垂直腔面发射激光器及具有其的电子设备的制作方法

1.本公开一般涉及光电器件技术领域，具体涉及一种垂直腔面发射激光器及具有其的电子设备。


背景技术：

2.垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser，vcsel)因具有体积小、功耗低、易集成和耦合效率高等诸多优势，可广泛应用于光通信、3d传感和激光雷达等领域。
3.然而，相关技术中垂直腔面发射激光器的氧化孔径存在较厚的圆弧，这种结构会增加光子散射损耗，同时减小激光器的调制带宽。


技术实现要素：

4.鉴于相关技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种垂直腔面发射激光器及具有其的电子设备，能够减小光子散射损耗，提高激光器的调制带宽。
5.第一方面，本公开提供一种垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器包括衬底层、第一电极层、第一反射器层、有源层、氧化层、第二反射器层、第二电极层和钝化层，其中所述氧化层包括形成有氧化孔径的楔形结构，所述楔形结构的中间厚度小于两端厚度。
6.可选地，在本公开一些实施例中，所述第一电极层处于所述衬底层的下方，所述第一反射器层、所述有源层、所述氧化层、所述第二反射器层、所述第二电极层和所述钝化层依次堆叠在所述衬底层的上方。
7.可选地，在本公开一些实施例中，所述第一电极层和所述钝化层处于所述衬底层的下方，所述第一反射器层、所述有源层、所述氧化层、所述第二反射器层和所述第二电极层依次堆叠在所述衬底层的上方。
8.可选地，在本公开一些实施例中，所述第一反射器层和所述第二反射器层包括布拉格反射器层和高对比度光栅层中的至少一种。
9.可选地，在本公开一些实施例中，所述第一电极层和所述第二电极层包括n型电极层和p型电极层中的各一种。
10.可选地，在本公开一些实施例中，所述有源层包括单量子阱层和多量子阱层中的任意一种。
11.第二方面，本公开提供一种电子设备，所述电子设备包括第一方面中任意一项所述的垂直腔面发射激光器。
12.从以上技术方案可以看出，本公开实施例具有以下优点：
13.本公开实施例提供了一种垂直腔面发射激光器及具有其的电子设备，通过设计垂直腔面发射激光器的氧化层的元素组分，使其氧化后形成具有氧化孔径的楔形结构，其中该楔形结构的中间厚度小于两端厚度，由此能够起到减小光子散射损耗，以及减小寄生电
容，提高激光器调制带宽的作用。
附图说明
14.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，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
15.图1为相关技术的一种垂直腔面发射激光器的剖面结构示意图；
16.图2为相关技术的另一种垂直腔面发射激光器的剖面结构示意图；
17.图3为本公开实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的剖面结构示意图；
18.图4为本公开实施例提供的另一种垂直腔面发射激光器的剖面结构示意图；
19.图5为本公开实施例提供的一种电子设备的结构框图；
20.图6为本公开实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制造方法的基本流程示意图；
21.图7为本公开实施例提供的一种铝元素组分含量渐变示意图。
具体实施方式
22.为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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它实施例，都属于本公开保护的范围。
23.本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
24.此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
25.为便于更好地理解本公开实施例，现结合图1和图2所示相关技术中垂直腔面发射激光器的示意图进行说明。如图1所示，相关技术的垂直腔面发射激光器100包括负电极101、衬底层102、n型布拉格反射器层103、有源层104、氧化层105、p型布拉格反射器层106、正电极107和钝化层108。需要说明的是，氧化层105通过氧化而形成中间导电、外侧绝缘的结构，由此起到限制电流的作用，使得电流可以更多地流入有源层104的中间部分，提高载流子浓度，以获得更大的微分增益，增加激光器调制带宽。而如图2所示，相关技术采用单层固定铝组分的方式，在氧化后容易于孔径中央形成较厚的圆弧结构，这会增加光子散射损耗，同时减小激光器的调制带宽。
26.为此，本公开实施例提供了一种垂直腔面发射激光器及具有其的电子设备、制造方法，下面通过图3至图7进行详细地阐述。
27.请参考图3，其为本公开实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的剖面结构示意图。该垂直腔面发射激光器200包括衬底层201、第一电极层202、第一反射器层203、有源层
204、氧化层205、第二反射器层206、第二电极层207和钝化层208。其中，氧化层205包括形成有氧化孔径2051的楔形结构，该楔形结构的中间厚度小于两端厚度。
28.可选地，本公开实施例的垂直腔面发射激光器200包括但不限于顶部发射结构和底部发射结构。比如图3所示的顶部发射结构，该结构中第一电极层202处于衬底层201的下方，第一反射器层203、有源层204、氧化层205、第二反射器层206、第二电极层207和钝化层208依次堆叠在衬底层201的上方。再如图4所示的底部发射结构，该结构中第一电极层202和钝化层208处于衬底层201的下方，而第一反射器层203、有源层204、氧化层205、第二反射器层206和第二电极层207依次堆叠在衬底层201的上方。
29.可选地，本公开实施例中第一反射器层203和第二反射器层206需要包括n型反射器层和p型反射器层中的各一种。比如，第一反射器层203为n型反射器层，第二反射器层206为p型反射器层；再如，第一反射器层203为p型反射器层，第二反射器层206为n型反射器层。进一步地，第一反射器层203和第二反射器层206可以包括布拉格反射器(distributed bragg reflector，dbr)层和高对比度光栅(high contrast grating，hcg)层中的至少一种。也就是说，第一反射器层203和第二反射器层206均为布拉格反射器，或者第一反射器层203和第二反射器层206均为高对比度光栅，再或者第一反射器层203和第二反射器层206中的一个为布拉格反射器，另一个为高对比度光栅。
30.可选地，本公开实施例中第一电极层202和第二电极层207需要包括n型电极层和p型电极层中的各一种。比如，第一电极层202为n型电极层，第二电极层207为p型电极层；再如，第一电极层202为p型电极层，第二电极层207为n型电极层。
31.可选地，本公开实施例中有源层204可以包括单量子阱层和多量子阱(multiple quantum well，mqw)层中的任意一种，用于在通电情况下进行受激辐射。
32.本公开实施例提供了一种垂直腔面发射激光器，通过设计垂直腔面发射激光器的氧化层的元素组分，使其氧化后形成具有氧化孔径的楔形结构，其中该楔形结构的中间厚度小于两端厚度，由此能够起到减小光子散射损耗，以及减小寄生电容，提高激光器调制带宽的作用。
33.基于前述实施例，请参考图5，其为本公开实施例提供的一种电子设备的结构框图。其中，该电子设备300包括图3～图4对应实施例的垂直腔面发射激光器200。比如，该电子设备300可以包括但不限于光模块和集成光电子芯片等。
34.本公开实施例提供了一种电子设备，由于该电子设备的垂直腔面发射激光器通过设计垂直腔面发射激光器的氧化层的元素组分，使其氧化后形成具有氧化孔径的楔形结构，其中该楔形结构的中间厚度小于两端厚度，由此能够起到减小光子散射损耗，以及减小寄生电容，提高激光器调制带宽的作用。
35.基于前述实施例，请参考图6，其为本公开实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制造方法的基本流程示意图。该方法可以应用于图3～图4对应实施例的垂直腔面发射激光器200，具体包括如下步骤：
36.s101，提供衬底层。
37.示例性地，衬底层201可以为gaas衬底。
38.s102，在衬底层上方形成第一反射器层、有源层、氧化层、第二反射器层、第二电极层和钝化层，以及在衬底层下方形成第一电极层，其中氧化层通过对具有铝组分渐变的
al
x
ga
1-x
as进行氧化得到，x表示铝元素组分含量，氧化层中间的铝元素组分含量最高，且上下两侧的铝元素组分含量逐渐降低。
39.示例性地，以图3所示结构为例，第一电极层202为n型电极层，第二电极层207为p型电极层，而第一反射器层203为n型布拉格反射器层，第二反射器层206为p型布拉格反射器层。
40.具体制造过程包括：首先采用金属有机物化学气相沉积(metal organic chemical vapor deposition，mocvd)或者分子束外延(molecular beam epitaxy，mbe)等技术在衬底层201上周期交替生长形成第一反射器层203、有源层204和具有铝组分渐变的al
x
ga
1-x
as氧化层205，其中铝元素组分含量渐变如图7所示，即氧化层205中间的铝元素组分含量最高，且上下两侧的铝元素组分含量逐渐降低。
41.其次，再周期交替生长形成第二反射器层206；然后光刻获得台面图形，并通过感应耦合等离子体(inductively coupled plasma，icp)方式刻蚀得到台面，露出具有铝组分渐变的al
x
ga
1-x
as氧化层205，再通过湿法氧化方式获得电流限制氧化孔径2051；再次，通过电极蒸镀工艺获得第一电极层202对应的n型金属电极，以及通过磁控溅射方式和剥离工艺获得第二电极层206对应的p型金属电极，再将镀好电极的激光器放入快速退火炉进行退火以达到合金的目的，使得电极与半导体材料之间能够形成良好的欧姆接触，提高器件的电学特性；最后，通过等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition，pecvd)技术生长钝化层208，该钝化层208的厚度为λ表示激光出射波长，由此得到如图3所示的垂直腔面发射激光器。
42.可选地，本公开实施例中铝元素组分含量x的范围为90％～98％。
43.可选地，本公开实施例中具有铝组分渐变的al
x
ga
1-x
as厚度为5nm～20nm。
44.需要说明的是，本实施例中与其它实施例中相同步骤和相同内容的说明，可以参照其它实施例中的描述，此处不再赘述。
45.本公开实施例提供了一种垂直腔面发射激光器的制造方法，通过设计垂直腔面发射激光器的氧化层的元素组分，使其氧化后形成具有氧化孔径的楔形结构，其中该楔形结构的中间厚度小于两端厚度，由此能够起到减小光子散射损耗，以及减小寄生电容，提高激光器调制带宽的作用。
46.以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围。