一种VCSEL激光器及其制作方法与流程

本发明涉及vcsel技术领域，尤其涉及一种vcsel激光器及其制作方法。

背景技术：

近年来，随着网络技术的迅猛发展，网络用户急剧上升，网络拥挤日益严重，对网络的传输容量和传输速度的要求越来越高，其中垂直腔面发射激光器(又称vcsel激光器)尤其引人注目。它不仅提供了更多的自由波长，大大降低系统的运营成本和备份成本，极大地提高了系统的容量和传输量，且波长实时可调，是未来全光网络的关键器件。

现有的垂直腔面发射激光器，通常采用设置氧化层来限制电流，实现电流引导，但是其电流仍然容易向四周扩散，激光器的激射效率低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的为：提供一种激射效率高的vcsel激光器及其制作方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种vcsel激光器，包括：沿垂直方向依次层叠的第一电极、导电基板、键合层、透明导电层、第一欧姆接触层、第一dbr层、第一氧化层、有源层、第二氧化层、第二欧姆接触层和第二dbr层，所述透明导电层位于所述导电基板的中心区域，所述第一欧姆接触层位于所述第一dbr层的中心区域，所述第二dbr层位于所述第二欧姆接触层的中心区域，

还包括绝缘介质层和环形第二电极，所述绝缘介质层设于所述导电基板和所述第一dbr层之间并环绕所述透明导电层和第一欧姆接触层设置，所述环形第二电极设于所述第二欧姆接触层设有第二dbr层的一侧并环绕所述第二dbr层设置，

所述透明导电层和第一欧姆接触层构成第一导电通道，所述第一氧化层具有第二导电通道，所述第二氧化层具有第三导电通道，所述环形第二电极的中空部位构成出光孔，所述出光孔、第三导电通道、第二导电通道和第一导电通道在水平方向的尺寸依次减小。

进一步的，所述出光孔的中心、第三导电通道的中心、第二导电通道的中心和第一导电通道的中心位于同一直线上。

进一步的，所述出光孔、第三导电通道、第二导电通道和第一导电通道在水平方向的尺寸呈线性依次减小。

进一步的，所述出光孔、第三导电通道、第二导电通道和第一导电通道在水平方向的尺寸呈非线性依次减小。

进一步的，所述透明导电层和所述第一欧姆接触层的厚度之和与所述绝缘介质层的厚度相同。

进一步的，还包括保护层，所述保护层设于所述第二dbr背离所述第二欧姆接触层的一侧，所述环形第二电极环绕所述保护层设置，所述第二dbr层与所述保护层的厚度之和小于所述环形第二电极的厚度。

进一步的，还包括金属反射镜，所述金属反射镜分别设于所述键合层与所述透明导电层之间，以及所述键合层与所述绝缘介质层之间，所述透明导电层位于所述金属反射镜的中心区域。

进一步的，还包括第一限制层和第二限制层，所述第一限制层设于所述第一氧化层与所述有源层之间，所述第二限制层设于所述第二氧化层与所述有源层之间。

本发明采用的另一个技术方案为：

一种vcsel激光器的制作方法，用于制造上述vcsel激光器，包括：

在衬底上依次生长缓冲层、腐蚀截止层、第二dbr层、第二欧姆接触层、第二氧化层、有源层、第一氧化层、第一dbr层和第一欧姆接触层；

在所述第一欧姆接触层背离所述第一dbr层的一侧设置透明导电层；

蚀刻所述透明导电层和所述第一欧姆接触层的外围部分至露出所述第一dbr层；

在所述第一dbr层靠近所述欧姆接触层的一侧设置环绕所述透明导电层和所述第一欧姆接触层的绝缘介质层；

通过键合层以将导电基板分别键合至所述绝缘介质层远离所述第一dbr层的一侧，以及所述透明导电层背离所述第一dbr层的一侧；

腐蚀去除所述衬底、缓冲层和腐蚀截止层，直至露出所述第二dbr层；

在所述导电基板远离所述键合层的一侧设置第一电极；

蚀刻所述第二dbr层的外围部分至露出所述第二欧姆接触层；

在所述第二欧姆接触层靠近所述第二dbr层的一侧设置环绕所述第二dbr层的环形第二电极；

所述透明导电层和第一欧姆接触层构成第一导电通道，所述第一氧化层具有第二导电通道，所述第二氧化层具有第三导电通道，所述环形第二电极的中空部位构成出光孔，所述出光孔、第三导电通道、第二导电通道和第一导电通道在水平方向的尺寸依次减小。

进一步的，设置所述绝缘介质层之后，设置所述键合层之前，还包括：在所述绝缘介质层远离所述第一dbr层的一侧和所述透明导电层远离所述第一欧姆接触层的一侧设置金属反射镜；所述键合层设于所述金属反射镜远离所述绝缘介质层和透明导电层的一侧。

从上述描述可知：

(1)本发明的vcsel激光器，通过设置绝缘介质层、第一氧化层和第二氧化层对电流进行限制，被绝缘介质层环绕的透明导电层和第一欧姆接触层构成第一导电通道，第一氧化层具有第二导电通道，第二氧化层具有第三导电通道，且出光孔、第三导电通道、第二导电通道和第一导电通道在水平方向的尺寸依次减小，从而能够有效地将电流导向由第一导电通道、第二导电通道和第三导电通道限定的区域，提高激光效率。

(2)本发明的vcsel激光器的制作方法，先在在衬底上制作出具有第二导电通道和第三导电通道两层电流引导的外延结构，然后制作由绝缘介质层限制的第一导电通道，且出光孔、第三导电通道、第二导电通道和第一导电通道在水平方向的尺寸依次减小，再将整个结构从衬底转移到导电基板，形成高效率激光器，制作工艺简单。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的vcsel激光器的结构示意图一；

图2为本发明实施例的vcsel激光器的结构示意图二；

图3-12为本发明实施例二的vcsel激光器的制作方法各步骤对应的结构示意图；

1、第一电极；2、导电基板；3、键合层；4、透明导电层；5、第一欧姆接触层；6、第一dbr层；7、第一氧化层；8、有源层；9、第二氧化层；10、第二欧姆接触层；11、第二dbr层；12、绝缘介质层；13、环形第二电极；14、保护层；15、金属反射镜；16、第一限制层；17、第二限制层；18、衬底；19、缓冲层；20、腐蚀截止层；a、第一导电通道；b、第二导电通道；c、第三导电通道；d、出光孔。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1和图2，本发明提供一种vcsel激光器，包括：沿垂直方向依次层叠的第一电极1、导电基板2、键合层3、透明导电层4、第一欧姆接触层5、第一dbr层6、第一氧化层7、有源层8、第二氧化层9、第二欧姆接触层10和第二dbr层11，所述透明导电层4位于所述导电基板2的中心区域，所述第一欧姆接触层5位于所述第一dbr层6的中心区域，所述第二dbr层11位于所述第二欧姆接触层10的中心区域，

还包括绝缘介质层12和环形第二电极13，所述绝缘介质层12设于所述导电基板2和所述第一dbr层6之间并环绕所述透明导电层4和第一欧姆接触层5设置，所述环形第二电极13设于所述第二欧姆接触层10设有第二dbr层11的一侧并环绕所述第二dbr层11设置，

所述透明导电层4和第一欧姆接触层5构成第一导电通道a，所述第一氧化层7具有第二导电通道b，所述第二氧化层9具有第三导电通道c，所述环形第二电极13的中空部位构成出光孔d，所述出光孔d、第三导电通道c、第二导电通道b和第一导电通道a在水平方向的尺寸依次减小。

需要说明的是，所述第一氧化成和第二氧化层9，由于氧化，从而形成限制结构和导电通道，实现对电流的限制。本发明通过出光孔、第三导电通道、第二导电通道和第一导电通道在水平方向的尺寸依次减小的设置，将电流导向一限定区域，防止电流扩散，提高了光子能量，且出光孔配合该限定区域，有效降低光线的输出损耗，提高激射效率。

在一优选设置中，所述第一电极1为p电极，所述第一欧姆接触层5为p型欧姆接触层，所述第一dbr层6为p型dbr层，所述环形第二电极13为环形n电极，所述第二欧姆接触层10为n型欧姆接触层，所述第二dbr层11为n型dbr层。当然，本发明对p、n极性设置不作限定。

所述透明导电层4和第一欧姆接触层5可分别呈圆柱状，且所述透明导电层4和第一欧姆接触层5在水平方向的尺寸相同，一方面可实现良好的电流限制，另一方面可降低工艺难度。透明导电层4和第一欧姆接触层5也可呈圆台状、梯形体等气体形状，本发明对透明导电层4和第一欧姆接触层5的形状和尺寸不作限定。

所述出光孔d、第三导电通道c、第二导电通道b和第一导电通道a优选为圆孔状。

进一步的，所述出光孔d的中心、第三导电通道c的中心、第二导电通道b的中心和第一导电通道a的中心位于同一直线上。

进一步的，所述出光孔d、第三导电通道c、第二导电通道b和第一导电通道a在水平方向的尺寸呈线性依次减小。

进一步的，所述出光孔d、第三导电通道c、第二导电通道b和第一导电通道a在水平方向的尺寸呈非线性依次减小。

从上述可知，本发明的出光孔d、第三导电通道c、第二导电通道b和第一导电通道a在水平方向的尺寸可呈线性依次减小，也可呈非线性依次减小。优选呈线性依次减小，从而第三导电通道c、第二导电通道b和第一导电通道a配合构成一限流区域，(例如当第三导电通道c、第二导电通道b和第一导电通道a分别呈圆孔状时，形成一由透明导电层4向环形第二电极13延伸的圆台状限流区域)，能够将电流基本限制在该限流区域内，且出光孔d、第三导电通道c、第二导电通道b和第一导电通道a在水平方向的尺寸可呈线性依次减小，出光方向与限流区域相配合，激光能够无遮挡地从出光孔d射出，从而最大限度的减少能量损耗，提高激射效率。

进一步的，所述透明导电层4和所述绝缘介质层12的厚度之和与所述第一欧姆接触层5的厚度相同。

进一步的，还包括金属反射镜15，所述金属反射镜15分别设于所述键合层3与所述透明导电层4之间，以及所述键合层3与所述绝缘介质层12之间。

从上述可知，通过设置金属反射镜15，能够对dbr层未反射的光线进行反射，确保光线从出光孔d射出。透明导电层4和所述绝缘介质层12的厚度之和与所述第一欧姆接触层5的厚度相同，透明绝缘层和绝缘介质层12的靠近所述金属反射镜15的一侧位于同一平面，即金属反射镜15为平整状态，从而使得金属反射镜15反射效果最佳。

进一步的，还包括保护层14，所述保护层14设于所述第二dbr背离所述第二欧姆接触层10的一侧，所述环形第二电极13环绕所述保护层14设置，所述第二dbr层11与所述保护层14的厚度之和小于所述环形第二电极13的厚度。

进一步的，还包括第一限制层16和第二限制层17，所述第一限制层16设于所述第一氧化层7与所述有源层8之间，所述第二限制层17设于所述第二氧化层9与所述有源层8之间。

本发明还提供一种vcsel激光器的制作方法，用于制造上述vcsel激光器，包括：

在衬底18上依次生长缓冲层19、腐蚀截止层20、第二dbr层11、第二欧姆接触层10、第二氧化层9、有源层8、第一氧化层7、第一dbr层6和第一欧姆接触层5；

在所述第一欧姆接触层5背离所述第一dbr层6的一侧设置透明导电层4；

蚀刻所述透明导电层4和所述第一欧姆接触层5的外围部分至露出所述第一dbr层6；

在所述第一dbr层6靠近所述欧姆接触层的一侧设置环绕所述透明导电层4和所述第一欧姆接触层5的绝缘介质层12；

通过键合层3以将导电基板2分别键合至所述绝缘介质层12远离所述第一dbr层6的一侧，以及所述透明导电层4背离所述第一dbr层6的一侧；

腐蚀去除所述衬底18、缓冲层19和腐蚀截止层20，直至露出所述第二dbr层11；

在所述导电基板2远离所述键合层3的一侧设置第一电极1；

蚀刻所述第二dbr层11的外围部分至露出所述第二欧姆接触层10；

在所述第二欧姆接触层10靠近所述第二dbr层11的一侧设置环绕所述第二dbr层11的环形第二电极13；

所述透明导电层4和第一欧姆接触层5构成第一导电通道a，所述第一氧化层7具有第二导电通道b，所述第二氧化层9具有第三导电通道c，所述环形第二电极13的中空部位构成出光孔d，所述出光孔d、第三导电通道c、第二导电通道b和第一导电通道a在水平方向的尺寸依次减小。

进一步的，设置所述绝缘介质层12之后，设置所述键合层3之前，还包括：在所述绝缘介质层12远离所述第一dbr层6的一侧和所述透明导电层4远离所述第一欧姆接触层5的一侧设置金属反射镜15；所述键合层3设于所述金属反射镜15远离所述绝缘介质层12和透明导电层4的一侧。

进一步的，生长所述第二氧化层9之后，生长所述有源层8之前，还包括：生长第二限制层17；生长有源层8之后，生长第一氧化层7之前，还包括：生长第一限制层16。

进一步的，腐蚀去除所述衬底18、缓冲层19和腐蚀截止层20之后，蚀刻所述第二dbr层11之前，还包括在第二dbr层11背离所述第二欧姆层的一侧设置保护层14；蚀刻所述保护层14和第二dbr层11的外围部分至露出所述第二欧姆接触层10，然后在所述第二欧姆接触层10靠近所述第二dbr层11的一侧设置环绕所述第二dbr层11和所述保护层14的环形第二电极13。

下面是本发明的具体实施例：

实施例一

如图2所示，一种vcsel激光器，包括：沿垂直方向依次层叠的一电极、导电基板2、键合层3、金属反射镜15、透明导电层4、第一欧姆接触层5、第一dbr层6、第一氧化层7、第一限制层16、有源层8、第二限制层17、第二氧化层9、第二欧姆接触层10、第二dbr层11和保护层14。

所述透明导电层4位于所述透明导电层4的中心区域，所述第一欧姆接触层5位于所述第一dbr层6的中心区域，所述第二dbr层11和所述保护层14分别对应所述第二欧姆接触层10的中心区域设置。

所述vcsel激光器还包括绝缘介质层12和环形第二电极13，所述绝缘介质层12设于所述导电基板2和所述第一dbr层6之间并环绕所述透明导电层4和第一欧姆接触层5设置，所述透明导电层4和所述第一欧姆接触层5的厚度之和与所述绝缘介质层12的厚度相同，所述透明导电层4靠近所述金属反射镜15的一侧和所述绝缘介质层12靠近所述金属反射镜15的一侧位于同一平面。所述环形第二电极13设于所述第二欧姆接触层10设有第二dbr层11的一侧并环绕所述第二dbr层11设置，所述第二dbr层11与所述保护层14的厚度之和小于所述环形第二电极13的厚度。

所述透明导电层4和第一欧姆接触层5构成第一导电通道a，所述第一氧化层7具有第二导电通道b，所述第二氧化层9具有第三导电通道c，所述环形第二电极13的中空部位构成出光孔d。所述出光孔d的中心、第三导电通道c的中心、第二导电通道b的中心和第一导电通道a的中心位于同一直线上，所述出光孔d、第三导电通道c、第二导电通道b和第一导电通道a在水平方向的尺寸呈线性依次减小。

实施例二

如图3-12所示，一种上述实施例一所述的vcsel激光器的制作方法，包括以下步骤：

s1、在衬底18上由下至上依次生长缓冲层19、腐蚀截止层20、第二dbr层11、第二欧姆接触层10、第二氧化层9、第二限制层17、有源层8、第一限制层16、第一氧化层7、第一dbr层6和第一欧姆接触层5；其中，第一氧化层7由于氧化具有限制结构和被限制结构环绕的第二导电通道b，第二氧化层9由于氧化具有限制结构和被限制结构环绕的第三导电通道c；如图3所示；

s2、在所述第一欧姆接触层5的上表面设置透明导电层4；如图4所示；

s3、对所述透明导电层4和第一欧姆接触层5的外围区域进行标准光刻和蚀刻，形成呈圆柱状的透明导电层4和第一欧姆接触层5，显露出第一dbr层6呈环形的上表面，该透明导电层4和第一欧姆接触层5位于第一dbr层6呈环形的中心区域，透明导电层4和第一欧姆接触层5构成第一导电通道a；如图5所示；

s4、在显露出的第一dbr层6呈环形的上表面形成绝缘介质层12，该绝缘介质层12环绕所述第一欧姆接触层5和透明导电层4设置，且该绝缘介质层12的上表面与所述透明导电层4的上表面齐平；如图6所示；

s5、在绝缘介质层12的上表面和透明导电层4的上表面分别设置金属反射镜15；如图7所示；

s6、通过键合层3将导电基板2键合至金属反射镜15的上表面；如图8所示；

s7、通过腐蚀依次去除衬底18、缓冲层19和腐蚀截止层20，显露出第二dbr层11的整个下表面；如图9所示；

s8、在所述第二dbr层11的上表面设置保护层14；在所述导电基板2远离所述键合层3的一侧设置第一电极1；如图10所示；

s9、对所述保护层14和所述第二dbr层11的外围区域进行标准光刻和蚀刻，形成层圆柱状的保护层14和第二dbr层11，显露出第二欧姆接触层10呈环形的下表面，该保护层14和第二dbr层11位于第二欧姆接触层10的中心区域；如图11所示；

s10、在显露出的第二欧姆接触层10呈环形的下表面蒸镀环绕所述第二dbr层11和保护层14的环形第二电极13；该环形第二电极13的厚度大于所述第二dbr层11与所述保护层14的厚度之和。所述环形第二电极13的中空部位构成出光孔d，所述出光孔d、第三导电通道c、第二导电通道b和第一导电通道a在水平方向的尺寸呈线性依次减小，如图12所示。

需要说明的是，本发明所述的“上”、“下”、“水平”、“垂直”仅是为了方便描述所引入的表示相对位置关系的词，

综上所述，本发明提供的vcsel激光器，具有光斑小、激射效率高的优点，本发明提供的vcsel激光器，能够制作出激射效率高的激光器，且具有工艺简单的优点。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“水平”、“垂直”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。