高对比度光栅垂直腔面发射激光器及其制备方法与流程

[0001]
本发明一般涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种高对比度光栅垂直腔面发射激光器及其制备方法。


背景技术：

[0002]
随着激光发射模组的研究深入以及应用需求的拓展，三维成像引起广泛了关注。在光学三维成像系统中，核心部件为激光发射模组，目前业内主要采用垂直腔面激光发射器(vertical-cavity surface-emitting laser，vcsels)，其主要用于向目标空间投射调制光，通过接收相机获取调制光的信息并对其特性进行分析，最终形成有效的深度信息图。
[0003]
在垂直腔面发射激光器中，氧化物隔离层(oxide spacer)的高对比度光栅由于其出光的偏振性及小发散角性能，被广泛使用。
[0004]
目前，在形成高对比度光栅垂直腔面发射激光器过程中，暴露的氧化物隔离层的高对比度光栅结构，以及其他芯片结构，机械稳定性差，容易受到外界损伤。


技术实现要素：

[0005]
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种高对比度光栅垂直腔面发射激光器及制备方法，通过在光栅层外依设置具有选择性刻蚀比的保护层，从而在对最外层的保护层进行选择性刻蚀时，使得内层的保护层得到完整保留，以对光栅条进行稳定保护。
[0006]
第一方面，提供一种高对比度光栅垂直腔面发射激光器，包括依次从下至上设置的第一反射器层、有源层、第二反射器层及光栅层，该光栅层上依次设置有的图案化的第一保护层及第二保护层，该光栅层设置为包括光栅条的图案化膜层，该第一保护层覆盖该光栅条，该第一保护层与该第二保护层存在刻蚀选择比。
[0007]
本申请的一个实施例或者多个实施例中，该第二保护层的厚度大于该第一保护层的厚度。
[0008]
本申请的一个实施例或者多个实施例中，该第二保护层的刻蚀速率大于该第一保护层的刻蚀速率。
[0009]
本申请的一个实施例或者多个实施例中，该第二保护层选择性刻蚀为露出该光栅条上的该第一保护层的图案化膜层，或者选择性刻蚀为厚度变薄的膜层。
[0010]
本申请的一个实施例或者多个实施例中，该第一保护层及该第二保护层设置为包括sio2、sin、tio2、aln、ta2o5、alox及hfo2中至少任一种或其混合物的单层或复合层膜层。
[0011]
本申请的一个实施例或者多个实施例中，该高对比度光栅垂直腔面发射激光器还包括n型金属电极层、衬底及p型金属电极层，该衬底设置在该n型金属电极层上，该第一反射器层设置在该衬底上，该p型金属电极层设置在该光栅层上。
[0012]
第二方面，本申请实施例提供一种上述第一方面所述的高对比度光栅垂直腔面发射激光器的制备方法，该方法包括：
[0013]
在衬底上依次形成第一反射器层、有源层及第二反射器层；
[0014]
在该上第二反射器层上依次形成图案化的氧化层及光栅层；
[0015]
在该光栅层上形成图案化的第一保护层；
[0016]
在该第一保护层上沉积第二保护层，该第一保护层与该第二保护层存在刻蚀选择比；
[0017]
对该第二保护层进行选择性刻蚀，形成图案化的第二保护层。
[0018]
本申请的一个实施例或者多个实施例中，该第二保护层的厚度大于该第一保护层的厚度
[0019]
本申请的一个实施例或者多个实施例中，形成图案化的第一保护层及第二保护层包括：利用该第一保护层及所述第二保护层设置为通过原子层沉积工艺、等离子体增强化学的气相沉积工艺、物理气象淀积工艺、脉冲激光淀积工艺或等离子体增强原子沉积工艺形成该第一保护层或第二保护层。
[0020]
本申请的一个实施例或者多个实施例中，在该第一保护层上形成图案化的第二保护层包括：
[0021]
对该第二保护层进行选择性刻蚀，露出该光栅条上的该第一保护层，形成该图案化的第二保护层，或者减小第二保护层的厚度。
[0022]
综上所述，本申请实施例提供的高对比度光栅垂直腔面发射激光器及制备方法，通过在光栅层上依次形成存在刻蚀选择比的保护层，并对靠近光栅层的保护层进行刻蚀工艺，形成对光栅条的保护后，进而对外侧保护层进行选择性刻蚀，对芯片的部分结构进行保护时，由于存在的刻蚀选择比，能够有效完整的保持内部的保护层的完整性，实现内侧保护层对光栅条的保护，提高了发射激光器的稳定性。
附图说明
[0023]
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0024]
图1为本申请实施例的高对比度光栅垂直腔面发射激光器结构示意图；
[0025]
图2为本申请又一实施例的高对比度光栅垂直腔面发射激光器结构示意图；
[0026]
图3为本申请又一实施例的高对比度光栅垂直腔面发射激光器结构示意图；
[0027]
图4为本申请实施例的高对比度光栅垂直腔面发射激光器的制备工艺流程图。
[0028]
附图标记说明：
[0029]
1-n型金属电极层；2-衬底；3-第一反射器层；4-有源层，5-氧化层；6-第二反射器层，7-氧化隔离层，8-光栅微结构层，9-第一保护层，10-第二保护层，11-p型金属电极层。
具体实施方式
[0030]
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
[0031]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0032]
可以理解，所形成的高对比度光栅垂直腔面发射激光器，为了提高出光性能，采用
氧化物隔离层的高对比度光栅。该高对比度光栅结构可以包括低折射率氧化物间隔层，以及在隔离层上方的高折射率光栅微结构层，如阵列排布的光栅条。
[0033]
可以理解，在形成光栅的微型结构后，为了防止外界的化学或机械损伤，需要对光栅结构进行保护，如设置保护层等。
[0034]
还可以理解，在一种实施例中，由于对光栅结构进行保护的保护层，通常设置为较薄的膜层，从而使得对于芯片的整体结构无法得到有效的保护。因此，在此基础上，需要在该保护层的外侧，再设置一层较厚的保护层，对发射激光器芯片进行稳定的保护。
[0035]
进一步的，为了不影响发射激光器的正常使用，可以根据器件的结构设计需求，对外侧的保护层进行选择性的刻蚀，以露出部分内侧的保护层，或者减薄第二保护层，实现偏振激光的出射及形成。
[0036]
可以理解，在对外侧的保护层进行刻蚀时，通常会出现过刻蚀等现象，容易对内侧的保护层造成破坏，使得光栅条露出，从而无法对光栅结构进行有效保护。本申请实施例考虑到刻蚀引起的问题，通过采用不同的沉积工艺，并结合不同的沉积材料，在光栅层上形成存在刻蚀选择比的保护层，从而在对外侧的保护层进行选择性刻蚀时，由于存在的刻蚀选择比，从而可以避免刻蚀过度而对内侧的保护层的损坏，能够完整的保护内层保护层。
[0037]
为了更好的理解和说明本申请实施例提供的高对比度光栅垂直腔面发射激光器及其制备方法，下面通过图1至图4详细阐述。
[0038]
图1为本申请实施例的高对比度光栅垂直腔面发射激光器的结构示意图，如图1所示，该结构包括：
[0039]
依次从下至上设置的第一反射器层、有源层、第二反射器层及光栅层，其中，该光栅层上依次设置有的图案化的第一保护层及第二保护层，该光栅层设置为包括光栅条的图案化膜层，该第一保护层覆盖该光栅条，该第一保护层与该第二保护层存在刻蚀选择比。
[0040]
具体的，本申请实施例的高对比度光栅垂直腔面发射激光器，由下至上依次包括n型金属电极层1、衬底2、第一反射器层3(此示例中第一反射器层3位n型反射器层，如可以为下分布的布拉格反射镜)、有源层4、氧化层5、第二反射器层6(此示例中第二反射器层为p型反射器层)、氧化隔离层7、光栅层、第一保护层9、p型金属电极层11及第二保护层10。
[0041]
可以理解，该氧化层上设有开口，该开口用于控制激光的发散角。
[0042]
还可以理解，该光栅层可以包括图案化设置的氧化隔离层7，以及氧化隔离层上的光栅微结构层8，如排布的光栅条。
[0043]
本申请实施例中，该第一保护层覆盖该光栅微结构，使得该第二保护层与该第一保护层存在刻蚀选择比，从而可以使得在形成图案化的第一保护层后，根据芯片设计需求，对第二保护层进行选择性刻蚀，形成图案时，由于存在的刻蚀选择比，能够避免对第一保护层的刻蚀受损，确保第一保护层的完整性。
[0044]
可以理解，该第二保护层的作用是为了在第一保护层的上方，对器件的芯片进行更加稳定的保护。因此，对于第二保护层的选择性刻蚀，即刻蚀部分，以及保留部分，可以根据实际的结构需求确定，本申请实施例对此不做限制。
[0045]
例如，如图1所示，在一种实施例中，为了保证发射激光器的正常使用，对第二保护层进行选择性刻蚀时，将光栅层上的第二保护层刻蚀掉，露出光栅层上的第一保护层，形成图案化的第二保护层。
[0046]
或者，如图2所示，还可以根据设计需求，对光栅条之间的第二保护层进一步进行刻蚀，形成图案化的第二保护层。
[0047]
又例如，如图3所示，在一种实施例中，对第二保护层进行选择性刻蚀时，可以根据设计需求，对第二保护层的部分或者全部的厚度进行减小，形成图案化的第二保护层。
[0048]
可选的，本申请实施例中，为了实现第一保护层及第二保护层的刻蚀选择比，在形成第一保护层及第二保护层时，可以选择不同的沉积工艺，以及材料，以形成不同致密性等性能的膜层。
[0049]
例如，可以通过采用化学气相淀积(chemical vapor deposition；cvd)、等离子体增强化学的气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition；pecvd)、物理气相淀积(physical vapor deposition；pvd)、脉冲激光淀积(pulsed laser deposition；pld)、原子层淀积(atomic layer deposition；ald)、等离子体增强原子层淀积(plasma enhanced atomic layer deposition；peald)等不同工艺形成存在刻蚀选择比的第一保护层及第二保护层。
[0050]
第一保护层或者第二保护层的材料可以为sio2、sin、tio2、aln、ta2o5、alox和hfo2中至少任一种或其混合物。则在沉积时可以进行单层或复合层沉积，相应地形成sio2层、sin层、tio2层、aln层、ta2o5层、alox层和hfo2层中至少任一的单层结构或至少两者以上的复合层结构，或上述材料混合物的单层结构或复合层结构。复合层结构例如但不限于层叠设置的sio2层和sin层等，这里不对复合层结构一一赘述。
[0051]
可以理解，对于半导体的沉积工艺，以及材料的选择，可以根据实际情况确定，本申请实施例对此不做限制。
[0052]
可以理解，本申请实施例中，通过采用不同工艺及材料沉积形成第一保护层及第二保护层后，在对第一保护层及第二保护层进行刻蚀时，可以使得第一保护层及第二保护层的刻蚀速率不同，从而进一步确保对第一保护层结构的保护。
[0053]
可选的，本申请实施例中，考虑到第一保护层的厚度通常设置较薄，为了对器件的芯片进行有效的保护，可以设置较厚的第二保护层，使得第二保护层的厚度至少大于第一保护层的厚度。
[0054]
还可以理解，对于第一保护层及第二保护层的厚度设置，可以根据实际的器件需求确定，本申请实施例对此不做限制。
[0055]
本申请实施例提供的高对比度光栅垂直腔面发射激光器，通过在光栅层上依次形成存在不同刻蚀选择比的保护层，并对靠近光栅层的保护层进行刻蚀工艺，形成对光栅条的保护后，进而对外侧保护层进行选择性刻蚀，对芯片的部分结构进行保护时，由于存在的刻蚀选择比，能够有效完整的保持内部的保护层的完整性，实现内侧保护层对光栅条的保护，提高了发射激光器的稳定性。
[0056]
另一方面，对于上述实施例提供的高对比度光栅垂直腔面发射激光器，本申请实施例还提供其制备方法。
[0057]
图4为本申请实施例提供的高对比度光栅垂直腔面发射激光器的制备方法的流程示意图，如图4所示，该方法包括：
[0058]
s1，在光栅层及p型金属电极层上形成图案化的第一保护层；
[0059]
s2，在第一保护层及p型金属电极层上沉积第二保护层，该第一保护层与第二保护
层存在刻蚀选择比；
[0060]
s3，对该第二保护层进行选择性刻蚀，形成图案化的第二保护层。
[0061]
具体的，本申请实施例中的制备方法中，在形成第一保护层及第二保护层时，通过采用不同的工艺方法或材料，使得第一保护层及第二保护层存在选择刻蚀比，从而可以在对第二保护层进行选择性刻蚀，形成图案时，能够避免对第一保护层的刻蚀，实现对第一保护层的有效保护。
[0062]
可选的，为了进一步对第一保护层进行更加有效的保护，以及对芯片的有效保护，可以较厚的第二保护层，使得第二保护层的厚度大于第一保护层的厚度。
[0063]
可选的，如上述实施例记载，在形成第一保护层和第二保护层时，可以利用化学气相淀积、等离子体增强化学的气相沉积、物理气相淀积、脉冲激光淀积、原子层淀积、等离子体增强原子层淀积等不同工艺形成存在刻蚀选择比的第一保护层及第二保护层。
[0064]
例如，可以采用上述不同的工艺形成sio2层、sin层、tio2层、aln层、ta2o5层、alox层和hfo2层中至少任一的单层结构或至少两者以上的复合层结构，或上述实施例记载的材料混合物的单层结构或复合层结构。。
[0065]
进一步，在对第二保护层进行选择性刻蚀时，可以根据器件的设计结构，进行图案化刻蚀。
[0066]
例如，如图2及图3所示，形成的图案化的第二保护层，使得光栅条上的第一保护层露出，或者使得第二保护层变薄。
[0067]
综上所述，本申请实施例提供的高对比度光栅垂直腔面发射激光器及其制备方法，通过在光栅层上依次形成存在选择刻蚀比的保护层，并对靠近光栅层的保护层进行刻蚀工艺，形成对光栅条的保护后，进而对外侧保护层进行选择性刻蚀，对芯片的部分结构进行保护时，由于存在刻蚀选择比，能够有效完整的保持内部的保护层的完整性，实现内侧保护层对光栅条的保护，提高了发射激光器的稳定性。
[0068]
需要说明的是，本文中若有涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本申请的限制。
[0069]
在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
[0070]
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0071]
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行
任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。