以相同也可以不同。
图2(c)为本发明实施例提供的一种***相位优化层的多层材料膜反射镜结构，包括由上而下依次层叠的第三反射镜205、第一相位优化层202、第一反射镜201、第二相位优化层203和第二反射镜204。其中，第三反射镜205、第二反射镜204和第一反射镜201的中心波长可以相同，也可以不同。
在上述各实施例中，图2(a)、(b)、(c)中第一反射镜201为主反射镜，其中心波长为VCSEL工作波长，即VCSEL谐振腔谐振波长，其它第一相位优化层202、第二相位优化层203和第二反射镜204、第三反射镜205的作用在于优化主反射镜的光学相位及其反射特性，在保证VCSEL谐振腔谐振波长不变的条件下调整主反射镜的光学相位及其反射特性，改善主反射镜对不同角度入射光及不同波长入射光的反射特性。
在上述各实施例的基础上，一种实施例结构为第一反射镜201由20对p型掺杂Al0.15Ga0.85As/Al0.9Ga0.1As半导体材料构成，第三反射镜205由空气界面与GaAs材料构成，第二反射镜204由2对p型掺杂Al0.15Ga0.85As/Al0.9Ga0.1As材料构成，第一相位优化层202由5nm厚的GaAs层和114nm厚的Al0.9Ga0.1As层构成，第二相位优化层203由165nm厚的Al0.15Ga0.85As层和114nm厚的Al0.9Ga0.1As层构成。
在上述各实施例的基础上，一种实施例结构为第一反射镜201由28对p型掺杂Al0.15Ga0.85As/Al0.9Ga0.1As半导体材料构成，第三反射镜205由1对p型掺杂Al0.15Ga0.85As/Al0.9Ga0.1As半导体材料构成，第二反射镜204由1对p型掺杂Al0.15Ga0.85As/Al0.9Ga0.1As半导体材料构成，第一相位优化层202由100nm厚的Al0.9Ga0.1As材料构成，第二相位优化层由85nm厚的Al0.15Ga0.85As材料构成。
在上述各实施例的基础上，一种实施例结构为第一反射镜201由28对p型掺杂Al0.15Ga0.85As/Al0.9Ga0.1As半导体材料构成，第三反射镜205由2对p型掺杂Al0.15Ga0.85As/Al0.9Ga0.1As半导体材料构成，第二反射镜204由1对p型掺杂Al0.15Ga0.85As/Al0.9Ga0.1As半导体材料构成，第一相位优化层202由37nm厚的Al0.9Ga0.1As材料构成，第二相位优化层由151nm厚的Al0.15Ga0.85As材料构成。
在上述实施例的基础上，上述第一多层材料膜反射镜层2和上述第二多层材料膜反射镜层6的多层材料膜为介质膜或半导体材料膜，或者由半导体材料与介质膜材料共同形成的材料膜。具体地，介质膜材料可以为硅、二氧化硅、一氧化硅、氟化镁、氧化铝、氧化钛、氧化铈、氟化铈、硫化锌以及氮化硅等。半导体材料可以为镓砷、铝砷、铟镓砷、铝镓砷、铟铝镓砷、铟磷、镓氮、铟镓氮、铟镓氮砷以及铟镓砷磷等。
在本实施例中，具体的第二衬底8为p型搀杂的GaAs。其第一多层材料膜反射镜层2和第二多层材料膜反射镜层6的多层材料为Al0.15Ga0.85As/Al0.9Ga0.1As材料。
在本实施例中，具体的也可以是第二衬底8为n型搀杂的GaAs。其中第一多层材料膜反射镜层2和第二多层材料膜反射镜层6的多层材料为GaAs/AlAs材料。
在本实施例中，具体的也可以是第二衬底8为n型搀杂的Si。其中第一多层材料膜反射镜层2和第二多层材料膜反射镜层6的多层材料为GaAs/Al0.9Ga0.1As材料。
在本实施例中，具体的也可以是第二衬底8为n型搀杂的InP。其中第一多层材料膜反射镜层2和第二多层材料膜反射镜层6的多层材料为InAlGaAs1/InAlGaAs2材料，InAlGaAs1和InAlGaAs2材料具有不同的组份构成。
在本实施例中，具体的也可以是第二衬底8为金属衬底Cu。其中第一多层材料膜反射镜层2和第二多层材料膜反射镜层6的多层材料为SiO2/Si材料。
在上述实施例的基础上，上述第二衬底8上还设有第二电极9；上述欧姆接触层10上还设有第一电极1。
在本实施例中，如图1所示，垂直腔面发射激光器(VCSEL)芯片还包括设置在欧姆接触层10上的第一电极1，其中欧姆接触层10可以为但不限于n型掺杂的GaAs或InP材料，此时第一电极1可以是但不限于由AuGe/Ni/Au材料构成，欧姆接触层10也可以为但不限于p型掺杂的GaAs或InP材料，此时第一电极1可以是但不限于由Ti/Pt/Au材料构成。。进一步的，如图1所示，垂直腔面发射激光器(VCSEL)芯片还包括：设置在第二衬底8上的第二电极9，第二衬底8可以为n型掺杂的GaAs或InP材料，此时第二电极9可以是但不限于由AuGe/Ni/Au材料构成，第二衬底8也可以为但不限于p型掺杂的GaAs或InP材料，此时第二电极9可以是但不限于由Ti/Pt/Au材料构成。
在上述实施例的基础上，上述量子阱/量子点层4材料为AlGaAs、GaAs、GaN、InGaN、InGaAs、InGaAsP、InGaAsN或InGaAlAs。
在本实施例中，具体的，量子阱层/量子点层4材料可以根据设计的垂直腔面发射激光器(VCSEL)工作波长选择。
在本实施例中，金属反射镜层7的材料为Au或Al或Ag或Ge等高反射率金属材料，，金属反射镜层7的材料也可以为多种高反射率金属材料的合金材料。
在上述各实施例的基础上，上述电流限制层11包括Al2O3材料层区域以及位于Al2O3材料层区域中央的AlGaAs材料层区域或InAlGaAs材料层区域。具体制作方法为Al组份大于90％的AlGaAs材料层或InAlGaAs材料层四周通过湿法氧化工艺转变为Al2O3材料层区域制得，并使Al2O3材料层区域围住的AlGaAs材料层或InAlGaAs材料层不氧化；形成2～15μm直径的AlGaAs材料层区域或InAlGaAs材料层区域，作为电流限制层的电流通过窗口。
在上述各实施例的基础上，本实施例中采用n型搀杂的GaAs作为第二衬底8，其中第一多层材料膜反射镜层2是32.5对p型掺杂Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As半导体材料构成的多层材料膜反射镜，第二多层材料膜反射镜6是24对n型掺杂Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As半导体材料构成的多层材料膜反射镜。上述金属反射镜层7的材料包括但不限为Au材料或Al材料或Ag或Ge材料等高反射率金属材料，具体的，金属反射镜层7的材料也可以为多种高反射率金属材料的合金材料，在本发明实施例中不作限定。上述量子阱层/量子点层4材料为AlGaAs、GaAs、GaN、InGaN、InGaAs、InGaAsP、InGaAsN或InGaAlAs等材料。具体的，量子阱层/量子点层4材料可以根据设计的垂直腔面发射激光器(VCSEL)工作波长选择，本实施例不作具体限定。进一步的，如图1所示，上述垂直腔面发射激光器(VCSEL)芯片还包括设置在上述欧姆接触层10上的第一电极1，其中，上述第一电极1为Ti/Pt/Au金属材料电极，其金属材料在本发明实施例中并不作限定。进一步的，如图1所示，上述垂直腔面发射激光器(VCSEL)芯片还包括：设置在上述第二衬底8上的第二电极9。其中，上述第二电极9为AuGe/Ni/Au金属材料电极，其金属材料在本发明实施例中并不作限定。
在上述各实施例的基础上，本实施例中采用p型搀杂的GaAs作为第二衬底8，其中第一多层材料膜反射镜层2是32.5对n型掺杂Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As半导体材料构成的多层材料膜反射镜，第二多层介质膜反射镜6是24对p型掺杂Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As半导体材料构成的多层材料膜反射镜，由此可以进一步降低反射镜层结构的电阻。上述金属反射镜层7的材料为Au材料或Al材料或Ge材料等高反射率金属材料，具体的，金属反射镜层7的材料也可以为多种高反射率金属材料的合金材料，在本发明实施例中不作限定。上述量子阱层/量子点层4材料为AlGaAs、GaAs、GaN、InGaN、InGaAs、InGaAsP、InGaAsN或InGaAlAs等材料。具体的，量子阱层/量子点层4材料可以根据设计的垂直腔面发射激光器(VCSEL)工作波长选择，本实施例不作具体限定。进一步的，如图1所示，上述垂直腔面发射激光器(VCSEL)芯片还包括设置在上述欧姆接触层10上的第一电极1，其中，上述第一电极1为AuGe/Ni/Au金属材料电极，其金属材料在本发明实施例中并不作限定。进一步的，如图1所示，上述垂直腔面发射激光器(VCSEL)芯片还包括：设置在上述第二衬底8上的第二电极9。其中，上述第二电极9为Ti/Pt/Au金属材料电极，其金属材料在本发明实施例中并不作限定。
本发明上述各实施例采用的多层材料膜反射镜和金属反射镜共同构成非出光面(底部)反射镜来代替传统VCSEL结构中上下双分布式布拉格反射镜，并通过在多层材料膜反射镜中加入相位优化层来调整相应反射镜对不同入射角度和波长入射光的反射特性以形成对VCSEL工作特性的优化。VCSEL的结构要求这两个DBR的反射率都必须足够的高，甚至达到99％以上，而且需要非出光面的反射镜反射率要高于出光侧反射镜的反射率，这就要求DBR的材料薄膜层的对数足够多，甚至多于40对。本发明上述各实施例所提出的代替方案能够减少材料膜薄层的对数，从而减低工艺的制作难度并且降低结构的串联电阻，提升垂直腔面发射激光器(VCSEL)的性能。
本实施例中还提供了一种垂直腔面发射激光器芯片制作方法，如图3所示，包括：
S1、在第一衬底301上依次生长欧姆接触层10、出光面反射镜、电流限制层11、第一包层3、量子阱层或量子点层4、第二包层5和非出光面反射镜；其中，所述非出光面反射镜包括第二包层5上依次层叠的第二多层材料膜反射镜层6和金属反射镜层7；所述出光面反射镜包括在所述欧姆接触层10上层叠的第一多层材料膜反射镜层2；且所述第二多层材料膜反射镜层6的对数少于所述第一多层材料膜反射镜层2的对数，所述第二多层材料膜反射镜层6的反射率低于所述第一多层材料膜反射镜层2的反射率；所述第一多层材料膜反射镜层2和/或所述第二多层材料膜反射镜层6为***相位优化层的多层材料膜反射镜结构。
S2、将所述金属反射镜层7键合至第二衬底上，去除所述第一衬底301，刻蚀所述欧姆接触层10、第一多层材料膜反射镜层2、电流限制层11、第一包层3、量子阱层或量子点层4、第二包层5，以曝露出所述第二多层材料膜反射镜层6。
如图4所示，包括：
S11、提供第一衬底301；具体的，所述第一衬底301为p型掺杂GaAs衬底，用于在其表面生长外延层结构。
S12、在第一衬底301上依次生长欧姆接触层10、第一多层材料膜反射镜层2、电流限制层11、第一包层3、量子阱层或量子点层4、第二包层5、第二多层材料膜反射镜层6和金属反射镜层7；
具体的，所述欧姆接触层10为GaAs欧姆接触层；第一多层材料膜反射镜层2相当于传统正装VCSEL芯片中的上包层上的反射镜层，本实施例中由Al0.1Ga0.9As/Al0.9Ga0.1As构成；电流限制层11的材料为高Al组份的AlGaAs材料，在本实施例中选取Al0.96Ga0.04As；第一包层3材料为Al0.3Ga0.7As材料；量子阱层4材料为3对GaAs/Al0.3Ga0.7As量子阱；第二包层5材料为Al0.3Ga0.7As材料，第二多层材料膜反射镜层6本实施例中由Al0.1Ga0.9As/Al0.9Ga0.1As构成；金属反射镜层7的材料为Au或Al或Ag或Ge等高反射率金属材料，具体的，金属反射镜层7的材料也可以为多种高反射率金属材料的合金材料。
S21、选择第二衬底8，将所述金属反射镜层7键合至所述第二衬底8上，同时除去第一衬底301；
S22、刻蚀部分所述欧姆接触层10、部分第一多层材料膜反射镜层2、部分所述电流限制层11、部分第一包层3、部分量子阱或量子点层4和部分第二包层5直至暴露出所述第二多层材料膜反射镜层6。具体的，通过光刻确定出VCSEL结构的图形掩模，然后通过干法刻蚀的工艺刻蚀部分所述欧姆接触层10、部分第一多层材料膜反射镜层2、部分所述电流限制层11、部分第一包层3、部分量子阱层/量子点层4和部分第二包层5，形成台面结构。
另外，刻蚀完成之后通过湿法氧化将电流限制层11由外至内的进行氧化，高Al组分的材料会由于氧化作用形成Al2O3材料，并且保留中间6微米直径尺寸的孔径不被氧化。Al2O3材料能够起到电流限制的作用，使电流通过中间特定的未被氧化的区域进行注入，以提高电流注入密度。
在上述各实施例的基础上，还包括：
在所述欧姆接触层10上形成第一电极1，在所述第二衬底8上形成第二电极9。
在所述欧姆接触层10一侧形成第一电极1。
具体的，在所述欧姆接触层10上进行光刻形成电极图案窗口，再蒸镀所述第一电极1，所述第一电极1为Ti/Pt/Au金属材料，本发明实施例中不做限定。然后再通过化学方法进行剥离，第一电极1制作完成。
在所述第二衬底8上形成第二电极9。
具体的，将所述第二衬底8进行减薄抛光处理后蒸镀所述第二电极9，所述第二电极9为AuGe/Ni/Au金属材料电极，本发明实施例中不做限定。
在上述各实施例的基础上，所述电流限制层11为Al组份大于90％的AlGaAs材料层或InAlGaAs材料层四周通过湿法氧化工艺转变为Al2O3材料层区域制得，使Al2O3材料层区域围住的AlGaAs材料层或InAlGaAs材料层不氧化；形成2～15μm直径的AlGaAs材料层区域或InAlGaAs材料层区域，作为电流限制层的电流通过窗口。
在上述各实施例的基础上，所述量子阱层或量子点层4材料为AlGaAs、GaAs、GaN、InGaN、InGaAs、InGaAsP、InGaAsN或InGaAlAs。
综上所述，本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器芯片及制作方法，将多层材料膜反射镜层和金属反射镜层结合起来构成的反射镜代替了传统VCSEL结构中上下双分布式布拉格反射镜，传统结构中的DBR需要很高的反射率甚至99％以上，因此这两个DBR就需要多对材料薄膜层，这在工艺上制作困难并且由于多层薄膜应力较大，也会影响垂直腔面发射激光器(VCSEL)性能。本发明所提出的代替方案能够很大程度上的降低工艺难度，不仅从工艺上降低了垂直腔面发射激光器(VCSEL)的制作难度同时能够降低结构的串联电阻，使本发明提出的垂直腔面发射激光器(VCSEL)芯片具有低电压。并且本发明所提出的替代方案能够使得两个反射镜都有很高的反射率，从而垂直腔面发射激光器(VCSEL)结构中能够实现光场的高谐振，结构性能也能大大提升。由此可知，本发明提出的垂直腔面发射激光器(VCSEL)芯片能够应用于光通信、光互连和光存储等方面，在云计算、5G、大数据等信息科技飞速发展的今天促进我国相关通信技术领域的发展。并且大功率的VCSEL能够很好的代替传统的EELD和LED等光源，在照明、医疗、LiDar激光探测和3D识别等新兴领域起到巨大的作用，并且进一步有很大的应用发展空间。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种垂直腔面发射激光器芯片，其特征在于，包括在第二衬底上依次层叠的非出光面反射镜、第二包层、量子阱层或量子点层、第一包层、电流限制层、出光面反射镜和欧姆接触层；
所述非出光面反射镜包括第二衬底上依次层叠的金属反射镜层和第二多层材料膜反射镜层；所述出光面反射镜包括在所述电流限制层上层叠的第一多层材料膜反射镜层；且所述第二多层材料膜反射镜层的对数少于所述第一多层材料膜反射镜层的对数，所述第二多层材料膜反射镜层的反射率低于所述第一多层材料膜反射镜层的反射率；所述第一多层材料膜反射镜层和/或所述第二多层材料膜反射镜层为***相位优化层的多层材料膜反射镜结构。
2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器芯片，其特征在于，所述第一多层材料膜反射镜层和所述第二多层材料膜反射镜层的多层材料为介质膜或半导体材料膜。
3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器芯片，其特征在于，所述第二衬底上背离所述金属反射镜层的一侧还设有第二电极；所述欧姆接触层上还设有第一电极。
4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器芯片，其特征在于，所述量子阱或量子点层材料为AlGaAs、GaAs、GaN、InGaN、InGaAs、InGaAsP、InGaAsN或InGaAlAs。
5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器芯片，其特征在于，所述金属反射镜层为高反射率金属材料，所述高反射率金属材料包括Au、Al和Ag，以及Au、Al和Ag的合金材料。
6.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器芯片，其特征在于，所述电流限制层包括Al2O3材料层区域以及位于Al2O3材料层区域中央的AlGaAs材料层区域或InAlGaAs材料层区域。
7.一种垂直腔面发射激光器芯片制作方法，其特征在于，包括：
在第一衬底上依次生长欧姆接触层、出光面反射镜、电流限制层、第一包层、量子阱层或量子点层、第二包层和非出光面反射镜；其中，所述非出光面反射镜包括第二包层上依次层叠的第二多层材料膜反射镜层和金属反射镜层；所述出光面反射镜包括在所述欧姆接触层上层叠的第一多层材料膜反射镜层；且所述第二多层材料膜反射镜层的对数少于所述第一多层材料膜反射镜层的对数，所述第二多层材料膜反射镜层的反射率低于所述第一多层材料膜反射镜层的反射率；所述第一多层材料膜反射镜层和/或所述第二多层材料膜反射镜层为***相位优化层的多层材料膜反射镜结构；
将所述金属反射镜层键合至第二衬底上，去除所述第一衬底；刻蚀所述欧姆接触层、第一多层材料膜反射镜层、电流限制层、第一包层、量子阱层或量子点层、第二包层，以曝露出所述第二多层材料膜反射镜层。
8.根据权利要求7所述的垂直腔面发射激光器芯片制作方法，其特征在于，还包括：
在所述欧姆接触层背离所述第一多层材料膜反射镜层的一侧形成第一电极，在所述第二衬底背离所述金属反射镜层一侧形成第二电极。
9.根据权利要求7所述的垂直腔面发射激光器芯片制作方法，其特征在于，所述电流限制层为Al组份大于90％的AlGaAs材料层或InAlGaAs材料层四周通过湿法氧化工艺转变为Al2O3材料层区域制得，并使Al2O3材料层区域围住的AlGaAs材料层或InAlGaAs材料层不氧化；形成2～15μm直径的AlGaAs材料层区域或InAlGaAs材料层区域，作为电流限制层的电流通过窗口。
10.根据权利要求7所述的垂直腔面发射激光器芯片制作方法，其特征在于，所述量子阱或量子点层材料为AlGaAs、GaAs、GaN、InGaN、InGaAs、InGaAsP、InGaAsN或InGaAlAs。
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