一种垂直腔面发射激光芯片及其制作方法与流程

本发明涉及光电技术领域，更具体地说，涉及一种垂直腔面发射激光芯片及其制作方法。

背景技术

vcsel(vertical-cavitysurface-emittinglaser，垂直腔面发射激光)芯片，因具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉和易集成为大面积阵列等优点，而被广泛应用在光通信、光互连和光存储等领域。但是，现有的vcsel芯片的半波宽仍较大，不利于vcsel芯片在特殊通信领域的应用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种垂直腔面发射激光芯片及其制作方法，以减小vcsel芯片的半波宽。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种垂直腔面发射激光芯片，包括衬底、依次位于所述衬底第一表面的n型dbr层、第一氧化层、mqw层、第二氧化层和p型dbr层；

所述第一氧化层包括位于中心的第一未氧化区和位于所述第一未氧化区四周的第一氧化区；所述第二氧化层包括位于中心的第二未氧化区和位于所述第二未氧化区四周的第二氧化区；

其中，所述第一氧化区和所述第二氧化区不导电，且所述第一未氧化区的面积小于所述第二未氧化区的面积。

可选地，在垂直于所述衬底的方向上，所述第二未氧化区的投影完全覆盖所述第一未氧化区的投影。

可选地，所述第一氧化层中al离子的含量大于所述第二氧化层中al离子的含量，以使所述第一未氧化区的面积小于所述第二未氧化区的面积。

一种垂直腔面发射激光芯片的制作方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底的第一表面依次形成n型dbr层、第一膜层、mqw层、第二膜层和p型dbr层；

进行氧化工艺，以使所述第一膜层形成包括位于中心的第一未氧化区和位于所述第一未氧化区四周的第一氧化区的第一氧化层，使所述第二膜层形成包括位于中心的第二未氧化区和位于所述第二未氧化区四周的第二氧化区的第二氧化层；

其中，所述第一氧化区和所述第二氧化区不导电，且所述第一未氧化区的面积小于所述第二未氧化区的面积。

可选地，进行氧化工艺，包括：

进行湿法氧化工艺。

可选地，所述第一膜层中al离子的含量大于所述第二膜层中al离子的含量，以使所述第一未氧化区的面积小于所述第二未氧化区的面积。

可选地，所述第一膜层和所述第二膜层的材料为algaas。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明所提供的垂直腔面发射激光芯片及其制作方法，由于第一未氧化区的面积小于第二未氧化区的面积，因此，使得电流在第二未氧化区横向扩展，从而使得电流从第二未氧化区均匀流向第一未氧化区，进而增大了靠近vcsel芯片中心区域的电流密度，减小了vcsel芯片的半波宽。

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为现有的一种垂直腔面发射激光芯片的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光芯片的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的第一氧化层的平面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光芯片的制作方法流程图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有的vcsel芯片的半波宽较大。如图1所示，发明人研究发现，造成这一问题的原因是，电流从负电极10流向正电极11的过程中，由于电流走最短路径效应，导致电流在氧化层12的未氧化区的边缘区域(虚线框内)过于集中，导致未氧化区中心区域的电流密度较小，进而导致芯片出射的激光的波长有一定差异，导致半波宽较大。

基于此，本发明提供了一种垂直腔面发射激光芯片及其制作方法，以克服现有技术存在的上述问题，包括衬底、依次位于所述衬底第一表面的n型dbr层、第一氧化层、mqw层、第二氧化层和p型dbr层；

所述第一氧化层包括位于中心的第一未氧化区和位于所述第一未氧化区四周的第一氧化区；所述第二氧化层包括位于中心的第二未氧化区和位于所述第二未氧化区四周的第二氧化区；

其中，所述第一未氧化区的面积小于所述第二未氧化区的面积。

本发明提供的垂直腔面发射激光芯片及其制作方法，由于第一未氧化区的面积小于第二未氧化区的面积，因此，使得电流在第二未氧化区横向扩展，从而使得电流从第二未氧化区均匀流向第一未氧化区，进而增大了靠近vcsel芯片中心区域的电流密度，减小了vcsel芯片的半波宽。

以上是本发明的核心思想，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。

本发明实施例提供了一种垂直腔面发射激光芯片，即vcsel芯片，如图2所示，vcsel芯片包括衬底20、依次位于衬底20第一表面的n型dbr层(distributedbraggreflector，分布式布拉格反射层)21、第一氧化层22、mqw(multiplequantumwell，多量子阱)层23、第二氧化层24、p型dbr层25、缓冲层26和第一电极27、位于衬底20第二表面的第二电极28。其中，缓冲层26为gaas层，第一表面和第二表面为衬底20相对的两个表面。

如图1所示，第一氧化层22包括位于中心的第一未氧化区220和位于第一未氧化区220四周的第一氧化区221。第二氧化层24包括位于中心的第二未氧化区240和位于第二未氧化区240四周的第二氧化区241。其中，第一未氧化区220的面积小于第二未氧化区240的面积，且第一氧化区221和第二氧化区241不导电。

当在第一电极27和第二电极28上施加电压时，电流从负电极即第一电极27流向正电极即第二电极28的过程中，会从第二未氧化区240流向mqw层23和第二氧化层24，由于第一未氧化区220的面积小于第二未氧化区240的面积，即第一未氧化区220在横向即x方向上的长度小于第二未氧化区240在横向即x方向上的长度，且第一氧化区221和第二氧化区241不导电，因此，从第二未氧化区240流向第一未氧化区220的电流会在第一未氧化区220处发生拥堵，使得未能及时流出的电流在第二未氧化区240中横向扩展，从而使得电流从第二未氧化区240的各个区域均匀流向第一未氧化区220，进而增大了靠近vcsel芯片中心区域的电流密度，减小了vcsel芯片的半波宽。

需要说明的是，本发明实施例中，如图3所示，第一未氧化区220和第二未氧化区240可以是圆形区域，当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，第一未氧化区220和第二未氧化区240还可以是方形区域或不规则形区域等。当然，本发明实施例中，仅以第一未氧化区220和第二未氧化区240的形状相同为例进行说明，但本发明并不仅限于此，也就是说，第一未氧化区220和第二未氧化区240的形状也可以不同。

可选地，在垂直于衬底20的方向上，第二未氧化区240的投影完全覆盖第一未氧化区220的投影，以使电流能够从第二未氧化区240的各个区域更均匀地流向第一未氧化区220。

可选地，在形成第一氧化层22和第二氧化层24之前，先在第一氧化层22的区域形成第一膜层，在第二氧化层24的区域形成第二膜层，第一膜层和第二膜层的材料为algaas。

之后，对第一膜层和第二膜层进行氧化，使第一膜层形成包括位于中心的第一未氧化区220和位于所述第一未氧化区220四周的第一氧化区221的第一氧化层22，使第二膜层形成包括位于中心的第二未氧化区240和位于第二未氧化区240四周的第二氧化区241的第二氧化层24。

由于第一氧化层22中al离子的含量大于第二氧化层24中al离子的含量，因此，可以在氧化完成后，使第一未氧化区220的面积小于第二未氧化区240的面积。

本发明提供的垂直腔面发射激光芯片，由于第一未氧化区的面积小于第二未氧化区的面积，因此，使得电流在第二未氧化区横向扩展，从而使得电流从第二未氧化区均匀流向第一未氧化区，进而增大了靠近vcsel芯片中心区域的电流密度，减小了vcsel芯片的半波宽。

本发明实施例还提供了一种垂直腔面发射激光芯片的制作方法，如图4所示，包括：

s101：提供衬底；

s102：在衬底的第一表面依次形成n型dbr层、第一膜层、mqw层、第二膜层和p型dbr层；

s103：进行氧化工艺，以使第一膜层形成包括位于中心的第一未氧化区和位于第一未氧化区四周的第一氧化区的第一氧化层，使第二膜层形成包括位于中心的第二未氧化区和位于第二未氧化区四周的第二氧化区的第二氧化层；

其中，第一氧化区和第二氧化区不导电，且第一未氧化区的面积小于第二未氧化区的面积。

本发明实施例中，衬底为半导体衬底，优选为硅衬底。第一膜层和第二膜层的材料为algaas。氧化工艺优选为湿法氧化工艺，即在高温条件下利用水蒸气进行氧化的工艺。

在进行氧化工艺的过程中，第一膜层和第二膜层与水蒸气接触的部分被氧化，由于第一膜层和第二膜层中al离子的含量不同，即第一膜层中al离子的含量大于所述第二膜层中al离子的含量，因此，第一膜层和第二膜层氧化的深度不同，从而使得第一未氧化区的面积小于所述第二未氧化区的面积。

本发明提供的垂直腔面发射激光芯片的制作方法，由于第一未氧化区的面积小于第二未氧化区的面积，因此，使得电流在第二未氧化区横向扩展，从而使得电流从第二未氧化区均匀流向第一未氧化区，进而增大了靠近vcsel芯片中心区域的电流密度，减小了vcsel芯片的半波宽。

本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

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。