表面等離子體調(diào)制的倒裝vcsel激光器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微納結(jié)構(gòu)調(diào)制激光器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種表面等離子體調(diào)制的倒裝VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面發(fā)射激光器)激光器及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的集成電路技術(shù)成就了當(dāng)今信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得我們的信息的獲取、處理能力大大加強(qiáng)。集成電路技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用大大的改善了我們的生活。但是隨著電子芯片的集成度越來越高，電子元器件向微型發(fā)展，微電子技術(shù)也出現(xiàn)一些突出問題:尺寸的不斷減小并逼近物理極限，導(dǎo)致加工技術(shù)的難度和成本不斷提高；芯片的工作頻率越來越高，使得芯片的功耗和散熱成為一個(gè)巨大的瓶頸；芯片的功能復(fù)雜度不斷提高，使得電互連更加復(fù)雜，極易導(dǎo)致信號延遲、邏輯錯(cuò)誤和完整性缺失。
[0003]為了獲得更高的處理效率，人們開始把目光投向光子集成技術(shù)的研宄。與電子相比，光子具有傳輸速度快、帶寬大和相互干擾低的特點(diǎn)。因此光子可以作為高速、大容量、抗干擾能力良好的信息載體。隨著光子集成、光電集成技術(shù)的發(fā)展，在芯片級尺度上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能的系統(tǒng)已經(jīng)成為一種必然技術(shù)趨勢。實(shí)現(xiàn)這樣的微系統(tǒng)需要在芯片級尺度上實(shí)現(xiàn)光源的調(diào)制，光信號的有效傳輸控制，光信號的處理和接受，而現(xiàn)在的基于傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)的光電子元器件很難達(dá)到芯片級集成系統(tǒng)的要求。近年來，飛速發(fā)展的表面等離子體(SPs)技術(shù)提供了一種有效的光子調(diào)控手段。SPs的超透射效應(yīng)，對透射光的出光角度調(diào)制等特殊效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)集成電路的光互連，存儲(chǔ)技術(shù)的高能及小光斑出光等。可以調(diào)制的具有特殊效應(yīng)的光，在通信領(lǐng)域也有很大運(yùn)用前景，如通訊波長的光纖耦合等。
[0004]制作表面等離子體調(diào)制的激光器，一般使用脊型激光器、正發(fā)射垂直腔面激光器，制作步驟較為簡單方便。例如，表面等離子體調(diào)制的正發(fā)射850nmVCSEL激光器的制作工藝步驟如下:1.外延片選擇；2.臺(tái)面制作；3.濕法氧化；4.高溫生長Si02;5.制作隔離窗口 ；6.制作出光窗口 ；7.N面電極制備；8.生長Si02;9.濺射金屬薄膜；10.電極臺(tái)面處理；
11.管芯制作；12.納米結(jié)構(gòu)制備；13.測試。其制作工藝與普通正發(fā)射垂直腔面的激光器類似，但其不足之處在于同樣的工藝方法不能制作表面等離子調(diào)制的底發(fā)射垂直腔面激光器，因此就不能在某些波長的底發(fā)射垂直腔面激光器上設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，如980nm底發(fā)射垂直腔面發(fā)射激光器，缺失了部分波長的表面等離子體調(diào)制的途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種表面等離子體調(diào)制的倒裝VCSEL激光器，從而將底發(fā)射VCSEL激光器工藝與制作表面等離子體調(diào)制的結(jié)構(gòu)工藝有機(jī)整合起來，可以使用較少的工藝步驟即制備得到所述產(chǎn)品表面等離子體調(diào)制的倒裝VCSEL激光器。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種表面等離子體調(diào)制的倒裝VCSEL激光器的制造方法，包括以下步驟:
[0007]根據(jù)表面等離子體調(diào)制的需要確定所述倒裝VCSEL激光器臺(tái)面的大??；
[0008]對所述激光器臺(tái)面進(jìn)行濕法氧化；
[0009]在所述激光器臺(tái)面的P面生長S12;
[0010]在所述激光器臺(tái)面的P面上形成電極注入窗口并制作電極:
[0011]將所述激光器臺(tái)面的N面減薄，并生長S12;
[0012]對所述激光器臺(tái)面的N面上的3丨02進(jìn)行腐蝕，腐蝕出直徑40 μ m的圓形S12;
[0013]在所述激光器臺(tái)面的N面采用雙面套刻工藝，剝離圓形5102周圍金屬，使表面等離子體調(diào)制結(jié)構(gòu)與電極分離，防止電流注入；
[0014]片上檢測所述制得的激光器單管的電流電壓特性，挑選出電流電壓特性正常的管芯，進(jìn)行解理、燒結(jié)、壓焊和封裝管芯；
[0015]對燒結(jié)完成的所述管芯，采用聚焦離子束刻蝕方法制備納米結(jié)構(gòu)，由此得到所述的表面等離子體調(diào)制的倒裝VCSEL激光器。
[0016]其中，所述激光器臺(tái)面的長度為待制造激光器的金屬層微納結(jié)構(gòu)大小的2-4倍，所述激光器臺(tái)面的面積為所述待制造激光器的金屬層微納結(jié)構(gòu)面積的4-16倍。
[0017]其中，所述激光器臺(tái)面為雙溝道，溝道寬度為25 μm。
[0018]其中，所述對激光器臺(tái)面進(jìn)行濕法氧化的步驟包括:在高溫水汽環(huán)境下，通過氧化高摻鋁限制層Ala 98Ga0.02As，制作控制電流注入以及波導(dǎo)限制的氧化孔徑。
[0019]其中，所述在激光器臺(tái)面的P面上制作電極的步驟包括:蒸發(fā)TiPtAu作為P面電極，TiPtAu與臺(tái)面形成歐姆接觸。
[0020]其中，所述將激光器臺(tái)面的N面減薄的步驟中，所述激光器的襯底減薄至200 μ m。
[0021]其中，所述在激光器臺(tái)面的N面采用雙面套刻工藝的步驟之前，還包括先濺射5個(gè)nm的Ti膜，再根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)所需厚度濺射制備金膜的步驟。
[0022]其中，在所述采用聚焦離子束刻蝕方法制備納米結(jié)構(gòu)的步驟之后還包括對所述制得的激光器進(jìn)行檢測的步驟。
[0023]其中，制造的所述VCSEL激光器為表面等離子體調(diào)制的倒裝980nm VCSEL激光器。
[0024]作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供了一種根據(jù)如上任意一項(xiàng)所述的制造方法制造的表面等離子體調(diào)制的倒裝VCSEL激光器。
[0025]基于上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的表面等離子體調(diào)制的倒裝VCSEL激光器的制造方法能夠?qū)崿F(xiàn)在某些波長的底發(fā)射垂直腔面發(fā)射激光器上實(shí)現(xiàn)表面等離子體調(diào)制，補(bǔ)充了表面等離子體調(diào)制垂直腔面激光器在倒裝方面的空白，使全波長段都能實(shí)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)的表面等離子體調(diào)制。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的采用雙溝道制作臺(tái)面后的截面結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖2為本發(fā)明的通過濕法氧化形成的氧化限制層的截面結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖3為本發(fā)明的P面生長S12制作隔離窗口的截面結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖4為本發(fā)明的P面生長電極后的截面結(jié)構(gòu)圖；
[0030]圖5為本發(fā)明的N面減薄后的截面結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖6為本發(fā)明的N面生長3102后的截面結(jié)構(gòu)圖；
[0032]圖7為本發(fā)明的N面生長Ti/Au后的截面結(jié)構(gòu)圖；
[0033]圖8為本發(fā)明的N面金屬剝離后的截面結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0035]本發(fā)明公開了一種表面等離子體調(diào)制的倒裝VCSEL激光器的制造方法，特別是一種表面等離子體調(diào)制的倒裝980nmVCSEL激光器的制造方法，包括以下步驟:
[0036](I)根據(jù)表面等離子體調(diào)制作用需要的金屬層微納結(jié)構(gòu)的尺寸大小，來確定臺(tái)面大小。臺(tái)面尺寸長度為金屬層微納結(jié)構(gòu)大小2倍左右為適宜，最大不應(yīng)超過4倍，臺(tái)面尺寸面積相應(yīng)的為金屬層微納結(jié)構(gòu)面積4倍左右為適宜，最大不應(yīng)超過16倍。臺(tái)面與微納結(jié)構(gòu)不應(yīng)相差太大。
[0037](2)臺(tái)面設(shè)計(jì)為雙溝道，溝道寬度為25 μ m左右。
[0038](3)濕法氧化:在高溫水汽環(huán)境下，通過氧化高摻鋁限制層Ala98Gaatl2As,制作控制電流注入以及波導(dǎo)限制的氧化孔徑。
[0039](4) P面生長S12:采用PECVD設(shè)備在制作好的VCSEL臺(tái)面上生長S12，作為絕緣隔離層。為了防止漏電，和臺(tái)面?zhèn)缺谏系碾姌O保護(hù)，隔離層要選擇合適的厚度。
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