CN114204414A - 一种光学路径可控高导热、低电阻的vcsel制作方法及vcsel - Google Patents

一种光学路径可控高导热、低电阻的vcsel制作方法及vcsel Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光学路径可控高导热、低电阻的VCSEL制作方法及VCSEL，其中该方法包括以下步骤：将MQW层上方的主要DBRAlxiGa1‑xiAs/AlyGa1‑yAs(xi>y，0≤y≤1，且xi由上至下逐渐变大)中高Al％组分AlxiGa1‑xiAs的部分进行完全氧化，使其转变成Al2O3，在所需的光学路径上形成AlxiGa1‑xiAs/AlyGa1‑yAs DBR堆叠结构并使所述AlxiGa1‑xiAs/AlyGa1‑yAs DBR堆叠结构从上至下逐渐变窄，同时通过控制较临近MQW的低Al％组分AlzGa1‑zAs的氧化速率，继而控制中心未被氧化的AlzGa1‑zAs电流孔径的大小，其中Al％组分满足z>xi>y；将***部分完全氧化所形成的Al2O3以化学刻蚀方式去除，保留光学路径的AlxiGa1‑xiAs/AlyGa1‑yAs DBR堆叠结构；去除***部分的Al2O3所形成的空间以原子层沉积、溅镀、蒸镀及电镀中的一种或多种组合方式填充欧姆金属，以形成低电阻的电学导通路径。

Description

一种光学路径可控高导热、低电阻的VCSEL制作方法及VCSEL
技术领域
本发明涉及VCSEL技术领域，尤其涉及一种光学路径可控高导热、低电阻的VCSEL制作方法及VCSEL。
背景技术
现有的谐振腔反射镜是由AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs以外延方式堆叠而成。由于其折射率差异小，导致需要比较多对AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs堆叠以达到接近99％的反射率。电流局限由氧化工艺将AlGaAs转化成Al2O3，***被氧化的形成电流局限层，没被氧化的形成电流通道。整体的电流通道较小、且AlGaAs本身就是比较难掺杂的半导体材料，相较于金属而言电阻较高。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提出一种光学路径可控、高导热、低电阻的VCSEL制作方法及VCSEL。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种光学路径可控高导热、低电阻DBR对叠层的VCSEL制作方法，包括以下步骤：将MQW层上方的主要DBR AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs(xi>y，0≤y≤1，且xi由上至下逐渐变大)中高Al％组分AlxiGa1-xiAs的部分进行完全氧化，使其转变成Al2O3，在所需的光学路径上形成AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠结构并使所述AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠结构从上至下逐渐变窄，同时通过控制较临近MQW的低Al％组分AlzGa1-zAs的氧化速率，继而控制中心未被氧化的AlzGa1-zAs电流孔径的大小，其中Al％组分满足z>xi>y；将***部分完全氧化所形成的Al2O3以化学刻蚀方式去除，保留光学路径的AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠结构；去除***部分的Al2O3所形成的空间以原子层沉积、溅镀、蒸镀及电镀中的一种或多种组合方式填充欧姆金属，以形成低电阻的电学导通路径。
进一步的，还包括之前的外延成长、平台刻蚀/上电极制作。
进一步的，还包括在去除***部分的Al2O3之前通过光阻保护MQW临近Al2O3。
进一步的，除***部分的Al2O3采用刻蚀工艺。
进一步的，还包括之后的二次台面刻蚀、下电极制作、介电层涂布及焊垫蒸镀。
本发明还提供一种光学路径可控、高导热、低电阻的VCSEL，包括衬底、电极接触层、下DBR、MQW、上DBR，其中，所述上DBR内的光学路径上的堆叠结构由下至上逐渐变大，所述堆叠结构的两侧填充有欧姆金属。
进一步的，在所述MQW上方的设有电流孔径，所述电流孔径的外径小于所述堆叠结构的外径。
进一步的，所述堆叠结构由AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs形成。
本发明的有益效果在于：通过氧化高Al％组分AlxiGa1-xiAs形成AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠结构，通过控制氧化速率，使得光学路径可控，通过使AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠结构由上至下逐渐变窄，形成一个敞口型，更加方便电流通过；且通过控制低Al％组分AlzGa1-zAs的氧化速率继而控制中心未被氧化的AlzGa1-zAs电流孔径的大小，从而控制整个电流通道，使得电流通道可控。以欧姆金属作为电流局限层取代现有的Al2O3，降低了电阻并且提高了导热能力。
附图说明
图1是本发明实施例一种光学路径可控高导热、低电阻的VCSEL制作方法及VCSEL的在AlyGa1-yAs中y＝0时的工艺结构流程示意图；
图2是本发明实施例一种光学路径可控高导热、低电阻的VCSEL制作方法及VCSEL的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明一种光学路径可控高导热、低电阻的VCSEL制作方法及VCSEL进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1-图2，一种光学路径可控高导热、低电阻DBR对叠层的VCSEL制作方法，包括以下步骤：将MQW层上方的主要DBR AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs(xi>y，0≤y≤1，且xi由上至下逐渐变大)中高Al％组分AlxiGa1-xiAs的部分进行完全氧化，使其转变成Al2O3，在所需的光学路径上形成AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠结构并使所述AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠结构从上至下逐渐变窄，同时通过控制较临近MQW的低Al％组分AlzGa1-zAs的氧化速率，继而控制中心未被氧化的AlzGa1-zAs电流孔径的大小，其中Al％组分满足z>xi>y；将***部分完全氧化所形成的Al2O3以化学刻蚀方式去除，保留光学路径的AlxiGa1-xiAs/AlyGa1- yAs DBR堆叠结构；去除***部分的Al2O3所形成的空间以原子层沉积、溅镀、蒸镀及电镀中的一种或多种组合方式填充欧姆金属，以形成低电阻的电学导通路径。
通过氧化高Al％组分AlxiGa1-xiAs形成AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠结构，通过控制氧化速率，使得光学路径可控，通过使AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠结构由上至下逐渐变窄，形成一个敞口型，更加方便电流通过；且通过控制低Al％组分AlzGa1-zAs的氧化速率继而控制中心未被氧化的AlzGa1-zAs电流孔径的大小，从而控制整个电流通道，使得电流通道可控，由于整个电流通道通过控制形成了一个近似漏斗的形状，可以更好地方便电流通过。以欧姆金属作为电流局限层取代现有的Al2O3，降低了电阻并且提高了导热能力。以欧姆金属作为电流局限层取代现有的Al2O3，降低了电阻并且提高了导热能力。可以理解的，xi由上至下逐渐变大，即Al％由上到下逐渐变大，借以控制中心光电学路径的几何形状。
进一步的，还包括之前的外延成长、平台刻蚀/上电极制作。
进一步的，还包括在去除***部分的Al2O3之前通过光阻保护MQW临近Al2O3。
进一步的，除***部分的Al2O3采用刻蚀工艺。即可以根据需要选用湿法刻蚀或干法刻蚀工艺进行。
进一步的，还包括之后的二次台面刻蚀、下电极制作、介电层涂布及焊垫蒸镀。
可以理解的，整体流程依次包括：外延成长，形成外延结构，一般主要包括上DBR层、MQW、下DBR层和衬底；一次平台刻蚀/上电极制作，一次平台刻蚀使上DBR层形成一次刻蚀台面，上电极制作即在一次刻蚀台面上形成上电极，一般可采用蒸镀的方式形成电极；氧化法形成HC-DBR(High contract conductivity-distributed Bragg reflectors，高折射率对比-分散式布拉格反射镜)，即将MQW层上方的主要DBR AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs(x>y，0≤y≤1)中高Al％组分AlxGa1-xAs的部分进行完全氧化，使其转变成Al2O3，在所需的光学路径上形成AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠结构，并通过控制较临近MQW的低Al％组分AlzGa1-zAs的氧化速率，继而控制中心未被氧化的AlzGa1-zAs电流孔径的大小，其中Al％组分满足z>xi>y；光阻保护MQW临近Al2O3，即将MQW上面、露出在一次刻蚀台面外的Al2O3用光阻保护起来，一般可通过涂布工艺形成光阻；化学刻蚀去除***Al2O3，即将***部分完全氧化所形成的Al2O3以化学刻蚀方式去除，保留光学路径的AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠结构并使所述AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠结构从上至下逐渐变窄，同时通过控制较临近MQW的低Al％组分AlzGa1-zAs的氧化速率，继而控制中心未被氧化的AlzGa1-zAs电流孔径的大小；欧姆金属填充，即通过以原子层沉积、溅镀、蒸镀及电镀中的一种或多种组合方式以原子层沉积、溅镀、蒸镀及电镀中的一种或多种组合方式填充欧姆金属以形成低电阻的电学导通路径；二次台面刻蚀，即刻蚀MQW下方、衬底上方的下DBR部分，形成二次刻蚀台面；下电极制作，即在二次刻蚀台面外的电极接触层(下DBR与衬底之间的部分)上形成下电极；介电层涂布及焊垫蒸镀。
明显地，每一对AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠层的厚度满足谐振腔λ/2neff的要求，其中λ为激光器主要放射波长、neff为该波长在每对DBR堆叠层的等效折射率。
本发明还提供一种光学路径可控、高导热、低电阻的VCSEL，包括衬底、电极接触层、下DBR、MQW、上DBR，其中，所述上DBR内的光学路径上的堆叠结构由下至上逐渐变大，所述堆叠结构的两侧填充有欧姆金属。
进一步的，在所述MQW上方的设有电流孔径，所述电流孔径的外径小于所述堆叠结构的外径。即堆叠结构的外径大于电流孔径的外径，形成漏斗形状，使得电流能够更方便地进入电流孔径内，从而提高效率。
进一步的，所述堆叠结构的光学路径由AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs形成。
可以理解的，VCSEL即垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-EmittingLaser，简称VCSEL，又译垂直共振腔面射型激光)；MQW即Multiple Quantum Well，多量子阱；ALD即Atomic layer deposition，原子层沉积；DBR即Distributed Bragg Reflector，分布时布拉格反射镜。Al即铝，Ga即镓，As即砷，Al2O3即氧化铝泛指VCSEL结构中AlGaAs经氧化而得以Al2O3为主而含有少量的的Ga2O3、GaAs或AlAs的混合物。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
综上所述，本发明提供的一种光学路径可控高导热、低电阻的VCSEL制作方法及VCSEL，通过氧化高Al％组分AlxiGa1-xiAs形成AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠结构，通过控制氧化速率，使得光学路径可控，通过使AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠结构由上至下逐渐变窄，形成一个敞口型，更加方便电流通过；且通过控制低Al％组分AlzGa1-zAs的氧化速率继而控制中心未被氧化的AlzGa1-zAs电流孔径的大小，从而控制整个电流通道，使得电流通道可控。以欧姆金属作为电流局限层取代现有的Al2O3，降低了电阻并且提高了导热能力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种光学路径可控高导热、低电阻DBR对叠层的VCSEL制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
将MQW层上方的主要DBR AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs(xi>y，0≤y≤1，且xi由上至下逐渐变大)中高Al％组分AlxiGa1-xiAs中的***部分进行完全氧化，使其转变成Al2O3，在所需的光学路径上形成AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAsDBR堆叠结构并使所述AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠结构从上至下逐渐变窄，同时通过控制较临近MQW的低Al％组分AlzGa1-zAs的氧化速率，继而控制中心未被氧化的AlzGa1-zAs电流孔径的大小，其中Al％组分满足z>xi>y；
将***部分完全氧化所形成的Al2O3以化学刻蚀方式去除，保留光学路径的AlxiGa1- xiAs/AlyGa1-yAs DBR堆叠结构；
去除***部分的Al2O3所形成的空间以原子层沉积、溅镀、蒸镀及电镀中的一种或多种组合方式填充欧姆金属，以形成低电阻的电学导通路径。
2.根据权利要求1所述的一种光学路径可控高导热、低电阻DBR对叠层的VCSEL制作方法，其特征在于，还包括之前的外延成长、平台刻蚀/上电极制作。
3.根据权利要求1所述的一种光学路径可控高导热、低电阻DBR对叠层的VCSEL制作方法，其特征在于，还包括在去除***部分的Al2O3之前通过光阻保护MQW临近Al2O3。
4.根据权利要求1所述的一种光学路径可控高导热、低电阻DBR对叠层的VCSEL制作方法，其特征在于，除***部分的Al2O3采用刻蚀工艺。
5.根据权利要求1所述的一种光学路径可控高导热、低电阻DBR对叠层的VCSEL制作方法，其特征在于，还包括之后的二次台面刻蚀、下电极制作、介电层涂布及焊垫蒸镀。
6.一种光学路径可控高导热、低电阻DBR对叠层的VCSEL，其特征在于，包括衬底、电极接触层、下DBR、MQW、上DBR，其中，所述上DBR内的光学路径上的堆叠结构由下至上逐渐变大，所述堆叠结构的两侧填充有欧姆金属。
7.根据权利要求6所述的一种光学路径可控高导热、低电阻DBR对叠层的VCSEL，其特征在于，在所述MQW上方的设有电流孔径，所述电流孔径的外径小于所述堆叠结构的外径。
8.根据权利要求6所述的一种光学路径可控高导热、低电阻DBR对叠层的VCSEL，其特征在于，所述堆叠结构由AlxiGa1-xiAs/AlyGa1-yAs形成。
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