可见光VCSEL芯片及其制备方法与流程

本技术属于垂直腔面发射激光器，具体涉及一种可见光vcsel芯片及其制备方法。

背景技术：

1、gan基半导体材料在外延生长和光电子器件制作方面取得了重大科技突破，其中发光二极管和边发射激光器已经实现产业化，但是具有更优越特性的垂直腔面发射激光器(vcsel)仍处于实验室研发阶段。vcsel激光器具有阈值电流低、圆形光斑、不必解理即可完成芯片制造和检测、易实现高密度二维阵列及光电集成等优点。蓝绿红光vcsel凭借以上优势，在高密度光存储、激光显示、激光投影、激光照明等领域具有广阔的应用前景。

2、vcsel激光器一般包括n型dbr、p型dbr、光增益结构、电流限制结构以及良好的n型欧姆接触层和p型欧姆接触层。针对gaas基vcsel激光器，高al层可以提供氧化实现限流，但gan基可见光vcsel激光器没有合适的氧化层材料通过氧化来实现对注入电流的限制，影响了gan基可见光vcsel激光器的制作和应用。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种可见光vcsel芯片及其制备方法，以解决现有技术中存在的gan基可见光vcsel激光器没有合适的氧化层材料通过氧化来实现对注入电流的限制，影响了gan基可见光vcsel激光器的制作和应用的技术问题。

2、为了实现上述目的，本技术采用的一个技术方案是：

3、提供一种可见光vcsel芯片，包括依次层叠设置的基板、键合金属层、p型dbr反射器、电流限制层、有源层、n型缓冲层和n型dbr反射器，其中，所述电流限制层包括：

4、欧姆接触层，布置在所述p型dbr反射器表面，所述欧姆接触层背离所述基板一面中部设有凹槽，且欧姆接触层上设有对应于所述凹槽的电流限制孔；

5、隧道结结构，布置在所述凹槽内且表面与所述欧姆接触层表面平齐，所述隧道结结构包括沿背离所述基板方向层叠设置的n型重掺杂层和p型重掺杂层，以使所述n型重掺杂层与所述欧姆接触层之间形成欧姆接触，所述p型重掺杂层与所述欧姆接触层之间形成肖特基接触；

6、其中，所述有源层覆盖所述隧道结结构表面以及部分所述欧姆接触层表面以使部分所述欧姆接触层露出；所述n型dbr反射器至少覆盖所述隧道结结构在所述n型缓冲层表面的正投影区域，且至少部分所述n型缓冲层露出。

7、在一个或多个实施方式中，还包括：

8、p型电极，布置在所述欧姆接触层的露出部分背离所述基板一面，且所述p型电极与所述有源层之间形成有间隙；

9、n型电极，布置在所述n型缓冲层的露出部分背离所述基板一面，且所述n型电极与所述n型dbr反射器之间形成有间隙。

10、在一个或多个实施方式中，所述键合金属层包括两层钛层和布置在所述两层钛层之间的键合金层。

11、在一个或多个实施方式中，所述p型dbr反射器和n型dbr反射器均由交替层叠的低折射率层和高折射率层组成，每一所述低折射率层和每一所述高折射率层的厚度l符合下式：l＝λ/4n，式中，λ为波长，n为折射率，所述p型dbr的反射率大于99.9％，所述n型dbr反射器的反射率大于99％，且小于所述p型dbr反射器的反射率。

12、在一个或多个实施方式中，所述有源层包括沿背离所述基板方向依次层叠设置的p-型分别限制层、光增益层和n-型分别限制层。

13、为了实现上述目的，本技术采用的另一个技术方案是：

14、提供一种可见光vcsel芯片的制备方法，包括：

15、在衬底上依次生长n型缓冲层、有源层、p型重掺杂层和n型重掺杂层；

16、对所述p型重掺杂层和n型重掺杂层进行刻蚀，保留中部区域的所述p型重掺杂层和n型重掺杂层，得到隧道结结构；

17、在所述有源层表面以及所述n型重掺杂层表面沉积金属制备欧姆接触层，并在所述欧姆接触层上刻蚀得到对应于所述n型重掺杂层的电流限制孔；

18、在所述欧姆接触层表面制备p型dbr反射器；

19、分别在所述p型dbr结构表面和基板表面蒸镀金属，并将所述p型dbr表面和所述基板表面通过金属键合连接为一体；

20、去除所述衬底；

21、在所述n型缓冲层表面制备n型dbr反射器；

22、对所述n型dbr反射器、n型缓冲层和有源层进行刻蚀，以露出部分所述欧姆接触层和部分所述n型缓冲层，其中，所述有源层覆盖所述隧道结结构表面以及部分所述欧姆接触层表面；所述n型dbr反射器至少覆盖所述隧道结结构在所述n型缓冲层表面的正投影区域。

23、在一个或多个实施方式中，所述对所述n型dbr反射器、n型缓冲层和有源层进行刻蚀的步骤之后还包括：

24、在所述欧姆接触层的露出部分背离所述基板一面制作p型电极，在所述n型缓冲层的露出部分背离所述基板一面制作n型电极。

25、在一个或多个实施方式中，所述分别在所述p型dbr结构表面和基板表面蒸镀金属，并将所述p型dbr表面和所述基板表面通过金属键合连接为一体的步骤具体为：

26、分别在所述p型dbr结构表面和基板表面依次蒸镀钛层和金层，利用金-金键合将所述p型dbr表面和所述基板表面连接为一体。

27、在一个或多个实施方式中，所述在所述n型缓冲层表面制备n型dbr反射器的步骤具体为：

28、在所述n型缓冲层表面交替镀低折射率层和高折射率层，直至得到反射率大于99.9％的p型dbr反射器；

29、所述在所述欧姆接触层表面制备p型dbr反射器的步骤具体为：

30、在所述欧姆接触层表面交替镀低折射率层和高折射率层，直至得到反射率大于99％且小于所述p型dbr反射器反射率的n型dbr反射器；

31、其中，所述p型dbr反射器和所述n型dbr反射器的每一所述低折射率层和每一所述高折射率层的厚度l符合下式：l＝λ/4n，式中，λ为波长，n为折射率。

32、在一个或多个实施方式中，所述有源层包括沿背离所述衬底方向依次层叠设置的n-型分别限制层、光增益层和p-型分别限制层。

33、区别于现有技术，本技术的有益效果是：

34、本技术的可见光vcsel芯片，通过由n型重掺杂层和p型重掺杂层层叠组成的隧道结结构和欧姆接触层，能够实现对电流的限制作用，从而代替了传统氧化限制层结构，有效解决了现有gan基可见光vcsel激光器没有合适的氧化层材料通过氧化来实现对注入电流的限制的问题，有助于gan基可见光vcsel激光器的普及应用；

35、本技术的制备方法通过在衬底表面依次生长n型缓冲层、有源层、p型重掺杂层和n型重掺杂层，刻蚀后在有源层表面和n型重掺杂层表面沉积金属制备欧姆接触层，得到电流限制结构，先在欧姆接触层表面制备p型dbr反射器，去除衬底后在n型缓冲层表面制备n型dbr反射器，能够制备得到由隧道结结构和欧姆接触层配合实现电流限制作用的可见光vcsel芯片，有效解决了现有gan基可见光vcsel激光器没有合适的氧化层材料通过氧化来实现对注入电流的限制的问题，有助于gan基可见光vcsel激光器的普及应用。