[发明专利]一种垂直腔面发射激光器芯片及制作方法

说明书

本发明实施例提供一种垂直腔面发射激光器芯片及制作方法，采用相应的第二多层材料膜反射镜层和金属反射镜层构成的组合反射镜作为VCSEL的非出光面(底面)反射镜，并且第二多层材料膜反射镜层的对数少于由第一多层材料膜反射镜层构成的VCSEL的(顶面)出光面反射镜的对数，第二多层材料膜反射镜层的反射率低于第一多层材料膜反射镜层的反射率。采用的上述组合反射镜代替了传统的垂直腔面发射激光器芯片第二包层下面的分布式布拉格反射镜构成的底面反射镜，可以在较少的材料膜反射镜层对数的情况下获得所需的高反射率，同时可以减少相应的材料应力和串联电阻，在减小器件制作工艺难度的情况下提升器件的性能。

技术领域

本发明实施例涉及光通信技术领域，更具体地，涉及一种垂直腔面发射激光器芯片及制作方法。

背景技术

对于垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)，自1996年投入商用以来，已经在很多领域中如光通信、信息读取、三维成像、激光雷达等获得广泛应用。因此近二十年来无数的研究学者在对VCSEL进行研究和使用，随着科学技术的不断发展与进步，各种各样的垂直腔面发射激光器(VCSEL)因其具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流低、功耗小、成本低廉且易于阵列集成等优点已经渗透到人们的日常生活、工作娱乐，以及各行各业的生产中，为人们的生活进步与社会发展起到了巨大作用。

但是，目前VCSEL芯片所采用的结构为上下双分布式布拉格反射镜(DistributedBragg Relection，DBR)来构成激光器谐振腔的结构，这两个DBR在量子阱或量子点有源区上下两侧分别提供足够高的反射率来形成光学谐振增强效应以提供激光器电流注入下激射所需要的光增益。其DBR所需的反射率要求很高，甚至要大于99％，这就要求制作DBR的材料薄膜层的对数足够多，甚至要多于40对。如此多对数的DBR在实现上存在着一些难点，如DBR的对数越多，其产生的应力也会越大，会在一定程度上恶化器件的性能；而且，由于散射的影响，以及材料生长过程中误差的影响，并不是DBR的对数增加，其反射率就会随之增加，而是当DBR对数达到一定数量时，其反射率将会饱和；此外，DBR对数增加也会导致器件的串联电阻增加，也会恶化器件的性能。

发明内容

本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种垂直腔面发射激光器芯片及制作方法。

第一方面，本发明实施例提供一种垂直腔面发射激光器芯片，包括在第二衬底上依次层叠的非出光面反射镜、第二包层、量子阱层或量子点层、第一包层、电流限制层、出光面反射镜和欧姆接触层；

所述非出光面反射镜包括第二衬底上依次层叠的金属反射镜层和第二多层材料膜反射镜层；所述出光面反射镜包括在所述电流限制层上层叠的第一多层材料膜反射镜层；且所述第二多层材料膜反射镜层的对数少于所述第一多层材料膜反射镜层的对数，所述第二多层材料膜反射镜层的反射率低于所述第一多层材料膜反射镜层的反射率；所述第一多层材料膜反射镜层和/或所述第二多层材料膜反射镜层为插入相位优化层的多层材料膜反射镜结构。

第二方面，本发明实施例提供一种垂直腔面发射激光器芯片制作方法，包括：

在第一衬底上依次生长欧姆接触层、出光面反射镜、电流限制层、第一包层、量子阱层或量子点层、第二包层和非出光面反射镜；其中，所述非出光面反射镜包括第二包层上依次层叠的第二多层材料膜反射镜层和金属反射镜层；所述出光面反射镜包括在所述欧姆接触层上层叠的第一多层材料膜反射镜层；且所述第二多层材料膜反射镜层的对数少于所述第一多层材料膜反射镜层的对数，所述第二多层材料膜反射镜层的反射率低于所述第一多层材料膜反射镜层的反射率；所述第一多层材料膜反射镜层和/或所述第二多层材料膜反射镜层为插入相位优化层的多层材料膜反射镜结构。

将所述金属反射镜层键合至第二衬底上，去除所述第一衬底；刻蚀所述欧姆接触层、第一多层材料膜反射镜层、电流限制层、第一包层、量子阱层或量子点层、第二包层，以曝露出所述第二多层材料膜反射镜层。