辐射发射器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种辐射发射器及其制备方法，包括的步骤如下，制备堆叠层，其包括第一反射器有源区、可氧化层和第二反射器；和局部移除所述堆叠层，从而形成至少一个台面，其中至少一个台面包括第一反射器、有源区、可氧化层和第二反射器，其特征在于在局部移除堆叠层并形成至少一个台面之前或之后，执行以下步骤：在堆叠层内部，每个辐射发射器垂直蚀刻至少三个盲孔，其中所述盲孔至少垂直延伸至可氧化层，并暴露所述氧化层；然后通过盲孔的侧壁横向氧化可氧化层，其中氧化面从每个孔径向外移动，并且在整个可氧化层被氧化前停止刻蚀，从而每个辐射发射器形成至少一个被至少三个氧化面限制的孔径。限制的孔径。限制的孔径。

【技术实现步骤摘要】
辐射发射器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种可以实现大输出功率而孔径相对较小的辐射发射器，以及一种制造具有大输出功率而孔径相对较小的辐射发射器的方法。

技术介绍

[0002]在光电子集成电路板内和板间、计算机服务器内部和服务器之间、数据中心内部和中心之间、乃至地球上一点到另一点以光子为载体的数据传输所消耗的能量跨度可从数十fJ/bit到数十mJ/bit。互联网流量以每年60％的速度增长，具有数以万计的光互连的大规模数据中心也正在建设。为了满足通信能力需求，须采用高功率单模激光器和密集波分复用实现长距数据传输。
[0003]大功率、单模垂直腔面发射激光器(VCSELs)是面向短距离通信(1
‑
2km)的关键光发射器件。VCSELs可通过设计实现不同波长，并通过单模或多模光纤实现短距离通信。波分复用(WDM)可极大地增加链路的比特率。通过优化通道数和每个通道的比特率可以有效降低能耗。IEEE 802.3cd标准中每个通道的间距为30nm，其适用于通常的多模VCSELs。通过减小WDM波长间距可以实现链路带宽的增加并减小能耗。窄的激光光谱可以避免各通道间的串扰，且具有色散小和传输距离长的优点。
[0004]通过抑制激光的高阶模式可实现窄的激光光谱。通过减小有源区域大小，可以抑制高阶模，并提高D因子，
[0005][0006]其中f
R
是弛豫谐振频率，I是电流，I
th
是阈值电流，
[0007][0008]上式中，g
′<br/>是微分增益，V
a
是有源区体积，η
i
是内量子效率，v
g
是群速度，Γ是限制因子。VCSEL的有源区与VCSEL腔长和孔径有关。目前数据通信VCSEL的腔长度通常为波长的一半。进一步减小VCSEL的腔长不能实现。VCSEL孔径的减小会导致电阻、微分电阻的增加，以及输出功率的下降等问题。低电阻可降低激光器与电驱动的阻抗匹配，降低电驱动的总能耗。

技术实现思路

[0009]本专利技术的示例性实施例涉及制造至少一个辐射发射器的方法，该方法步骤包括：制备堆叠层，其包括第一反射器、有源区、可氧化层和第二反射器；然后局部移除所述堆叠层，从而形成至少一个台面，其中至少一个所述台面包括所述第一反射器、所述有源区、所述可氧化层和所述第二反射器，其特征在于在局部移除所述堆叠层并形成至少一个所述台面之前或之后，执行以下步骤：在所述堆叠层内部，每个所述辐射发射器至少垂直蚀刻三个盲孔，其中所述盲孔至少垂直延伸至所述可氧化层，并使所述氧化层暴露；并且，通过所述
盲孔的侧壁在横向方向上氧化所述可氧化层，在氧化过程中，氧化面从每个所述盲孔向外径向移动，并且在氧化过程中，在全部所述可氧化层被氧化前终止刻蚀，从而每个所述辐射发射器形成至少一个未氧化孔径，所述氧化孔径被至少三个所述氧化面限制。
[0010]优选地，先垂直刻蚀所述盲孔和从所述盲孔侧壁氧化所述可氧化层，然后再刻蚀所述台面。
[0011]优选地，在局部移除所述堆叠层后，在属于所述台面的区域的所述堆叠层内每个所述辐射发射器垂直刻蚀至少三个所述盲孔。
[0012]优选地，在属于至少一个所述台面区域的所述堆叠层内刻蚀至少四个所述盲孔。优选地，至少一个未氧化孔径被至少四个所述氧化面限制。
[0013]可选地，在属于至少一个所述台面区域的所述堆叠层内刻蚀多个所述盲孔。
[0014]优选地，所述盲孔以类似晶格方式排列构成网格，所述网格在方向一上具有第一网格间距，在方向二上具有第二网格间距。
[0015]所述第一网格间距和所述第二网格间距可以是相同的，例如制备对称的孔径以产生偏振无关的光发射。
[0016]可选地，所述第一网格间距可能比所述第二网格间距大10％到30％，例如制备非对称孔径以产生偏振相关的光发射。
[0017]根据优选实施例，每个所述辐射发射器形成具有9个盲孔的3x3网格或具有16个盲孔的4x4网格。
[0018]氧化参数可使用实现圆形氧化孔径的制备参数，例如制备对称的孔径以产生偏振无关的光发射。
[0019]可选地，氧化参数可使用实现各向异性(例如椭圆形)孔径的制备参数，例如制备非对称的孔径以产生偏振相关的光发射。
[0020]优选地，所述可氧化层被氧化后的材料不导电。
[0021]制备所述堆叠层的步骤可包括在所述堆叠层中形成两个或多个可氧化层。
[0022]至少一个所述可氧化层或所述可氧化层中的至少一个可形成于所述第一反射器和所述有源层之间。
[0023]至少一个所述可氧化层或所述可氧化层中的至少一个可形成于所述第一反射器内部。
[0024]至少一个所述可氧化层或所述可氧化层中的至少一个可形成于所述第二反射器和所述有源层之间。
[0025]至少一个所述可氧化层或所述可氧化层中的至少一个可形成于所述第二反射器内部。
[0026]在一个优选实施例中，所述可氧化层中的至少一个形成于所述第一反射器内部或所述第一反射器与所述有源层之间，并且所述可氧化层中的至少一个形成于所述第二反射器内部或所述第二反射器与所述有源层之间。
[0027]在另一个优选实施例中，所述可氧化层中的至少两个形成于所述第一反射器内部或所述第一反射器与所述有源层之间，和/或所述可氧化层中的至少两个形成于所述第二反射器内部或所述第二反射器与所述有源层之间。
[0028]优选地，上述方法以晶圆级规模制备，可同时制造多个台面(多个发射体)，每个台
面(多个发射体)包含多个孔径。
[0029]本专利技术涉及辐射发射器(例如VCSEL)的另一个示例性实施例包含堆叠层，所述堆叠层具有第一反射器、有源区、至少一个由部分氧化和部分未氧化的可氧化层中的未氧化材料形成的孔径、第二反射器。其所述发射器的台面包括至少所述第一反射器、所述有源区、所述可氧化层和所述第二反射器，其特征在于，所述台面包括至少三个盲孔，所述盲孔垂直延伸至所述可氧化层的氧化部分。其中，至少一个所述孔径受至少三个氧化区域的氧化面的限制，并且每个所述盲孔构成其中一个所述氧化面的中心。
[0030]优选地，在所述盲孔填充传导材料或至少在所述盲孔的侧壁上覆盖传导材料。优选地，所述传导材料具有导热性，以便散发在所述辐射发射器工作时产生的热量。
[0031]所述传导材料也可具有导电性，例如可以旁通电流。
[0032]所述盲孔的侧壁和所述传导材料或至少其中的一部分可与所述堆叠层构成欧姆接触。
[0033]可通过中间隔离层将所述传导材料或至少其中的一部分与所述盲孔的侧壁和/或所述盲孔的底部隔离，例如可以阻止旁通电流。
[0034]当所述辐射发射器工作时，至少一个所述孔径或所述孔径中的至少一个可经受电流和光辐射。
[0035]所述传导材料可就至少一个所述孔径形成电旁路，每个旁路孔径只经受光辐射，因为电流通过相应的旁路绕过所述旁路孔经。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备至少一个辐射发射器(100)的方法，包括步骤：制备堆叠层(10)，其包括第一反射器(12)、有源区(13)、可氧化层(21
‑
24)和第二反射器(14)；然后在局部移除所述堆叠层(10)，从而形成至少一个台面(M)，其中所述至少一个台面(M)包括第一反射器(12)、有源区(13)、可氧化层(21
‑
24)和第二反射器(14)，其特征在于，在局部移除堆叠层(10)并形成至少一个台面(M)之前或之后，执行以下步骤：在堆叠层(10)内部，每个辐射发射器(100)至少垂直蚀刻三个盲孔(30)，其中所述盲孔(30)至少垂直延伸至所述可氧化层(21
‑
24)，并使所述氧化层暴露(21
‑
24)；通过盲孔(30)的侧壁(31)在横向方向上氧化可氧化层(21
‑
24)，在氧化过程中，氧化面(32)从每个盲孔向外径向移动，并且在氧化过程中，刻蚀在全部可氧化层(21
‑
24)被氧化前终止，从而每个辐射发射器(100)形成至少一个未氧化的孔径(40)，所述氧化孔径被至少三个氧化面(32)限制。2.如权利要求1所述的方法，在局部移除所述堆叠层(10)后，在属于至少一个台面(M)的堆叠层(10)内每个辐射发射器(100)至少垂直刻蚀三个盲孔(30)。3.如权利要求1或2所述的方法，在属于至少一个台面(M)的区域内的堆叠层(10)内刻蚀至少四个盲孔(30)，形成至少一个未氧化的孔径(40)，所述孔径被至少四个氧化面(32)所限制。4.如权利要求1至3任一项所述的方法，在属于至少一个台面(M)的区域内的堆叠层(10)内刻蚀多个盲孔(30)，所述盲孔(30)以网格状方式排列，所述网格具有在方向一(D1)上的第一网格间距(d1)和在方向二(D2)上的第二网格间距(d2)。5.如权利要求1至4任一项所述的方法，氧化过程使用可实现圆形氧化面(32)的参数，氧化过程使用可实现各向异性氧化面(32)的参数。6.如权利要求1至5任一项所述的方法，所述至少一个可氧化层(21
‑
24)或所述可氧化层中的至少一个(21
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24)制备于所述第一反射器(12)和所述有源区(13)之间，和/或所述至少一个可氧化层(21
‑
24)或所述可氧化层中的至少一个(21
‑
24)制备于所述第一反射器(12)内。7.如权利要求1至6任一项所述的方法，所述至少一个可氧化层(21
‑
24)或所述可氧化层(21
‑
24)中的至少一个制备于所述第二反射器(14)和所述有源区(13)之间，和...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈特，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：