VCSEL激光器及其制造方法与流程

本申请涉及半导体激光器领域，更为具体地涉及vcsel激光器及其制造方法。

背景技术：

1、vcsel（vertical-cavity surface-emitting laser，垂直腔面发射激光器）具有发散角小、光束对称、波长热稳定性高、光束质量稳定等特点，在通讯、消费、车载领域都有巨大的应用潜力。

2、现有的vcsel激光器自下而上主要包括衬底层 p0、底部布拉格反射镜 p1、有源区p2、限制层 p3、顶部布拉格反射镜 p4、阳极 p5和阴极 p6。在vcsel激光器的工作过程中，电流从其阳极 p5通过顶部布拉格反射镜 p4流向底部布拉格反射镜 p1，进而流向其阴极p6。在现有的一些实施方式中，所述衬底层 p0和所述底部布拉格反射镜 p1之间设置有阻挡层 p7，如说明书附图之图1所示，用于阻挡电流流向所述衬底层 p0，避免形成漏电流。

3、然而，目前的vcsel激光器中，设置于所述衬底层和所述底部布拉格反射镜之间的阻挡层的导电率较高。电流流动过程中容易穿过所述阻挡层并流向所述衬底层，形成漏电流，造成vcsel激光器工作电流较大，功率较低，光转换率较低等问题。

4、因此，需要一种用于vcsel激光器的阻挡层设计方案，以使得所述阻挡层能够较大程度地阻挡电流流向衬底层。

技术实现思路

1、本申请的一个优势在于提供了一种vcsel激光器及其制造方法，其中，所述vcsel激光器提供了一种阻挡层设计方案，所述阻挡层的电阻较高，能够较大程度地阻挡电流流向衬底层，降低电流流动过程中形成漏电流的概率，这样，可在一定程度上提高vcsel激光器的输出功率和光电转换效率。

2、本申请的另一个优势在于提供了一种vcsel激光器及其制造方法，其中，所述vcsel激光器的阻挡层为离子型阻挡层，所述离子型阻挡层是通过向半导体层注入离子形成的，在离子注入的过程中，离子将破坏半导体层的晶格，使得半导体层的电阻增大，起到阻挡电流的作用。本申请的阻挡层设计方案突破了半导体层选材对半导体层的导电率的局限，通过破坏半导体层原本的内部结构来较大程度地改变半导体层的导电率。

3、为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，根据本申请的一个方面，提供了一种vcsel激光器，其包括：外延结构，所述外延结构包括：衬底层；外延主体结构；所述外延主体结构叠置于所述离子注入阻挡层上，所述外延主体结构包括底部dbr层、顶部dbr层、有源区和限制层，所述有源区和所述限制层位于所述底部dbr层和所述顶部dbr层之间；以及离子注入阻挡层；其中，所述离子注入阻挡层形成于所述衬底层和所述外延主体结构之间，以阻挡电流从所述外延主体结构流向所述衬底层；

4、第一电极，所述第一电极连接于所述外延结构；以及

5、第二电极，所述第二电极连接于所述外延结构。

6、在根据本申请的vcsel激光器的一实施方式中，所述离子注入阻挡层为非掺杂型离子注入阻挡层。

7、在根据本申请的vcsel激光器的一实施方式中，所述离子注入阻挡层中的离子选自h+、o+中的一种或多种。

8、在根据本申请的vcsel激光器的一实施方式中，所述离子注入阻挡层为p掺杂型离子注入阻挡层。

9、在根据本申请的vcsel激光器的一实施方式中，所述离子注入阻挡层中的离子包括b+。

10、在根据本申请的vcsel激光器的一实施方式中，所述离子注入阻挡层中离子的剂量为大于等于1e12 cm-2且小于等于1e17 cm-2。

11、在根据本申请的vcsel激光器的一实施方式中，所述离子注入阻挡层包括阻挡形成层和注入所述阻挡形成层内的离子，所述阻挡形成层的制成材料选自sio2，si3n4，al2o3，aln中的一种或多种。

12、在根据本申请的vcsel激光器的一实施方式中，所述vcsel激光器出射的激光的波长范围为350 nm至530 nm，或500 nm至1000 nm，或，1000 nm至1600 nm。

13、在根据本申请的vcsel激光器的一实施方式中，所述离子注入阻挡层的电阻率大于1e9 ω.cm。

14、根据本申请的另一个方面，提供了一种vcsel激光器的制造方法，其包括：

15、形成阻挡形成层；

16、在所述阻挡形成层内注入离子，以形成离子注入阻挡层；

17、在所述离子注入阻挡层上形成外延主体结构，所述外延主体结构包括底部dbr层、顶部dbr层、有源区和限制层，所述有源区和所述限制层位于所述底部dbr层与所述顶部dbr层之间；以及

18、形成第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别连接于所述外延主体结构。

19、在根据本申请的多结vcsel激光器的制造方法的一实施方式中，在所述阻挡形成层内注入离子，包括：向所述阻挡形成层内注入以下离子中的一种或多种：h+、o+、b+。

20、在根据本申请的多结vcsel激光器的制造方法的一实施方式中，在所述阻挡形成层内注入离子的过程中，注入离子的计量为大于等于1 e12 cm-2且小于等于1e17 cm-2。

21、在根据本申请的多结vcsel激光器的制造方法的一实施方式中，在所述阻挡形成层内注入离子的过程中，离子的初始能量为5-500 kev。

22、在根据本申请的多结vcsel激光器的制造方法的一实施方式中，所述阻挡形成层的制成材料选自sio2，si3n4，al2o3，aln中的一种或多种。

23、在根据本申请的多结vcsel激光器的制造方法的一实施方式中，形成阻挡形成层，包括：在衬底结构上生长至少一半导体层，将至少部分所述半导体层作为所述阻挡形成层。

24、在根据本申请的多结vcsel激光器的制造方法的一实施方式中，形成阻挡形成层，包括：提供一衬底结构，并将所述衬底结构的上部形成所述阻挡形成层。

25、通过对随后的描述和附图的理解，本申请进一步的目的和优势将得以充分体现。

26、本申请的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

技术特征：

1.一种vcsel激光器，其特征在于，包括：外延结构，所述外延结构包括：衬底层；外延主体结构；所述外延主体结构叠置于所述离子注入阻挡层上，所述外延主体结构包括底部dbr层、顶部dbr层、有源区和限制层，所述有源区和所述限制层位于所述底部dbr层和所述顶部dbr层之间；以及离子注入阻挡层；所述离子注入阻挡层形成于所述衬底层和所述外延主体结构之间，以阻挡电流从所述外延主体结构流向所述衬底层；第一电极，所述第一电极连接于所述外延结构；以及第二电极，所述第二电极连接于所述外延结构。

2.根据权利要求1所述的vcsel激光器，其中，所述离子注入阻挡层为非掺杂型离子注入阻挡层。

3.根据权利要求2所述的vcsel激光器，其中，所述离子注入阻挡层中的离子选自h+、o+中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的vcsel激光器，其中，所述离子注入阻挡层为p掺杂型离子注入阻挡层。

5.根据权利要求4所述的vcsel激光器，其中，所述离子注入阻挡层中的离子包括b+。

6.根据权利要求1所述的vcsel激光器，其中，所述离子注入阻挡层中离子的剂量为大于等于1e12 cm-2且小于等于1e17 cm-2。

7.根据权利要求1所述的vcsel激光器，其中，所述离子注入阻挡层包括阻挡形成层和注入所述阻挡形成层内的离子，所述阻挡形成层的制成材料选自sio2，si3n4，al2o3，aln中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的vcsel激光器，其中，所述vcsel激光器出射的激光的波长范围为350 nm至530 nm，或500 nm至1000 nm，或，1000 nm至1600 nm。

9.根据权利要求1所述的vcsel激光器，其中，所述离子注入阻挡层的电阻率大于1e9ω.cm。

10.一种vcsel激光器的制造方法，其特征在于，包括：

11.根据权利要求10所述的vcsel激光器的制造方法，其中，在所述阻挡形成层内注入离子，包括：向所述阻挡形成层内注入以下离子中的一种或多种：h+、o+、b+。

12.根据权利要求11所述的vcsel激光器的制造方法，其中，在所述阻挡形成层内注入离子的过程中，注入离子的计量为大于等于1e12 cm-2且小于等于1e17 cm-2。

13.根据权利要求11所述的vcsel激光器的制造方法，其中，在所述阻挡形成层内注入离子的过程中，离子的初始能量为5-500 kev。

14.根据权利要求10所述的vcsel激光器的制造方法，其中，所述阻挡形成层的制成材料选自sio2，si3n4，al2o3，aln中的一种或多种。

15.根据权利要求10所述的vcsel激光器的制造方法，其中，形成阻挡形成层，包括：在衬底结构上生长至少一半导体层，将至少部分所述半导体层作为所述阻挡形成层。

16.根据权利要求10所述的vcsel激光器的制造方法，其中，形成阻挡形成层，包括：提供一衬底结构，并将所述衬底结构的上部作为所述阻挡形成层。

技术总结
公开了一种VCSEL激光器及其制造方法。所述VCSEL激光器包括：外延结构、第一电极和第二电极。所述第一电极和所述第二电极连接于所述外延结构。所述外延结构包括：衬底层、离子注入阻挡层和外延主体结构。所述离子注入阻挡层形成于所述衬底层和所述外延主体结构之间，以阻挡电流从所述外延主体结构流向所述衬底层所述外延主体结构叠置于所述离子注入阻挡层上，所述外延主体结构包括底部DBR层、顶部DBR层、有源区和限制层，所述有源区和所述限制层位于所述底部DBR层和所述顶部DBR层之间。

技术研发人员：曾瀚升,郭铭浩,李念宜,赖威廷
受保护的技术使用者：浙江睿熙科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17