【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光器领域，特别涉及一种高均匀性二维vcsel激光器及其制备方法。
技术介绍
1、垂直腔面发射激光器（vertical cavity surface emitting laser，vcsel）具有光束质量好，阈值电流低，高频调节，易于二维阵列集成和制造成本低廉等优点。近年来，随着vcsel在激光雷达、3d传感等方面的大规模应用，vcsel受到人们越来越多的关注。
2、二维可寻址vcsel具有分区驱动的优点，是固态激光雷达的理想光源。常用二维可寻址vcsel多采用共面电极工艺，该方案通常需要在衬底或反射腔内生长厚导电层，以用于底电极横向电输运。而一方面，厚导电层会增加外延层厚度，带来应力积累，给高质量外延生长带来困难；另一方面，厚导电层生长通常掺杂浓度较高，且存在掺杂浓度上限，单靠厚导电层无法实现较好的横向电输运，从而影响二维阵列不同发光区间的发光均匀性。
3、此外，采用n面金属电极方案，可以利用金属电极的高电子迁移率降低器件的横向电阻，提升不同发光区间电注入均匀性及发光均匀性。然而，n面接触电极n-contact的制作需要在较平坦的区域，且n-mesa间沟道宽度较窄，若采用两次光刻分别刻蚀平坦n-contact接触平台及剥离n-contact电极，将面临深沟槽内两次光刻对准的异常，导致n-mesa间沟道宽度大幅增加，并降低了二维寻址vcsel的填充率及功率密度。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种高均匀性二维vcsel激光器
2、根据本专利技术的一个方面，提供了一种高均匀性二维vcsel激光器及其制备方法，包括：
3、多个发光单元，各所述发光单元组成多行多列的二维阵列；
4、每个所述发光单元自下而上依次形成有绝缘衬底层、n型导电层、二维电子气层、刻蚀截止层、n-dbr层、延长腔、有源区、p-dbr层、p-contact层；
5、在每个所述发光单元中的所述p-contact层上形成有多个上电极，在所述p-contact层上未形成所述上电极的区域形成有多个介质膜层，所述介质膜层向下延伸至所述二维电子气层，所述二维电子气层为gaas体系材料层并且具备高电子迁移率；
6、各所述介质膜层的下部被n-contact层截断，所述n-contact层形成在所述二维电子气层的上表面；
7、在所述上电极和所述介质膜层的上表面形成p-电镀层，各所述介质膜层的下部之间形成有n-电镀层，所述p-电镀层和所述n-电镀层之间设置有填平介质层。
8、在一些实施方式中，在二维阵列中，每一行的各所述发光单元的所述p-电镀层相连形成p面条状电极，每一列的各所述发光单元的所述n-电镀层相连形成n面条状电极。其有益之处在于，可以在各p面条状电极的作用下实现了p面电注入的条状分布，同时在各n面条状电极的作用下实现了n面电注入的条状分布。
9、在一些实施方式中，各行之间均形成有p面隔离通道，各列之间均形成有n面隔离通道。其有益之处在于，实现了n-p电极隔离。
10、在一些实施方式中，各p面隔离通道和各n面隔离通道通过多次填平实现深刻蚀槽填平。其有益之处在于，提高了二维阵列不同发光区间的发光均匀性。
11、在一些实施方式中，在二维阵列中，各行的端部均设置有p-pad，各列的端部均设置有n-pad。其有益之处在于，设置各p-pad和各n-pad分别用于对各行各列进行标示。
12、根据本专利技术的一个方面，提供了一种上述高均匀性二维vcsel激光器的制备方法，包括以下步骤：
13、s1: 在绝缘衬底层上依次生长高掺杂n型导电层、二维电子气层、刻蚀截止层、n-dbr、延长腔层、有源层、p-dbr和p-cap层；
14、s2: 在p-cap层上形成上电极；
15、s3: 在p-cap层和上电极的上方形成氮化硅掩膜层；
16、s4: 以氮化硅掩膜层为掩膜进行刻蚀至延长腔，形成p-mesa结构；
17、s5: 进行氧化处理形成氧化孔径；
18、s6: 通过光刻、干法刻蚀以及溶液刻蚀，形成n-mesa结构，刻蚀停止下n-dbr最后三对内；
19、s7: 以光刻胶为掩膜，湿法刻蚀掉剩余n-dbr层，刻蚀截止层，在光刻胶与二维电子气层之间形成正梯形刻蚀截面，然后蒸镀n电极并在二维电子气层上形成n-contact层；
20、s8: 以光刻胶为掩膜，刻蚀n电极隔离道，并刻蚀至绝缘衬底层；
21、s9：蒸镀介质层，通过光刻及刻蚀去除n-contact层上的介质膜层，形成n电极接触孔；
22、s10: 将n电极接通负极，进行电镀，在沟道中形成n电镀金，其中电镀金最高点不超过延长腔的顶部；
23、s11: 对芯片进行多次填平光刻，在各沟槽中形成填平厚层；
24、s12: 通过光刻以及介质膜层干法刻蚀形成p面接触通孔；
25、s13: 形成电镀种子金层、p面隔离通道和接触金属层；
26、s14: 芯片经过高温退火，形成欧姆接触，完成高均匀性二维vcsel激光器的制备。
27、在一些实施方式中，在步骤s5中，将mesa侧壁在短时间内放入湿法氧化炉中，随后向腔室内通入水蒸气，升温至氧化温度，并氧化一定时间。其有益之处在于，描述了对mesa侧壁进行氧化处理的具体方法。
28、在一些实施方式中，在步骤s7中，湿法刻蚀掩膜及剥离使用同一层光刻胶，各向同性的湿法刻蚀形成正梯形刻蚀截面，正梯形刻蚀截面的梯形底部距离光刻胶边缘距离大于0.5 um。其有益之处在于，描述了在光刻胶与二维电子气层之间形成正梯形刻蚀截面的相关位置情况。
29、在一些实施方式中，在步骤s10中，通过调节电镀时间控制电镀金厚度。其有益之处在于，描述了控制电镀金厚度使其最高点不超过延长腔的顶部的具体方法。
30、在一些实施方式中，在步骤s12中，通过在晶圆表面沉积金属薄膜形成电镀种子金层，通过光刻及湿法刻蚀形成p面隔离通道并实现p面发光区的条形分区，而通过光刻和电镀形成接触金属层。其有益之处在于，分别描述了形成电镀种子金层、p面隔离通道和接触金属层的具体方法。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高均匀性二维VCSEL激光器，其特征在于：包括
2.根据权利要求1所述的一种高均匀性二维VCSEL激光器，其特征在于：在二维阵列中，每一行的各所述发光单元的所述P-电镀层相连形成P面条状电极，每一列的各所述发光单元的所述N-电镀层相连形成N面条状电极。
3.根据权利要求2所述的一种高均匀性二维VCSEL激光器，其特征在于：各行之间均形成有P面隔离通道，各列之间均形成有N面隔离通道。
4.根据权利要求3所述的一种高均匀性二维VCSEL激光器，其特征在于：各P面隔离通道和各N面隔离通道通过多次填平实现深刻蚀槽填平。
5. 根据权利要求2所述的一种高均匀性二维VCSEL激光器，其特征在于：在二维阵列中，各行的端部均设置有P-pad，各列的端部均设置有N-pad。
6.一种权利要求1-5任一项所述的高均匀性二维VCSEL激光器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤
7.根据权利要求6所述的一种高均匀性二维VCSEL激光器的制备方法，其特征在于：在步骤S5中，将Mesa侧壁在短时间内放入湿法氧化炉中，随后向腔室内
8. 根据权利要求6所述的一种高均匀性二维VCSEL激光器的制备方法，其特征在于：在步骤S7中，湿法刻蚀掩膜及剥离使用同一层光刻胶，各向同性的湿法刻蚀形成正梯形刻蚀截面，梯形底部距离光刻胶边缘距离大于0.5 um。
9.根据权利要求6所述的一种高均匀性二维VCSEL激光器的制备方法，其特征在于：在步骤S10中，通过调节电镀时间控制电镀金厚度。
10.根据权利要求6所述的一种高均匀性二维VCSEL激光器的制备方法，其特征在于：在步骤S12中，通过在晶圆表面沉积金属薄膜形成电镀种子金层，通过光刻及湿法刻蚀形成P面隔离通道并实现P面发光区的条形分区，而通过光刻和电镀形成接触金属层。
...【技术特征摘要】
1.一种高均匀性二维vcsel激光器，其特征在于：包括
2.根据权利要求1所述的一种高均匀性二维vcsel激光器，其特征在于：在二维阵列中，每一行的各所述发光单元的所述p-电镀层相连形成p面条状电极，每一列的各所述发光单元的所述n-电镀层相连形成n面条状电极。
3.根据权利要求2所述的一种高均匀性二维vcsel激光器，其特征在于：各行之间均形成有p面隔离通道，各列之间均形成有n面隔离通道。
4.根据权利要求3所述的一种高均匀性二维vcsel激光器，其特征在于：各p面隔离通道和各n面隔离通道通过多次填平实现深刻蚀槽填平。
5. 根据权利要求2所述的一种高均匀性二维vcsel激光器，其特征在于：在二维阵列中，各行的端部均设置有p-pad，各列的端部均设置有n-pad。
6.一种权利要求1-5任一项所述的高均匀性二维vcsel激光器的制备方法，其特征在于：包括以下步...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘恒，高元斌，王俊，郭帅，苗霈，肖垚，闵大勇，李泉灵，
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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。