表面等离子体调制的倒装vcsel激光器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微纳结构调制激光器技术领域，更具体地涉及一种表面等离子体调制的倒装VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)激光器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]以微电子技术为基础的集成电路技术成就了当今信息技术的迅猛发展，使得我们的信息的获取、处理能力大大加强。集成电路技术的发展和运用大大的改善了我们的生活。但是随着电子芯片的集成度越来越高，电子元器件向微型发展，微电子技术也出现一些突出问题:尺寸的不断减小并逼近物理极限，导致加工技术的难度和成本不断提高；芯片的工作频率越来越高，使得芯片的功耗和散热成为一个巨大的瓶颈；芯片的功能复杂度不断提高，使得电互连更加复杂，极易导致信号延迟、逻辑错误和完整性缺失。
[0003]为了获得更高的处理效率，人们开始把目光投向光子集成技术的研宄。与电子相比，光子具有传输速度快、带宽大和相互干扰低的特点。因此光子可以作为高速、大容量、抗干扰能力良好的信息载体。随着光子集成、光电集成技术的发展，在芯片级尺度上实现复杂功能的系统已经成为一种必然技术趋势。实现这样的微系统需要在芯片级尺度上实现光源的调制，光信号的有效传输控制，光信号的处理和接受，而现在的基于传统半导体技术的光电子元器件很难达到芯片级集成系统的要求。近年来，飞速发展的表面等离子体(SPs)技术提供了一种有效的光子调控手段。SPs的超透射效应，对透射光的出光角度调制等特殊效应可以实现集成电路的光互连，存储技术的高能及小光斑出光等。可以调制的具有特殊效应的光，在通信领域也有很大运用前景，如通讯波长的光纤耦合等。
[0004]制作表面等离子体调制的激光器，一般使用脊型激光器、正发射垂直腔面激光器，制作步骤较为简单方便。例如，表面等离子体调制的正发射850nmVCSEL激光器的制作工艺步骤如下:1.外延片选择；2.台面制作；3.湿法氧化；4.高温生长Si02;5.制作隔离窗口 ；6.制作出光窗口 ；7.N面电极制备；8.生长Si02;9.溅射金属薄膜；10.电极台面处理；
11.管芯制作；12.纳米结构制备；13.测试。其制作工艺与普通正发射垂直腔面的激光器类似，但其不足之处在于同样的工艺方法不能制作表面等离子调制的底发射垂直腔面激光器，因此就不能在某些波长的底发射垂直腔面激光器上设计结构，如980nm底发射垂直腔面发射激光器，缺失了部分波长的表面等离子体调制的途径。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种表面等离子体调制的倒装VCSEL激光器，从而将底发射VCSEL激光器工艺与制作表面等离子体调制的结构工艺有机整合起来，可以使用较少的工艺步骤即制备得到所述产品表面等离子体调制的倒装VCSEL激光器。
[0006]为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种表面等离子体调制的倒装VCSEL激光器的制造方法，包括以下步骤:
[0007]根据表面等离子体调制的需要确定所述倒装VCSEL激光器台面的大小；
[0008]对所述激光器台面进行湿法氧化；
[0009]在所述激光器台面的P面生长S12;
[0010]在所述激光器台面的P面上形成电极注入窗口并制作电极:
[0011]将所述激光器台面的N面减薄，并生长S12;
[0012]对所述激光器台面的N面上的3丨02进行腐蚀，腐蚀出直径40 μ m的圆形S12;
[0013]在所述激光器台面的N面采用双面套刻工艺，剥离圆形5102周围金属，使表面等离子体调制结构与电极分离，防止电流注入；
[0014]片上检测所述制得的激光器单管的电流电压特性，挑选出电流电压特性正常的管芯，进行解理、烧结、压焊和封装管芯；
[0015]对烧结完成的所述管芯，采用聚焦离子束刻蚀方法制备纳米结构，由此得到所述的表面等离子体调制的倒装VCSEL激光器。
[0016]其中，所述激光器台面的长度为待制造激光器的金属层微纳结构大小的2-4倍，所述激光器台面的面积为所述待制造激光器的金属层微纳结构面积的4-16倍。
[0017]其中，所述激光器台面为双沟道，沟道宽度为25 μm。
[0018]其中，所述对激光器台面进行湿法氧化的步骤包括:在高温水汽环境下，通过氧化高掺铝限制层Ala 98Ga0.02As，制作控制电流注入以及波导限制的氧化孔径。
[0019]其中，所述在激光器台面的P面上制作电极的步骤包括:蒸发TiPtAu作为P面电极，TiPtAu与台面形成欧姆接触。
[0020]其中，所述将激光器台面的N面减薄的步骤中，所述激光器的衬底减薄至200 μ m。
[0021]其中，所述在激光器台面的N面采用双面套刻工艺的步骤之前，还包括先溅射5个nm的Ti膜，再根据设计结构所需厚度溅射制备金膜的步骤。
[0022]其中，在所述采用聚焦离子束刻蚀方法制备纳米结构的步骤之后还包括对所述制得的激光器进行检测的步骤。
[0023]其中，制造的所述VCSEL激光器为表面等离子体调制的倒装980nm VCSEL激光器。
[0024]作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种根据如上任意一项所述的制造方法制造的表面等离子体调制的倒装VCSEL激光器。
[0025]基于上述技术方案可知，本发明的表面等离子体调制的倒装VCSEL激光器的制造方法能够实现在某些波长的底发射垂直腔面发射激光器上实现表面等离子体调制，补充了表面等离子体调制垂直腔面激光器在倒装方面的空白，使全波长段都能实现微纳结构的表面等离子体调制。
【附图说明】
[0026]图1为本发明的采用双沟道制作台面后的截面结构图；
[0027]图2为本发明的通过湿法氧化形成的氧化限制层的截面结构图；
[0028]图3为本发明的P面生长S12制作隔离窗口的截面结构图；
[0029]图4为本发明的P面生长电极后的截面结构图；
[0030]图5为本发明的N面减薄后的截面结构图；
[0031]图6为本发明的N面生长3102后的截面结构图；
[0032]图7为本发明的N面生长Ti/Au后的截面结构图；
[0033]图8为本发明的N面金属剥离后的截面结构图。
【具体实施方式】
[0034]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0035]本发明公开了一种表面等离子体调制的倒装VCSEL激光器的制造方法，特别是一种表面等离子体调制的倒装980nmVCSEL激光器的制造方法，包括以下步骤:
[0036](I)根据表面等离子体调制作用需要的金属层微纳结构的尺寸大小，来确定台面大小。台面尺寸长度为金属层微纳结构大小2倍左右为适宜，最大不应超过4倍，台面尺寸面积相应的为金属层微纳结构面积4倍左右为适宜，最大不应超过16倍。台面与微纳结构不应相差太大。
[0037](2)台面设计为双沟道，沟道宽度为25 μ m左右。
[0038](3)湿法氧化:在高温水汽环境下，通过氧化高掺铝限制层Ala98Gaatl2As,制作控制电流注入以及波导限制的氧化孔径。
[0039](4) P面生长S12:采用PECVD设备在制作好的VCSEL台面上生长S12，作为绝缘隔离层。为了防止漏电，和台面侧壁上的电极保护，隔离层要选择合适的厚度。
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