一种薄膜光泵垂直腔表面发射激光器及其制备方法

本申请涉及半导体器件，尤其涉及一种薄膜光泵垂直腔表面发射激光器及其制备方法。

背景技术：

1、随着物联网、人工智能（artificial intelligenc，ai）、第五代移动通信技术（5th-generation mobile communication technology，5g）技术的发展，三维成像（3dimensions，3d）和传感技术迎来了高速成长，撬动智能手机、增强现实技术（augmentedreality，ar）/虚拟现实技术（virtual reality，vr）、智能汽车等多个领域发展，加速万物互联时代的到来。

2、垂直腔表面发射激光器（vertical cavity surface emitting laser，vcsel）作为3d成像和传感系统的核心器件，正处于智能互联产业的金字塔尖。目前以镓砷衬底为基础的短波红外vcsel，如850nm、980nm等波长的vcsel已经得到了大力的发展，并且得到了很好地应用。国内外厂商在这些波段的vcsel研发和应用中，都发挥了巨大的作用。但是在vcsel的制备和研发中，仍然有很多的掣肘因素，例如电流限制不容易得到、布拉格反射镜（distributed bragg reflector mirror，dbr）不容易制备、功率低等。

3、目前科研界以及商用化的近红外vcsel采用的工艺路线多为湿法氧化的方法，这一工艺需要涉及到高温，需要实现对气流的精密控制，对工艺的要求很高，同时制备时间较长。因而生产效率和良率都比较低。且可见光vcsel在外延、工艺制备等方面均受到了很强的限制，无法实现很好的电注入激发。

4、因此，现有的制备方法中存在生产成本高、生产效率低的技术问题。

技术实现思路

1、本申请提供了一种薄膜光泵垂直腔表面发射激光器及其制备方法，以解决现有薄膜光泵垂直腔表面发射激光器制备过程中存在的生产成本高，生产效率低的技术问题。

2、本申请第一方面提供的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器的制备方法，包括：提供一层gaas衬底；采用分子束外延技术在gaas衬底上依次生长gaas缓冲层、ingap腐蚀阻挡层、gaas窗口层、algaas窗口层和周期性algainp/ingap多量子阱层；采用电子束沉积技术在周期性algainp/ingap多量子阱层上沉积tio2/sio2的dbr结构，得到晶圆结构；依次采用丙酮、酒精和去离子水清洗晶圆结构；将aln陶瓷片键合在晶圆结构的tio2/sio2的dbr结构上；采用hf、ch3cooh、hno3以及h2o的混合溶液腐蚀gaas衬底和gaas缓冲层；采用hcl溶液去除ingap腐蚀阻挡层，得到薄膜光泵垂直腔表面发射激光器。

3、在一些可行的实现中，gaas缓冲层、ingap腐蚀阻挡层、gaas窗口层、algaas窗口层、和周期性algainp/ingap多量子阱层的生长温度均为720-780℃。

4、在一些可行的实现中，周期性algainp/ingap多量子阱层的周期数为8-16；tio2/sio2的dbr结构的周期数为6-12。

5、在一些可行的实现中，周期性algainp/ingap多量子阱层的周期数为10，tio2/sio2的dbr结构的周期数为8；其中，每一周期周期性algainp/ingap多量子阱层中的algainp的厚度为30nm，每一周期周期性algainp/ingap多量子阱层中的ingap的厚度为5nm；每一周期tio2/sio2的dbr结构中tio2的厚度为60nm，每一周期tio2/sio2的dbr结构中sio2的厚度为80nm。

6、在一些可行的实现中，gaas衬底的厚度为300μm，gaas缓冲层的厚度为500nm，ingap腐蚀阻挡层的厚度为500nm，gaas窗口层的厚度为50nm，algaas窗口层的厚度为50nm。

7、在一些可行的实现中，hf、ch3cooh、hno3以及h2o的混合溶液中，hf：ch3cooh：hno3：h2o的体积比为1:2.3:3:2.5。

8、本申请提供的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器的制备方法，采用tio2/sio2的dbr结构，有效降低生长工艺难度，降低生产成本。能够较为容易的实现可见光波段的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器的制备，且能够制备较大功率的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器。

9、本申请第二方面提供的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器，采用第一方面的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器的制备方法制备得到，薄膜光泵垂直腔表面发射激光器包括：gaas窗口层；algaas窗口层，生长在gaas窗口层上；周期性algainp/ingap多量子阱层，生长在algaas窗口层上；tio2/sio2的dbr结构，沉积在周期性algainp/ingap多量子阱层上；aln陶瓷片，键合在tio2/sio2的dbr结构上。

10、在一些可行的实现中，gaas窗口层、algaas窗口层、和周期性algainp/ingap多量子阱层的生长温度均为720-780℃。

11、在一些可行的实现中，周期性algainp/ingap多量子阱层的周期数为8-16；tio2/sio2的dbr结构的周期数为6-12。

12、在一些可行的实现中，周期性algainp/ingap多量子阱层的周期数为10，tio2/sio2的dbr结构的周期数为8；其中，每一周期周期性algainp/ingap多量子阱层中的algainp的厚度为30nm，每一周期周期性algainp/ingap多量子阱层中的ingap的厚度为5nm；每一周期tio2/sio2的dbr结构中tio2的厚度为60nm，每一周期tio2/sio2的dbr结构中sio2的厚度为80nm。

13、可以理解地，第二方面所提供的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器由第一方面所提供的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器的制备方法制备得到，因此，其所能达到的有益效果可参考第一方面，此处不再赘述。

技术特征：

1.一种薄膜光泵垂直腔表面发射激光器的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器的制备方法，其特征在于，

7.一种薄膜光泵垂直腔表面发射激光器，其特征在于，所述薄膜光泵垂直腔表面发射激光器采用如权利要求1-6任一项所述的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器的制备方法制备得到，所述薄膜光泵垂直腔表面发射激光器包括：

8.根据权利要求7所述的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器，其特征在于，

技术总结
本申请涉及半导体器件技术领域，提供一种薄膜光泵垂直腔表面发射激光器及其制备方法。制备方法包括在GaAs衬底上依次生长GaAs缓冲层、InGaP腐蚀阻挡层、GaAs窗口层、AlGaAs窗口层和周期性AlGaInP/InGaP多量子阱层、TiO<subgt;2</subgt;/SiO<subgt;2</subgt;的DBR结构，得到晶圆结构；清洗晶圆结构；将TiO<subgt;2</subgt;/SiO<subgt;2</subgt;的DBR结构键合在AlN陶瓷片上；去除GaAs衬底、GaAs缓冲层、InGaP腐蚀阻挡层。该制备方法采用TiO<subgt;2</subgt;/SiO<subgt;2</subgt;的DBR结构，有效降低生长工艺难度，降低生产成本。能够较为容易的制备可见光波段的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器，且能够制备较大功率的薄膜光泵垂直腔表面发射激光器。

技术研发人员：唐先胜,韩丽丽,王兆伟,宫卫华,李仕龙,王舒蒙,张伟
受保护的技术使用者：山东省科学院激光研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8