一种释放氧化应力的VCSEL芯片及其制备方法与流程

本申请涉及半导体激光器，尤其涉及一种释放氧化应力的vcsel芯片及其制备方法。

背景技术：

1、垂直腔面发射激光器（vcsel）具有光束质量好、阈值电流低、高频调节、易于二维列阵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、电流注入孔是vcsel器件提高电流密度、实现激光发射的重要结构。在algaas基vcsel的工艺制程中，通常通过高温氧化工艺，将结构中高al组分的半导体材料部分氧化为绝缘的al2o3材料，与未氧化部分的半导体材料形成电流注入路径。

3、氧化工艺在器件结构内形成电流注入路径的同时，也会改变器件材料的物理性质。绝缘al2o3材料与高al组分半导体材料的晶格常数不同，晶格失配导致氧化层尖端存在晶格应力，应力下的晶格形变容易在器件工作条件下形成漏电通道，降低器件的工作寿命和可靠性。

技术实现思路

1、为了解决以上问题的一个或多个，本申请提出一种释放氧化应力的vcsel芯片及其制备方法。

2、根据本申请的一个方面，提供了一种释放氧化应力的vcsel芯片，包括：

3、衬底；

4、位于衬底一侧依次生长的缓冲层、n-dbr层、n型掺杂层、有源区层、p型掺杂层、p-dbr层和欧姆接触层；

5、其中，p型掺杂层包括依次层叠的第一掺杂层、第一超晶格结构层、氧化层、第二超晶格结构层和第二掺杂层，第一超晶格结构层和第二超晶格结构层分别包括交替生长的两种或多种材料层。

6、在一些实施方式中，氧化层的材料为alxgaas或alas，其中x的取值范围为x大于0.9且x小于1。

7、在一些实施方式中，第一超晶格结构层和第二超晶格结构层分别包括两层以上的材料层，材料层的材料为alygaas，第一超晶格结构层和第二超晶格结构层中相邻的两个材料层中的y取值不相等，y的取值范围是大于0且小于0.9。

8、在一些实施方式中，在第一超晶格结构层和第二超晶格结构层中交替生长的两种或多种材料层，每一种材料层的数量大于等于1且小于等于10。

9、在一些实施方式中，在第一超晶格结构层和第二超晶格结构层中交替生长的两种或多种材料层，每一种材料层的层厚取值范围为1nm-10nm。

10、在一些实施方式中，第一超晶格结构层和第二超晶格结构层的掺杂类型为非故意掺杂或p型掺杂。

11、在一些实施方式中，第一超晶格结构层和第二超晶格结构层的掺杂浓度范围为1×1016cm-3到1×1021cm-3。

12、在一些实施方式中，氧化层的掺杂浓度范围为1e16cm-3到1e21cm-3。

13、在一些实施方式中，当设置有一个以上的有源区层时，则n型掺杂层、有源区层和p型掺杂层周期性设置，各周期之间设置有隧穿结层。

14、根据本申请的另一个方面，提供了一种释放氧化应力的vcsel芯片的制备方法，用于制备以上任意一种释放氧化应力的vcsel芯片，包括以下步骤：

15、提供衬底；

16、在衬底上依次生长缓冲层、n-dbr层、n型掺杂层、有源区层、p型掺杂层、p-dbr层和欧姆接触层；

17、其中，p型掺杂层包括依次层叠的第一掺杂层、第一超晶格结构层、氧化层、第二超晶格结构层和第二掺杂层，第一超晶格结构层和第二超晶格结构层分别包括交替生长的两种或多种材料层。

18、本申请公开的一种释放氧化应力的vcsel芯片及其制备方法，在不改变器件工艺条件下，有效缓解器件中氧化层的应力，无需采用后工艺处理等应力释放手段，简化工艺步骤，提高生产效率和产品良率；第一超晶格结构层和第二超晶格结构层的隧穿效应能够避免高al组分半导体材料导致的串阻增大，有效提高器件的性能；芯片结构简单，能够兼容通用的半导体激光器件的工艺制程，能广泛应用于所有氧化物限制激光器制造领域。

技术特征：

1.一种释放氧化应力的vcsel芯片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种释放氧化应力的vcsel芯片，其特征在于，所述氧化层的材料为alxgaas或alas，其中x的取值范围为x大于0.9且x小于1。

3.根据权利要求1所述的一种释放氧化应力的vcsel芯片，其特征在于，所述第一超晶格结构层和所述第二超晶格结构层分别包括两层以上的材料层，所述材料层的材料为alygaas，所述第一超晶格结构层和所述第二超晶格结构层中相邻的两个材料层中的y取值不相等，y的取值范围是大于0且小于0.9。

4.根据权利要求1所述的一种释放氧化应力的vcsel芯片，其特征在于，在所述第一超晶格结构层和第二超晶格结构层中交替生长的两种或多种材料层，每一种材料层的数量大于等于1且小于等于10。

5.根据权利要求1所述的一种释放氧化应力的vcsel芯片，其特征在于，在所述第一超晶格结构层和第二超晶格结构层中交替生长的两种或多种材料层，每一种材料层的层厚取值范围为1nm-10nm。

6.根据权利要求1所述的一种释放氧化应力的vcsel芯片，其特征在于，所述第一超晶格结构层和第二超晶格结构层的掺杂类型为非故意掺杂或p型掺杂。

7.根据权利要求1所述的一种释放氧化应力的vcsel芯片，其特征在于，所述第一超晶格结构层和第二超晶格结构层的掺杂浓度范围为1e16cm-3到1e21cm-3。

8.根据权利要求1所述的一种释放氧化应力的vcsel芯片，其特征在于，所述氧化层的掺杂浓度范围为1e16cm-3到1e21cm-3。

9.根据权利要求1所述的一种释放氧化应力的vcsel芯片，其特征在于，当设置有一个以上的有源区层时，则n型掺杂层、有源区层和p型掺杂层周期性设置，各周期之间设置有隧穿结层。

10.一种释放氧化应力的vcsel芯片的制备方法，用于制备权利要求1-9任一所述的一种释放氧化应力的vcsel芯片，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本申请公开了一种释放氧化应力的VCSEL芯片及其制备方法，其中一种释放氧化应力的VCSEL芯片包括：衬底；位于衬底一侧依次生长的缓冲层、N‑DBR层、N型掺杂层、有源区层、P型掺杂层、P‑DBR层和欧姆接触层；其中，P型掺杂层包括依次设置的第一掺杂层、第一超晶格结构层、氧化层、第二超晶格结构层和第二掺杂层，第一超晶格结构层和第二超晶格结构层分别包括交替生长的两种或多种材料层。本申请公开的一种释放氧化应力的VCSEL芯片及其制备方法，在保证正常的电流限制能力的同时，将应力弛豫到上下两层超晶格结构层中，简化工艺步骤，提高生产效率，提升器件工作寿命及可靠性，能广泛应用于激光器制造领域。技术研发人员：高元斌,郭帅,王俊,刘恒,肖垚,苗霈受保护的技术使用者：苏州长光华芯光电技术股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9