垂直腔面发射激光器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种垂直腔面发射激光器及其制作方法，属于半导体技术领域。所述垂直腔面发射激光器包括衬底、散热层、下反射层、发光区、上反射层、上金属电极和下金属电极；所述散热层、所述下反射层、所述发光区、所述上反射层和所述上金属电极依次层叠在所述衬底的第一表面上，所述下金属电极设置在所述衬底的第二表面上，所述衬底的第二表面与所述衬底的第一表面相对；所述下反射层包括依次层叠的多层硼烯薄膜，所述散热层的材料采用石墨烯或者砷化硼。本发明专利技术将下反射层从DBR结构改为依次层叠的多层硼烯薄膜，可以有效增强底部的反光效果，下反射层的反射率将远高于上反射层的反射率，VCSEL的出光效率得到极大提高。

Vertical Cavity Surface Emission Laser and Its Fabrication Method

【技术实现步骤摘要】
垂直腔面发射激光器及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种垂直腔面发射激光器及其制作方法。
技术介绍
垂直腔面发射激光器(英文：VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，简称：VCSEL)是一种以砷化镓半导体材料为基础制作的、垂直于顶面射出激光的半导体器件。有别于发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)、激光二极管(英文：LaserDiode，简称：LD)等需要在制作完成后才能进行测试的光源，VCSEL可以在制作的任何阶段进行品质测试并对测试发现的问题进行及时处理，可以有效避免制作过程和加工时间的浪费。而且VCSEL具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，可以广泛应用于光通信、光互连、光存储等领域。现有的VCSEL包括衬底、下分布式布拉格反射镜(英文：DistributedBraggReflection，简称：DBR)、发光区、上DBR、上金属电极和下金属电极，下DBR、发光区、上DBR和上金属电极依次层叠在衬底的第一表面上，下金属电极设置在衬底的第二表面上，衬底的第二表面与衬底的第一表面相对。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：由于VCSEL设计为朝向VCSEL上部的光束用作输出，因此需要下DBR具有比上DBR更高的反射率。但是上DBR和下DBR通常都采用GaAs/AlAs超晶格结构或者AlGaAs/AlGaAs超晶格结构，上DBR的反射率和下DBR的反射率之间相差较小，导致VCSEL的出光效率较低。专利技术内容本专利技术实施例提供了一种垂直腔面发射激光器及其制作方法，能够解决现有技术上DBR和下DBR折射率差不多，VCSEL正面出光效率较低的问题。所述技术方案如下：一方面，本专利技术实施例提供了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、散热层、下反射层、发光区、上反射层、上金属电极和下金属电极；所述散热层、所述下反射层、所述发光区、所述上反射层和所述上金属电极依次层叠在所述衬底的第一表面上，所述下金属电极设置在所述衬底的第二表面上，所述衬底的第二表面与所述衬底的第一表面相对；所述下反射层包括依次层叠的多层硼烯薄膜，所述散热层的材料采用石墨烯或者砷化硼。可选地，每层所述硼烯薄膜的厚度为0.3nm～0.5nm，所述下反射层中硼烯薄膜的数量为80个～150个。可选地，所述下反射层还包括纳米Ag层，所述纳米Ag层位于所述散热层和所述多层硼烯薄膜之间。优选地，所述纳米Ag层的厚度为2nm～5nm。可选地，所述散热层为叠层结构或者颗粒阵列。进一步地，当所述散热层为叠层结构，且所述散热层的材料采用石墨烯时，所述散热层的厚度为0.3nm～0.5nm；当所述散热层为叠层结构，且所述散热层的材料采用砷化硼时，所述散热层的厚度为20nm～30nm。进一步地，当所述散热层为颗粒阵列时，所述颗粒阵列中颗粒的粒径与相邻两个颗粒之间的距离之比为1:1～2:1。另一方面，本专利技术实施例提供了一种垂直腔面发射激光器的制作方法，所述制作方法包括：在衬底的第一表面上依次形成散热层、下反射层、发光区、上反射层、上金属电极；在衬底的第二表面上形成下金属电极，所述衬底的第二表面与所述衬底的第一表面相对；其中，所述下反射层包括依次层叠的多层硼烯薄膜，所述散热层的材料采用石墨烯或者砷化硼。可选地，所述下反射层采用如下方式形成：在所述散热层上形成纳米Ag层；在真空环境中控制蒸发形成的B原子在所述纳米Ag层上沉积，形成硼烯薄膜。优选地，所述真空环境中的压力为10-8torr～10-6torr。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：将下反射层从DBR结构改为依次层叠的多层硼烯薄膜，硼烯是一种单原子层厚度的二维硼材料，因此硼烯材料形成的硼烯薄膜有限，相邻两层硼烯薄膜之间会存在分界面，光线射入多层硼烯薄膜内存在多次反射。而且硼烯薄膜中硼原子的排列结构使得硼烯薄膜的表面呈现出“褶皱”，反射光线的方向会增多，加上多次反射，使得依次层叠的多层硼烯薄膜具有99％以上的反射率和几乎为0的吸光率，作用的波长范围覆盖从红外光到紫外光的整个波段，可以有效增强底部的反光效果，下反射层的反射率将远高于上反射层的反射率，VCSEL的出光效率得到极大提高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的下反射层的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的垂直腔面发射激光器的俯视图；图4是本专利技术实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制作方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。本专利技术实施例提供了一种垂直腔面发射激光器。图1为本专利技术实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图。参见图1，该垂直腔面发射激光器包括衬底10、散热层20、下反射层21、发光区30、上反射层22、上金属电极41和下金属电极42，散热层20、下反射层21、发光区30、上反射层22和上金属电极41依次层叠在衬底10的第一表面上，下金属电极42设置在衬底10的第二表面上，衬底10的第二表面与衬底10的第一表面相对。图2为本专利技术实施例提供的下反射层的结构示意图。参见图2，在本实施例中，下反射层21包括依次层叠的多层硼烯薄膜211，散热层20的材料采用石墨烯或者砷化硼。本专利技术实施例将下反射层从DBR结构改为依次层叠的多层硼烯薄膜，硼烯是一种单原子层厚度的二维硼材料，因此硼烯材料形成的硼烯薄膜有限，相邻两层硼烯薄膜之间会存在分界面，光线射入多层硼烯薄膜内存在多次反射。而且硼烯薄膜中硼原子的排列结构使得硼烯薄膜的表面呈现出“褶皱”，反射光线的方向会增多，加上多次反射，使得依次层叠的多层硼烯薄膜具有99％以上的反射率和几乎为0的吸光率，作用的波长范围覆盖从红外光到紫外光的整个波段，可以有效增强底部的反光效果，下反射层的反射率将远高于上反射层的反射率，VCSEL的出光效率得到极大提高。另外，多层硼烯薄膜依次层叠形成的下反射层厚度整体较薄，不会影响到VCSEL的外延生长。而且发光区在发出光线的同时还会产生热量，硼烯在常温下的导热性能有限，无法将产生的热量有效传导出去，导致VCSEL发热进而升温，影响VCSEL的性能，最终降低VCSEL的正面出光效率。本专利技术实施例在硼烯薄膜和衬底之间设置石墨烯或者砷化硼形成的散热层，石墨烯和砷化硼都具有良好的散热性能，可以将集聚在下反射层的热量及时传导出去，避免热量累积影响导致VCSEL温度升高，影响发光区发出光线，保证VCSEL的出光效率。另外，石墨烯来说的性能与硼烯薄膜类似，砷化硼具有与硼烯薄膜相同的硼元素，并且石墨烯和砷化硼都和衬底一样是半导体材料，将石墨烯或者砷化硼形成的散热层插入在硼烯薄膜和衬底之间，也不会影响到VCSEL的外延生长。可选地，每层硼烯薄膜211的厚度可以为0.3nm～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器包括衬底(10)、散热层(20)、下反射层(21)、发光区(30)、上反射层(22)、上金属电极(41)和下金属电极(42)；所述散热层(20)、所述下反射层(21)、所述发光区(30)、所述上反射层(22)和所述上金属电极(41)依次层叠在所述衬底(10)的第一表面上，所述下金属电极(42)设置在所述衬底(10)的第二表面上，所述衬底(10)的第二表面与所述衬底(10)的第一表面相对；所述下反射层(21)包括依次层叠的多层硼烯薄膜(211)，所述散热层(20)的材料采用石墨烯或者砷化硼。

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器包括衬底(10)、散热层(20)、下反射层(21)、发光区(30)、上反射层(22)、上金属电极(41)和下金属电极(42)；所述散热层(20)、所述下反射层(21)、所述发光区(30)、所述上反射层(22)和所述上金属电极(41)依次层叠在所述衬底(10)的第一表面上，所述下金属电极(42)设置在所述衬底(10)的第二表面上，所述衬底(10)的第二表面与所述衬底(10)的第一表面相对；所述下反射层(21)包括依次层叠的多层硼烯薄膜(211)，所述散热层(20)的材料采用石墨烯或者砷化硼。2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，每层所述硼烯薄膜(211)的厚度为0.3nm～0.5nm，所述下反射层(21)中硼烯薄膜(211)的数量为80个～150个。3.根据权利要求1或2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述下反射层还包括纳米Ag层(212)，所述纳米Ag层(212)位于所述散热层(20)和所述多层硼烯薄膜(211)之间。4.根据权利要求3所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述纳米Ag层(212)的厚度为2nm～5nm。5.根据权利要求1或2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛永晖，刘旺平，曹阳，王群，吕蒙普，胡加辉，李鹏，
申请(专利权)人：华灿光电苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32