一种基于补偿型刻蚀结构的氧化孔制备方法

本发明涉及一种基于补偿型刻蚀结构的氧化孔制备方法，属于半导体光电子。

背景技术：

1、半垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser,vcsel)具备了一系列的优点：单纵模、低阈值、易于二维集成等，目前已在数据传输、光通信、3d传感等领域得到了日益广泛的应用。氧化工艺是氧化限制型vcsel中最常用的制备技术，氧化后所形成的al2o3在器件上形成电流注入限制窗口，从而显著改善器件的阈值特性和光束质量。不同的氧化孔结构对激光器的性能有着不同的影响：在相同的台面尺寸下，与椭圆形和圆形相比，三角形氧化孔或菱形氧化孔对高阶模式有着更强的抑制作用，更有利于vcsel实现基模出射。但在对氧化限制层的实际氧化过程中，由于氧化技术的不成熟及工艺过程的不稳定，制备规则的三角形或菱形氧化孔依旧是个难题。不规则的氧化孔结构对器件的激射模式、阈值电流、功率转换效率等性能产生严重影响，从而限制了其的发展及应用。

2、在实现本发明构思的过程中，发明人发现，设计一种补偿型刻蚀台面结构，利用在相同的氧化条件下，台面刻蚀结构不同时，氧化孔形状也会有差异，而且氧化反应不是完全各向同性的，即氧化速度沿特定的晶向是不同的，因此基于氧化补偿原理形成补偿型台面结构，对具有较快反应速率的晶向进行氧化补偿，调控水汽氧化过程中[011]晶向与晶向的氧化深度差值，弥补氧化过程中晶向反应速率不同所引起的氧化孔形状不规则的问题，此外，在台面上刻蚀圆形沟槽形成氧化通道，在各个圆形氧化通道的共同作用下形成理想的氧化孔形状，并最终制备得到具有规则的三角形和菱形氧化孔的垂直腔面发射激光器。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于补偿型刻蚀结构的氧化孔制备方法。

2、本发明提供了一种基于补偿型刻蚀结构的氧化孔制备方法，该补偿型刻蚀台面垂直腔面发射激光器包括：补偿型刻蚀台面结构、圆形沟槽、n型金属电极、gaas衬底、n型dbr反射层、有源层、氧化限制层、p型dbr反射层和p型金属电极；其中，所述补偿型刻蚀台面结构的俯视图为关于几何中心对称的具有圆形沟槽的多边形图案；

3、可选地，dbr反射层均为两层不同折射率材料交替生长而成，且每种光学厚度等于1/4λ。

4、可选地，氧化限制层位于有源层上方的第一对p型dbr内为氧化层，且由高铝组分的alxga1-xas形成，通过对高铝组分的alxga1-xas进行侧向湿法氧化而形成氧化限制层来实现的注入电流限制，其中x的范围为0.95-0.99。。

5、可选地，氧化限制层暴露在台面侧壁，且通过侧向湿法氧化形成氧化孔。

6、可选地，氧化孔形状为三角形和菱形。

7、可选地，补偿型刻蚀台面结构的俯视图为关于几何中心对称的具有圆形沟槽的多边形图案，其中所述多边形图案为十二边形的刻蚀台面和九边形的刻蚀台面。

8、可选地，三角形氧化孔是由九边形的刻蚀台面和台面表面三个圆形沟槽共同作用下经湿法氧化形成的。

9、可选地，菱形氧化孔是由十二边形的刻蚀台面和台面表面四个圆形沟槽共同作用下经湿法氧化形成的。

10、可选地，在衬底上生长补偿型刻蚀结构的垂直腔面发射激光器的外延层；

11、经光刻和刻蚀制作出补偿型刻蚀台面和圆形沟槽；

12、经湿法氧化制作三角形和菱形氧化孔；

13、经光刻后制作p型金属电极；

14、经磨片减薄衬底；

15、制作n型金属电极；

16、解理封装。

17、本发明至少具有以下有益效果：

18、1、本发明提供的一种基于补偿型刻蚀结构的氧化孔制备方法的工艺制备简单，可以稳定可控地制备形状规则的三角形和菱形氧化孔结构，规则的氧化孔结构可以有效改善器件的激射模式、阈值电流、功率转换效率等性能。

19、2、本发明提供的补偿型刻蚀结构的垂直腔面发射激光器的三角形氧化孔或菱形氧化孔对高阶模式有着更强的抑制作用，更有利于垂直腔面发射激光器实现基模出射，而且还有助于改善器件的偏振特性。

20、3、本发明提供的补偿型刻蚀结构的垂直腔面发射激光器的台面具有圆形沟槽，在圆形沟槽中溅射金属电极材料后对激光器的散热起到改善作用，以优化激光器的热特性。

技术特征：

1.一种基于补偿型刻蚀结构，其特征在于，包括：n型金属电极、gaas衬底、n型dbr反射层、有源层、氧化限制层、p型dbr反射层、p型金属电极、圆形沟槽、补偿型台面结构；其中，所述补偿型刻蚀台面结构的俯视图为关于几何中心对称的多边形图案，所述多边形图案为十二边形的十字形刻蚀台面和九边形的三角形刻蚀台面。

2.如权利要求1所述的一种基于补偿型刻蚀结构，其特征在于，所述的氧化限制层位于有源层上方的第一对p型dbr内为氧化层，且由高铝组分的alxga1-xas形成，通过对高铝组分的alxga1-xas进行侧向湿法氧化而形成氧化限制层来实现的注入电流限制，其中x的范围为0.95-0.99。

3.如权利要求1所述的一种基于补偿型刻蚀结构，其特征在于，所述的氧化限制层暴露在台面侧壁和圆形沟槽侧壁，且通过侧向湿法氧化共同形成氧化孔。

4.如权利要求3所述的一种基于补偿型刻蚀结构的氧化孔制备方法，其特征在于，所述的氧化孔形状为三角形和菱形。

5.如权利要求1所述的一种基于补偿型刻蚀结构，其特征在于，三角形氧化孔对应的补偿型刻蚀台面结构为九边形的刻蚀台面。

6.如权利要求5所述的一种基于补偿型刻蚀结构，其特征在于，九边形的刻蚀台面的表面有3个圆形空气沟槽；所述的九边形的刻蚀台面的边长为20-50微米；所述的圆形空气沟槽的直径为为12-20微米，圆形沟槽的刻蚀深度为3微米。

7.如权利要求1所述的一种基于补偿型刻蚀结构，其特征在于，菱形氧化孔对应的补偿型刻蚀台面结构为十二边形的刻蚀台面。

8.如权利要求7所述的一种基于补偿型刻蚀结构，其特征在于，十二边形的刻蚀台面表面有4个圆形空气沟槽。

9.如权利要求8所述的一种基于补偿型刻蚀结构的氧化孔制备方法，其特征在于，所述的十二边形的刻蚀台面的边长为20-50微米；所述的圆形空气沟槽的直径为12-20微米，圆形沟槽的刻蚀深度为3微米。

10.一种制备权利要求1～9中任一项所述的一种基于补偿型刻蚀结构的方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种基于补偿型刻蚀结构的氧化孔制备方法，该方法得到的器件台面结构非圆形，而是由多边形构成的补偿型刻蚀台面结构，该器件在N型GaAs衬底上生长出外延结构，器件的外延结构自衬底向上依次包括：N型金属电极、GaAs衬底、N型DBR反射层、有源层、氧化限制层、P型DBR反射层、P型金属电极、圆形沟槽、补偿型刻蚀台面结构。在湿法氧化作用下，基于补偿型刻蚀结构的垂直腔面发射激光器会形成三角形和菱形氧化孔。本发明得到的具有三角形和菱形氧化孔结构垂直腔面发射激光器的对高阶模具有良好的抑制作用，有助于器件频率特性和热特性的改善，进而提高光束质量。技术研发人员：崔碧峰,陈中标,郑翔瑞,杨春鹏,闫博昭受保护的技术使用者：北京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29