本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體激光器的，尤其是涉及一種高可靠性低噪聲垂直激光器的制備工藝及結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、高速垂直腔面發(fā)射激光器（vcsel）因其小尺寸，低功耗，低成本，高速率等特點(diǎn)在大數(shù)據(jù)中心和超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展中具有重要作用。數(shù)據(jù)吞吐量逐年增加致使數(shù)據(jù)中心及超算系統(tǒng)需要更高速率，更低噪聲的vcsel。

2、氧化限制型vcsel具有低成本，低功耗，低閾值等優(yōu)勢被用于vcsel的批量生產(chǎn)。現(xiàn)有vcsel的氧化孔其主要工藝步驟包括：晶片外延生長，在晶片外延生長過程中，在外延生長形成的層結(jié)構(gòu)中蝕刻出溝槽，從而形成柱狀（通常為圓柱狀）主動(dòng)區(qū)平臺(tái)，需要確保所述氧化限制層暴露于所述主動(dòng)區(qū)平臺(tái)的側(cè)壁?？涛g出的溝槽通常有兩種形式，一種是閉合溝槽，另一種是非閉合溝槽，兩種方式都是當(dāng)前vcsel刻蝕工藝的常見方式。

3、對(duì)主動(dòng)區(qū)平臺(tái)側(cè)壁進(jìn)行氧化，氧化時(shí)，沿著所述氧化限制層橫向進(jìn)行，中間未被氧化的區(qū)域構(gòu)成氧化孔，也就是vcsel的出光孔和電流注入?yún)^(qū)；之后再經(jīng)過表面鈍化。

4、傳統(tǒng)氧化限制型vcsel的氧化孔徑形狀被設(shè)計(jì)為盡可能接近圓形，使電流均勻注入，減少器件因氧化層開裂導(dǎo)致器件失效。但類圓形氧化孔徑導(dǎo)致橫模兩個(gè)正交偏振態(tài)無選擇性競爭，惡化了相對(duì)強(qiáng)度噪聲，極大影響了高速的傳輸性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了降低噪聲，提高傳輸性能，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N高可靠性低噪聲垂直激光器的制備工藝及結(jié)構(gòu)。

2、本申請(qǐng)的其一目的是提供一種高可靠性低噪聲垂直激光器的制備工藝，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種高可靠性低噪聲垂直激光器的制備工藝，包括，

4、s1、選用晶格方向?yàn)閇1?0?0]?2-15°偏[1?1?0]的襯底；

5、s2、在襯底的層結(jié)構(gòu)上刻蝕有兩個(gè)正對(duì)的弧形溝槽，兩個(gè)弧形溝槽的端部之間形成有開口，且開口方向沿晶向[0?0?1]；

6、s3、對(duì)層結(jié)構(gòu)內(nèi)的氧化限制層進(jìn)行氧化，兩個(gè)弧形溝槽中間形成類圓形的氧化孔；

7、s4、將鈍化保護(hù)膜覆蓋在開口處及器件表面形成表面鈍化層；

8、s5、填充開口形成介質(zhì)填充層，同時(shí)通過開口位置連接金屬圓環(huán)，將p極電流注入點(diǎn)引至外圍區(qū)域形成p面歐姆接觸層；

9、s6、將發(fā)光區(qū)頂部的表面鈍化層刻蝕出短、長軸比為1:1-1:2的橢圓浮雕形成偏振控制層。

10、通過采用上述技術(shù)方案，為了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，防止鍍膜應(yīng)力導(dǎo)致氧化層開裂，影響可靠性，大多采用非閉合溝槽。非閉合溝槽結(jié)構(gòu)導(dǎo)致氧化孔徑為非圓形，導(dǎo)致電流注入不均勻，局部電流密度過大，導(dǎo)致器件失效。常規(guī)將非閉合溝槽結(jié)構(gòu)制作為類圓形氧化孔徑，需要在溝槽側(cè)壁部分區(qū)域設(shè)置阻礙層來主動(dòng)修正各方向氧化速率的差異，此工藝極其復(fù)雜且不穩(wěn)定。

11、本發(fā)明在保留非閉合溝槽基礎(chǔ)上，將弧形溝槽開口設(shè)計(jì)朝向[0?0?1]晶格方向，器件最終氧化形狀為類圓形，相較于非圓形氧化形狀，有效提高可靠性。同時(shí)將表面鈍化膜刻蝕出短、長軸比為1:1-1:2橢圓浮雕圖形,調(diào)控出射光偏振特性，降低相對(duì)強(qiáng)度噪聲，有效提高傳輸質(zhì)量。

12、作為優(yōu)選，s6步驟中的浮雕沿晶向[0?1?1][0?-1?1]刻蝕。

13、作為優(yōu)選，還包括步驟s7、使用蒸鍍工藝，將金屬圓環(huán)制作于器件發(fā)光區(qū)頂部，作為電流注入?yún)^(qū)。

14、作為優(yōu)選，s2中兩個(gè)開口的距離不同。

15、作為優(yōu)選，s5中通過電鍍工藝采用苯丙環(huán)丁烯為填充介質(zhì)填充開口。

16、通過采用上述技術(shù)方案，降低外部寄生電容。

17、作為優(yōu)選，s4中表面鈍化層的材料為sinx。

18、通過采用上述技術(shù)方案，sinx的應(yīng)力較低，降低內(nèi)部應(yīng)力。

19、本申請(qǐng)的另一目的是提供一種高可靠性低噪聲垂直激光器的結(jié)構(gòu)，采用如下的技術(shù)方案：

20、一種高可靠性低噪聲垂直激光器的結(jié)構(gòu)，通過上述的一種高可靠性低噪聲垂直激光器的制備工藝制成，包括襯底，襯底上設(shè)有層結(jié)構(gòu)，所述層結(jié)構(gòu)包括發(fā)光區(qū)，發(fā)光區(qū)中心設(shè)有類圓形的氧化孔，所述層結(jié)構(gòu)包括位于頂部的表面鈍化層，位于發(fā)光區(qū)的表面鈍化層上刻蝕有橢圓形的表面浮雕。

21、通過采用上述技術(shù)方案，兼顧高可靠性類圓形氧化孔徑技術(shù)同時(shí)可實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)控制，可在極低的成本和代價(jià)下實(shí)現(xiàn)高可靠性，低噪聲的垂直腔面發(fā)射激光器制造。

22、作為優(yōu)選，所述層結(jié)構(gòu)包括從下往上依次設(shè)置的n面dbr層、n型限制層、有源區(qū)、p型限制層、氧化限制層、p型dbr層、離子注入層、介質(zhì)填充層和表面鈍化層，所述襯底上還設(shè)有n面電極，所述離子注入層位于發(fā)光區(qū)內(nèi)的p型dbr層的外側(cè)，所述發(fā)光區(qū)頂部設(shè)有p面歐姆接觸層。

23、通過采用上述技術(shù)方案，增加了氧化層上非導(dǎo)電區(qū)域的有效厚度，降低器件寄生電容，提高器件的高速特性。

24、綜上所述，本申請(qǐng)包括以下有益技術(shù)效果：

25、兼顧高可靠性類圓形氧化孔徑技術(shù)同時(shí)可實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)控制，可在極低的成本和代價(jià)下實(shí)現(xiàn)高可靠性，低噪聲的垂直腔面發(fā)射激光器制造。

技術(shù)特征：

1.一種高可靠性低噪聲垂直激光器的制備工藝，其特征在于：包括，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠性低噪聲垂直激光器的制備工藝，其特征在于：s6步驟中的浮雕沿晶向[0?1?1][0?-1?1]刻蝕。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠性低噪聲垂直激光器的制備工藝，其特征在于：還包括步驟s7、使用蒸鍍工藝，將金屬圓環(huán)制作于器件發(fā)光區(qū)頂部，作為電流注入?yún)^(qū)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠性低噪聲垂直激光器的制備工藝，其特征在于：s2中兩個(gè)開口（15）的距離不同。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠性低噪聲垂直激光器的制備工藝，其特征在于：s5中通過電鍍工藝采用苯丙環(huán)丁烯為填充介質(zhì)填充開口（15）。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠性低噪聲垂直激光器的制備工藝，其特征在于：s4中表面鈍化層（11）的材料為sinx。

7.一種高可靠性低噪聲垂直激光器的結(jié)構(gòu)，其特征在于：通過如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種高可靠性低噪聲垂直激光器的制備工藝制成，包括襯底（1），襯底（1）上設(shè)有層結(jié)構(gòu)，所述層結(jié)構(gòu)包括發(fā)光區(qū)，發(fā)光區(qū)中心設(shè)有類圓形的氧化孔（16），所述層結(jié)構(gòu)包括位于頂部的表面鈍化層（11），位于發(fā)光區(qū)的表面鈍化層（11）上刻蝕有橢圓形的表面浮雕。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高可靠性低噪聲垂直激光器的結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述層結(jié)構(gòu)包括從下往上依次設(shè)置的n面dbr層（3）、n型限制層（4）、有源區(qū)（5）、p型限制層（6）、氧化限制層（7）、p型dbr層（8）、離子注入層（9）、介質(zhì)填充層（10）和表面鈍化層（11），所述襯底（1）上還設(shè)有n面電極（2），所述離子注入層（9）位于發(fā)光區(qū)內(nèi)的p型dbr層（8）的外側(cè)，所述發(fā)光區(qū)頂部設(shè)有p面歐姆接觸層（12）。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體激光器的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高可靠性低噪聲垂直激光器的制備工藝及結(jié)構(gòu)，選用晶格方向?yàn)閇1?0?0]?2?15°偏[1?1?0]的襯底；在襯底的層結(jié)構(gòu)上刻蝕兩個(gè)弧形溝槽，兩個(gè)弧形溝槽的端部之間形成開口，且開口方向沿晶向[0?0?1]；對(duì)氧化限制層進(jìn)行氧化，兩個(gè)弧形溝槽中間形成類圓形的氧化孔；將鈍化保護(hù)膜覆蓋在開口處及器件表面；填充開口，通過開口位置連接金屬圓環(huán)，將P極電流注入點(diǎn)引至外圍區(qū)域；將發(fā)光區(qū)頂部的表面鈍化層刻蝕出短、長軸比為1:1?1:2的橢圓浮雕。開口設(shè)計(jì)朝向[0?0?1]晶格方向，器件最終氧化形狀為類圓形，提高可靠性。將表面鈍化膜刻蝕出橢圓浮雕,降低相對(duì)強(qiáng)度噪聲，有效提高傳輸質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：楊惠婷,李明欣,向磊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：無錫市華辰芯光半導(dǎo)體科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2