本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子器件領(lǐng)域，并且更特別地，涉及一種新型的可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法。

背景技術(shù)：

可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器由于波長(zhǎng)可調(diào)諧、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在高性能計(jì)算機(jī)、傳感器、光通信系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。寬范圍波長(zhǎng)可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制造涉及到微機(jī)械結(jié)構(gòu)與激光器的結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)腔長(zhǎng)的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)諧。

根據(jù)微機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同，可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制造總體上涉及兩種方式：(1)結(jié)構(gòu)通過一次外延形成，然后通過腐蝕犧牲層來形成空腔，該方法橫向腐蝕困難，結(jié)構(gòu)層在腐蝕過程中容易受損，從而劣化器件的性能；(2)外延制備沒有上分布反饋布拉格反射鏡的半結(jié)構(gòu)器件，然后通過將該半結(jié)構(gòu)器件與另一上分布反饋布拉格反射鏡進(jìn)行結(jié)合，從而形成可調(diào)諧空腔。如下述專利公開的：中國(guó)發(fā)明專利雙片集成可調(diào)垂直腔面發(fā)射激光器，申請(qǐng)?zhí)枮?010106165480，公開了一種垂直腔面發(fā)射激光器的制造方法，但其制造方法在第9步，將襯底1減薄并且將外延片進(jìn)行清洗，光刻，濕法腐蝕出薄膜圖形，第10步中要將外延片放入電感耦合等離子體刻蝕系統(tǒng)中進(jìn)行刻蝕，而刻蝕時(shí)間也要10分鐘-35分鐘。其需要經(jīng)過減薄和電感耦合等離子等過程。而根據(jù)目前現(xiàn)有技術(shù)國(guó)內(nèi)的刻蝕價(jià)格為約為700元/小時(shí)，因此其工藝步驟及其條件的限制，導(dǎo)致該方法制造成本相當(dāng)高。并且刻蝕對(duì)整個(gè)垂直腔面激光器的整體性能也有影響，想要不通過昂貴的刻蝕方法，直接制得雙片集成可調(diào)垂直腔面發(fā)射激光器，目前還沒有公開更為有效的辦法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器制造工藝成品率低，價(jià)格高昂的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種新型的可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法。

一種可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法，包括以下制備步驟：首先采用金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積或分子束外延系統(tǒng)在n型砷化鎵襯底上依次外延生長(zhǎng)下分布反饋布拉格反射鏡、有源區(qū)、氧化限制層、P型歐姆接觸；接下來將外延片清洗、光刻、腐蝕，形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，暴露出氧化限制層側(cè)壁；進(jìn)一步進(jìn)行氧化工藝，形成注入電流限制孔徑；更進(jìn)一步的采用金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積或分子束外延系統(tǒng)外延生長(zhǎng)絕緣層，進(jìn)行第二次光刻、腐蝕、暴露出P型歐姆接觸層；然后在絕緣層上濺射金屬，并進(jìn)行第三次光刻、腐蝕，形成注入電極；f將n型砷化鎵襯底減薄，背面濺射金屬形成襯底電極；g采用金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積或分子束外延系統(tǒng)在GaAs襯底上，依次沉積AlAs犧牲層和上分布反饋布拉格反射鏡層，還包括步驟h對(duì)上分布反饋布拉格反射鏡層進(jìn)行光刻、腐蝕，獲得圖案化的上分布反饋布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)，然后在上分布反饋布拉格反射鏡層上沉積金屬電極層，并且對(duì)金屬電極層進(jìn)行光刻、蝕刻，制備具有出光孔的上電極，在上電極的上表面上設(shè)置黑蠟支撐層，將黑蠟融化后滴在上電極的表面上，通過外延層剝離技術(shù)，即采用HF腐蝕AlAs犧牲層，當(dāng)AlAs犧牲層被腐蝕完后，就可分離GaAs襯底，從而獲得帶有支撐層的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)薄膜；進(jìn)一步在半結(jié)構(gòu)的垂直腔面發(fā)射激光器表面旋涂粘合層并對(duì)粘合層進(jìn)行光刻，然后將帶有支撐層的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)薄膜與半結(jié)構(gòu)垂直腔面發(fā)射激光器通過粘合層粘合在一起；最后利用三氯乙烯去除支撐層，即得到成品。

上述方法中在采用HF進(jìn)行腐蝕犧牲層時(shí)其濃度為10％。

在進(jìn)行氧化工藝，形成注入電流限制孔徑時(shí)氧化溫度為120℃-150℃，氧化時(shí)間為10-40分鐘。

在進(jìn)行氧化工藝，形成注入電流限制孔徑時(shí)氧化溫度為130℃，氧化時(shí)間為20分鐘。

上述可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法中形成的注入電流限制孔徑為70μm-150μm。

上述可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法中形成的注入電流限制孔徑為70μm。

上述可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法中粘合層厚度為1μm-2μm。

上述方法中所濺射的金屬為TiAu。

有益效果：本發(fā)明在制備可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的方法中，采用黑臘作為支撐層，并采用ELO工藝剝離外延層；避免了現(xiàn)有技術(shù)中減薄、拋光等操作帶來的薄膜易碎裂的弊端；并且避免了等離子體刻蝕的操作步驟，顯著降低了可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制造成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需的附圖作簡(jiǎn)單介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，這些附圖所直接得到的技術(shù)方案也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

圖1是本發(fā)明中可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器帶黑蠟支撐層的成品結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明微機(jī)電系統(tǒng)體結(jié)構(gòu)薄膜未粘合之前的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案制備的可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的光譜特性曲線。

1-AlAs犧牲層 2-上電極 3-砷化鎵層 4-鋁砷化鎵層 5-粘合層 6-注入電極 7-絕緣層 8-P型歐姆接觸 10-有源區(qū) 11-鋁砷化鎵層 12-砷化鎵層 13-n型砷化鎵襯底 14-襯底電極 15-GaAs襯底 16-黑蠟支撐層 17-出光孔 100-微機(jī)電系統(tǒng)體結(jié)構(gòu)薄膜 110-上分布反饋布拉格反射鏡 200-半結(jié)構(gòu)的垂直腔面發(fā)射激光器 210-下分布反饋布拉格反射鏡

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1一種可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法，包括以下制備步驟：

a采用金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積在n型砷化鎵襯底13上依次外延生長(zhǎng)n型鋁砷化鎵層11和n型砷化鎵層12，形成下分布反饋布拉格反射鏡210，再形成GalnP/GaAs量子阱結(jié)構(gòu)有源區(qū)10、AlGaAs氧化限制層9，P型歐姆接觸8。

b將外延片清洗、光刻、腐蝕，形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，暴露出氧化限制層9側(cè)壁。

c進(jìn)行氧化工藝，形成注入電流限制孔徑。

d采用金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積生長(zhǎng)SiO₂絕緣層7，然后進(jìn)行第二次光刻、腐蝕、暴露出P型歐姆接觸層8。

e在SiO₂絕緣層7上濺射金屬，并進(jìn)行第三次光刻、腐蝕，形成注入電極6。

f將n型砷化鎵襯底13減薄，背面濺射金屬層形成襯底電極14。

g采用金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積在GaAs襯底15上，依次沉積AlAs犧牲層1和上分布反饋布拉格反射鏡110層，其與下分布反饋布拉格反射鏡層210結(jié)構(gòu)相同。

h對(duì)上分布反饋布拉格反射鏡110層進(jìn)行光刻、腐蝕，獲得圖案化的上分布反饋布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)，然后在上分布反饋布拉格反射鏡110層上沉積金屬電極層，并且對(duì)金屬電極層進(jìn)行光刻、蝕刻，接下來制備出具有出光孔17的上電極2，在上電極2的上表面上設(shè)置黑蠟支撐層16，即將黑蠟融化后滴在上電極2的上表面上形成黑蠟支撐16層，通過外延層剝離的方式去除GaAs襯底15，及將樣品放入HF中，腐蝕AlAs犧牲層1，待AlAs犧牲層1被腐蝕完后GaAs襯底15即被剝離，從而獲得帶有黑蠟支撐層16的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)薄膜100。

i在半結(jié)構(gòu)的垂直腔面發(fā)射激光器200表面旋涂粘合層5并對(duì)粘合層5進(jìn)行光刻，然后將帶有黑蠟支撐層16的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)薄膜100的上分布反饋布拉格反射鏡110層與半結(jié)構(gòu)垂直腔面發(fā)射激光器200的絕緣層7面通過粘合層5粘合在一起。

j接下來利用三氯乙烯去除黑蠟支撐層，得到成品。

本方法在制備可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的方法中，采用黑臘作為支撐層，并采用ELO工藝剝離外延層；避免了現(xiàn)有技術(shù)中減薄、拋光等操作帶來的薄膜易碎裂的弊端；并且避免了等離子體刻蝕的操作步驟，顯著降低了可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制造成本。其中化學(xué)汽相沉積法的使用使整個(gè)產(chǎn)品在制造過程中在較低溫度下即可完成，降低工藝參數(shù)，從而降低生產(chǎn)成本。

實(shí)施例2一種可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法，包括以下制備步驟：

a采用分子束外延系統(tǒng)在n型砷化鎵襯底13上依次外延生長(zhǎng)n型鋁砷化鎵層11和n型砷化鎵層12，形成下分布反饋布拉格反射鏡210，再形成GalnP/GaAs量子阱結(jié)構(gòu)有源區(qū)10、AlGaAs氧化限制層9，P型歐姆接觸8。

b將外延片清洗、光刻、腐蝕，形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，暴露出氧化限制層9側(cè)壁。

c進(jìn)行氧化工藝，形成注入電流限制孔徑，氧化溫度為120℃，時(shí)間為40分鐘，形成注入電流限制孔徑大小為70μm。

d采用金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積生長(zhǎng)SiO₂絕緣層7，然后進(jìn)行第二次光刻、腐蝕、暴露出P型歐姆接觸層8。

e在SiO₂絕緣層7上濺射金屬，并進(jìn)行第三次光刻、腐蝕，形成注入電極6。

f將n型砷化鎵襯底13減薄，背面濺射TiAu金屬層形成襯底電極14。

g采用分子束外延系統(tǒng)在GaAs襯底15上，依次形成AlAs犧牲層1和上分布反饋布拉格反射鏡110層，其與下分布反饋布拉格反射鏡層210結(jié)構(gòu)相同。

h對(duì)上分布反饋布拉格反射鏡110層進(jìn)行光刻、腐蝕，獲得圖案化的上分布反饋布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)，然后在上分布反饋布拉格反射鏡110層上沉積金屬電極層，并且對(duì)金屬電極層進(jìn)行光刻、蝕刻，接下來制備出具有出光孔17的上電極2，在上電極2的上表面上設(shè)置黑蠟支撐層16，即將黑蠟融化后滴在上電極2的上表面上形成黑蠟支撐16層，通過外延層剝離的方式去除GaAs襯底15，即將樣品放入濃度為10％的HF中，腐蝕AlAs犧牲層1，待AlAs犧牲層1被腐蝕完后GaAs襯底15即被剝離，去除樣品及獲得帶有黑蠟支撐層16的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)薄膜100。

i在半結(jié)構(gòu)的垂直腔面發(fā)射激光器200表面旋涂粘合層5，粘合層5的厚度為1μm，并對(duì)粘合層5進(jìn)行光刻，然后將帶有黑蠟支撐層16的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)薄膜100的上分布反饋布拉格反射鏡110層與半結(jié)構(gòu)垂直腔面發(fā)射激光器200的絕緣層7面通過粘合層5粘合在一起。

j接下來將樣品放入三氯乙烯中，待黑蠟溶解后，即黑蠟支撐層去除后取出，即得到成品。

本方法在制備可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的方法中，采用黑臘作為支撐層，并采用ELO工藝剝離外延層；避免了現(xiàn)有技術(shù)中減薄、拋光等操作帶來的薄膜易碎裂的弊端；并且避免了等離子體刻蝕的操作步驟，顯著降低了可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制造成本。其中氧化溫度為120℃，時(shí)間為40分鐘，形成注入電流限制孔徑大小為70μm；其中氧化溫度較低，對(duì)整個(gè)樣品材料的損傷較小。分子束外延系統(tǒng)的使用對(duì)產(chǎn)品的整體制造控制更加精確。

實(shí)施例3一種可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法，包括以下制備步驟：

a采用分子束外延系統(tǒng)在n型砷化鎵襯底13上依次外延生長(zhǎng)n型鋁砷化鎵層11和n型砷化鎵層12，形成下分布反饋布拉格反射鏡210，再形成GalnP/GaAs量子阱結(jié)構(gòu)有源區(qū)10、AlGaAs氧化限制層9，P型歐姆接觸8。

b將外延片清洗、光刻、腐蝕，形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，暴露出氧化限制層9側(cè)壁。

c進(jìn)行氧化工藝，形成注入電流限制孔徑，氧化溫度為130℃，時(shí)間為20分鐘，形成注入電流限制孔徑大小為70μm。

d采用金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積生長(zhǎng)SiO₂絕緣層7，然后進(jìn)行第二次光刻、腐蝕、暴露出P型歐姆接觸層8。

e在SiO₂絕緣層7上濺射金屬，并進(jìn)行第三次光刻、腐蝕，形成注入電極6。

f將n型砷化鎵襯底13減薄，背面濺射TiAu金屬層形成襯底電極14。

g采用分子束外延系統(tǒng)在GaAs襯底15上，依次形成AlAs犧牲層1和上分布反饋布拉格反射鏡110層，其與下分布反饋布拉格反射鏡層210結(jié)構(gòu)相同。

h對(duì)上分布反饋布拉格反射鏡110層進(jìn)行光刻、腐蝕，獲得圖案化的上分布反饋布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)，然后在上分布反饋布拉格反射鏡110層上沉積金屬電極層，并且對(duì)金屬電極層進(jìn)行光刻、蝕刻，接下來制備出具有出光孔17的上電極2，在上電極2的上表面上設(shè)置黑蠟支撐層16，即將黑蠟融化后滴在上電極2的上表面上形成黑蠟支撐16層，通過外延層剝離的方式去除GaAs襯底15，及將樣品放入濃度為10％的HF中，腐蝕AlAs犧牲層1，待AlAs犧牲層1被腐蝕完后GaAs襯底15即被剝離，去除樣品及獲得帶有黑蠟支撐層16的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)薄膜100。

i在半結(jié)構(gòu)的垂直腔面發(fā)射激光器200表面旋涂粘合層5，粘合層5的厚度為1μm，并對(duì)粘合層5進(jìn)行光刻，然后將帶有黑蠟支撐層16的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)薄膜100的上分布反饋布拉格反射鏡110與半結(jié)構(gòu)垂直腔面發(fā)射激光器200通過粘合層5粘合在一起。

j接下來將樣品放入三氯乙烯中，待黑蠟溶解后，即黑蠟支撐層去除后取出，即得到成品。

本方法在制備可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的方法中，采用黑臘作為支撐層，并采用ELO工藝剝離外延層；避免了現(xiàn)有技術(shù)中減薄、拋光等操作帶來的薄膜易碎裂的弊端；并且避免了等離子體刻蝕的操作步驟，顯著降低了可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制造成本。其中氧化溫度為130℃，時(shí)間為20分鐘，形成注入電流限制孔徑大小為70μm；本方法中氧化溫度與時(shí)間最為合適，在不不損害材料的前提下，縮短制造時(shí)間。分子束外延系統(tǒng)的使用對(duì)產(chǎn)品的整體制造控制更加精確。

實(shí)施例4一種可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法，包括以下制備步驟：

a采用金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積法在n型砷化鎵襯底13上依次形成n型鋁砷化鎵層11和n型砷化鎵層12，形成下分布反饋布拉格反射鏡210，再形成GalnP/GaAs量子阱結(jié)構(gòu)有源區(qū)10、AlGaAs氧化限制層9，P型歐姆接觸8。

b將外延片清洗、光刻、腐蝕，形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，暴露出氧化限制層9側(cè)壁。

c進(jìn)行氧化工藝，形成注入電流限制孔徑，氧化溫度為150℃，時(shí)間為10分鐘，形成注入電流限制孔徑大小為150μm。

d采用金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積形成SiO₂絕緣層7，然后進(jìn)行第二次光刻、腐蝕、暴露出P型歐姆接觸層8。

e在SiO₂絕緣層7上濺射金屬，并進(jìn)行第三次光刻、腐蝕，形成注入電極6。

f將n型砷化鎵襯底13減薄，背面濺射TiAu金屬層形成襯底電極14。

g采用金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積在GaAs襯底15上，依次沉積AlAs犧牲層1和上分布反饋布拉格反射鏡110層，其與下分布反饋布拉格反射鏡層210結(jié)構(gòu)相同。

h對(duì)上分布反饋布拉格反射鏡110層進(jìn)行光刻、腐蝕，獲得圖案化的上分布反饋布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)，然后在上分布反饋布拉格反射鏡110層上沉積金屬電極層，并且對(duì)金屬電極層進(jìn)行光刻、蝕刻，接下來制備出具有出光孔17的上電極2，在上電極2的上表面上設(shè)置黑蠟支撐層16，即將黑蠟融化后滴在上電極2的上表面上形成黑蠟支撐16層，通過外延層剝離的方式去除GaAs襯底15，及將樣品放入濃度為10％的HF中，腐蝕AlAs犧牲層1，待AlAs犧牲層1被腐蝕完后GaAs襯底15即被剝離，去除樣品及獲得帶有黑蠟支撐層16的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)薄膜100。

i在半結(jié)構(gòu)的垂直腔面發(fā)射激光器200表面旋涂粘合層5，粘合層5的厚度為2μm并對(duì)粘合層5進(jìn)行光刻，然后將帶有黑蠟支撐層16的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)薄膜100的上分布反饋布拉格反射鏡110與半結(jié)構(gòu)垂直腔面發(fā)射激光器200通過粘合層5粘合在一起。

j接下來將樣品放入三氯乙烯中，待黑蠟溶解后，即黑蠟支撐層去除后取出，即得到成品。

本方法在制備可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的方法中，采用黑臘作為支撐層，并采用ELO工藝剝離外延層；避免了現(xiàn)有技術(shù)中減薄、拋光等操作帶來的薄膜易碎裂的弊端；并且避免了等離子體刻蝕的操作步驟，顯著降低了可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制造成本。其中氧化溫度為150℃，時(shí)間為10分鐘，形成注入電流限制孔徑大小為150μm；其中氧化時(shí)間較短，可以減少產(chǎn)品生產(chǎn)周期。其中化學(xué)汽相沉積法的使用使整個(gè)產(chǎn)品在制造過程中在較低溫度下即可完成，降低工藝參數(shù)，從而降低生產(chǎn)成本。