[发明专利]可发白光的GaN型VCSEL芯片及其制备方法

说明书

本发明涉及激光芯片技术领域，尤其涉及可发白光的GaN型VCSEL芯片及其制备方法，GaN型VCSEL芯片包括GaN衬底、外延结构和ODR结构，外延结构包括由下至上依次沉积的N‑GaN、量子阱、P‑GaN和InGaN接触层，InGaN接触层划分为中心区域和包围中心区域的外围区域，InGaN接触层表面于外围区域对应的位置生长有SiO₂层，SiO₂层上生长有DBR结构，DBR结构、InGaN接触层、P‑GaN、量子阱被蚀刻至N‑GaN形成台面，DBR结构于外围区域对应的位置生长有P‑contact，且形成有出光孔，出光孔喷涂封装有荧光粉，量子阱、P‑GaN、InGaN接触层、DBR结构和P‑contact外均包覆有SiNx层，SiNx层外侧壁蒸镀有N‑contact，N‑contact生长在台面上。本发明制备得到的VCSEL芯片能够实现在受激发光时通过荧光粉区域射出白光，补充了VCSEL芯片在发射出白光方面的空白。

技术领域

本发明涉及激光芯片技术领域，尤其涉及可发白光的GaN型VCSEL芯片及其制备方法。

背景技术

VCSEL是vertical-cavity surface-emitting laser的缩写，是指垂直腔面发射激光器，其谐振腔是利用在有源区的上下两边形成两个具有高反射率的分布布拉格反射镜(Dis tribute Bragg Reflector，简称DBR)构成，激光沿着材料外延生长方向垂直发射。与边发射激光器(Edge Emitting Laser，简称EEL)相比，VCSEL具有圆形光斑，易与光纤进行耦合，不必解离即可完成工艺制作和检测，易于实现大规模阵列及光电集成等优势。

垂直腔面发射激光器的独特优点包括阈值电流低、易实现单纵横工作、调制频率高、发散角度小、圆形光斑、易与光纤耦合、易实现高密度二维阵列及光电集成等。VCSEL凭借以上优势，在高密度光存储、激光显示、激光打印、照明、光互连、光交换及水陆通信等领域具有广阔的应用前景。随着移动互联网、智能家居、流媒体、云计算等技术的发展，对数据传输速率的要求越来越高。尤其是目前的白光垂直腔面发射激光器的研究还处于空白阶段。

氮化镓(GaN)系列材料由于自身固有的特性，相互之间折射率差较小，所以制作的氮化物DBR高反带带宽较窄，并且GaN系列材料之间存在着较大的晶格失配，生长高质量的氮化物DBR非常困难，另外，GaN材料熔点高、硬度大、化学性质稳定，难以采用机械研磨和化学腐蚀的方法对其厚度进行大幅调节，使得光腔的谐振波长与有源区增益的峰值波长匹配难度较大。

近二十年来，研究开发GaN型VCSEL已经成为光电子研究领域中的国际前沿和热点，国内外都投入了大量的人力和物力进行基础和应用开发研究，但是目前GaN型VCSEL的研究还处于初始阶段，仍需不断的努力。然而，与GaN基EEL或者GaAs基VCSEL相比，GaN基VCSEL的研究开发进展则相对缓慢，其主要原因是外延生长高质量的氮化物异质结(AlN/GaN、AlGaN/GaN或AlInN/GaN)DBR非常困难。为了降低外延生长氮化物异质结DBR的难度，研究人员采用外延生长氮化物异质结DBR(Epitaxial DBR)和介质膜DBR(Dielectric DBR)组成的混合式VCSEL结构，在衬底上外延生长底部氮化物异质结DBR与发光层，再镀膜沉积顶部介质膜DBR。由于介质膜DBR不受晶格匹配的限制，可以自由选用折射率差值大的两种介质材料，因此更易于获得高反射率和高反射带宽。如果能够将GaN型VCSEL用于受激发射出白光，将在VCSEL芯片研究中具有重要意义，而目前鲜有相关报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供可发白光的GaN型VCSEL芯片及其制备方法，制备得到的VCSEL芯片能够实现在受激发光时通过荧光粉区域射出白光，补充了VCSEL芯片在发射出白光方面的空白。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：