【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体激光器，尤其涉及一种多结垂直腔面发射半导体发光结构及其制备方法。
技术介绍
1、在光源市场，垂直腔面发射激光器（vcsel）优于边发射激光器的表现在于，有源区尺寸极小，可实现高封装密度和低阈值电流；兼容平面化工艺、良率高成本低，满足消费市场应用需求；圆形光束及较小的发散角易于实现较高的功率密度；低温漂系数有利于器件在高温及低温的超宽温度范围内实现性能的稳定。多结vcsel阵列光源芯片正在逐步成为诸如3d传感、激光雷达等一系列应用的重要光源。尤其在激光雷达的应用指标中，发散角的性能指标尤为重要。
2、为了降低远场发散角，获得更小的远场光斑，其根本物理机理为实现激射光模式为较单一的基横光模式。传统的方法如使用小氧化孔径、微透镜阵列等。使用缩小孔径（如3um-5um）的方法可以实现单模低发散角的输出，但是无法满足日益增长的更高输出功率的需求。使用微透镜阵列，会增加微透镜阵列的复杂制作工序、微透镜阵列与发光区阵列的对准工序、及模组的集成工序，并有可能带来可靠性问题。另外通过控制和减少vcsel芯片谐振腔内的横向光模式的复合程度，也可以实现远场发散角的降低，具体方法包括：表面刻蚀微结构、zn扩散和离子注入、透明电极层等。上述方式中，表面刻蚀微结构的方式，是通过选择性地增加高阶光模式的损耗或阈值增益，从而实现主要激射模式为基横模。但是这种方式的线宽很小（＜300nm），常规的光刻机无法满足其需求，需要使用额外的电子束光刻（ebl），现阶段仍不具备可量产性，无法满足市场的需求。zn扩散、离子注入和透明电极层的方式，
3、本专利中提供的新方法，在实现降低远场发散角目标的同时，完全与常规的光刻、刻蚀、氧化、沉积等半导体工艺流程，方法上完全兼容，不需要额外的投入。
技术实现思路
1、为了解决以上问题的一个或多个，本申请提出一种多结垂直腔面发射半导体发光结构及其制备方法。
2、根据本申请的一个方面，提供了一种多结垂直腔面发射半导体发光结构，包括：
3、衬底；
4、位于衬底一侧且依次堆叠设置的第一布拉格反射镜、谐振腔、第二布拉格反射镜、欧姆接触层和p面电极；
5、谐振腔包括至少两个有源层，相邻的有源层之间通过隧道结层连接；
6、每一有源层远离衬底的一侧设置有氧化层，每一氧化层设置有开口区域；
7、p面电极包围的出光区设置有环形凹槽，环形凹槽内覆盖有调制金属层。
8、在一些实施方式中，调制金属层所用的金属材料的折射率虚部不等于0。
9、在一些实施方式中，环形凹槽的底面不低于距离欧姆接触层最近的氧化层的上表面。
10、在一些实施方式中，调制金属层的厚度为50nm。
11、在一些实施方式中，环形凹槽的开口宽度为1μm-1.5μm。
12、在一些实施方式中，环形凹槽的底面与距离欧姆接触层最近的氧化层的末端的水平距离为1.5μm-2.5μm。
13、根据本申请的另一个方面，提供了一种多结垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法，应用以上任意一种多结垂直腔面发射半导体发光结构，包括以下步骤：
14、提供衬底；
15、在衬底上依次形成第一布拉格反射镜、谐振腔、第二布拉格反射镜和欧姆接触层和p面电极，其中，谐振腔包括至少两个有源层，相邻的有源层之间通过隧道结层连接；
16、在每一有源层远离衬底的一侧形成氧化层，每一氧化层中心形成开口区域；
17、在p面电极包围的出光区形成环形凹槽；
18、在环形凹槽内沉积调制金属层。
19、在一些实施方式中，环形凹槽采用光刻工艺和刻蚀工艺形成。
20、在一些实施方式中，调制金属层采用金属沉淀工艺形成。
21、在一些实施方式中，调制金属层所用的金属材料的折射率虚部不等于0。
22、本申请公开的一种多结垂直腔面发射半导体发光结构及其制备方法，通过设计环形凹槽并在环形凹槽内形成调制金属层，引入了外延结构之外的损耗层，在高阶光模式的谐振位置引入折射率带有虚部的金属材料，为高阶光模式引入额外的吸收，使高阶光模式在谐振腔内无法获得足够的增益，降低激射光束中高阶光模式的占比，降低发光结构最终的远场发散角；降低欧姆接触层的掺杂浓度，为发光结构增多了电流流通路径，保证更多的载流子可以参与低阶光模式的光电复合，更有效的转换为低阶光模式的激射，降低发光结构最终的远场发散角；额外的电流注入路径，可以实现电流更均匀地注入在整个发光区内，减弱了常规多结垂直腔面发射半导体发光结构中普遍存在的氧化层末端电流密度过大的可靠性失效风险点。更重要的一点，增加电流路径的变化后，整体器件电阻降低，载流子更加均匀地注入也可以带来多结vcsel阵列芯片在高速通信领域的应用前景。
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1.一种多结垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种多结垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，所述调制金属层所用的金属材料的折射率虚部不等于0。
3.根据权利要求1所述的一种多结垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，所述环形凹槽的底面不低于距离所述欧姆接触层最近的氧化层的上表面。
4.根据权利要求1所述的一种多结垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，所述调制金属层的厚度为50nm。
5.根据权利要求1所述的一种多结垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，所述环形凹槽的开口宽度为1μm-1.5μm。
6.根据权利要求1所述的一种多结垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，所述环形凹槽的底面与距离所述欧姆接触层最近的氧化层的末端的水平距离为1.5μm-2.5μm。
7.一种多结垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法，用于制备权利要求1-6任一所述一种多结垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种多结垂直腔面发射半导体发光
9.根据权利要求7所述的一种多结垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法，其特征在于，调制金属层采用金属沉淀工艺形成。
10.根据权利要求7所述的一种多结垂直腔面发射半导体发光结构的制备方法，其特征在于，调制金属层所用的金属材料的折射率虚部不等于0。
...【技术特征摘要】
1.一种多结垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种多结垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，所述调制金属层所用的金属材料的折射率虚部不等于0。
3.根据权利要求1所述的一种多结垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，所述环形凹槽的底面不低于距离所述欧姆接触层最近的氧化层的上表面。
4.根据权利要求1所述的一种多结垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，所述调制金属层的厚度为50nm。
5.根据权利要求1所述的一种多结垂直腔面发射半导体发光结构，其特征在于，所述环形凹槽的开口宽度为1μm-1.5μm。
6.根据权利要求1所述的一种多结垂直腔面发射半导体发光结构，...
【专利技术属性】
技术研发人员：苗霈，王俊，肖垚，刘恒，高元斌，郭帅，
申请(专利权)人：苏州长光华芯光电技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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