具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

如背景技术，垂直腔面发射激光器是以砷化镓半导体材料为基础研制，有别于LED(发光二极管)和LD(Laser Diode，激光二极管)等其他光源，具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，广泛应用于光通信、光互连、光存储高功率的应用、工业切割、测距、Lidar、医疗等领域。垂直腔面发射激光器由于其优良性能以及广泛应用而备受关注。要实现低制造成本就要高生产效率，因此对用于生产制造的方法要求严格可控。目前，在制备垂直腔面发射激光器过程中，P型欧姆层和N型欧姆层通过两次金属沉积工艺先后形成在衬底的相对两侧，或形成在衬底的同一侧，工艺时间长，需要多张光罩，及较多的金属耗材。另外，现有技术中在P型欧姆层和N型欧姆层位于衬底同一侧的情况下，在P型欧姆层和N型欧姆层远离衬底的一侧形成钝化层后，通过不同次的刻蚀工艺分别在P型欧姆层上设置开口，以及在N型欧姆层上设置开口，以在P型欧姆层上和N型欧姆层上制备焊盘，同样具有工艺时间长，制备方法复杂的问题。经过统计发现，现有的主要工艺类型大于11道工序，光罩数大于7，镀金属次数大于5次，平均总工艺工时大于3周，以上是主流工艺的基本状况，也是本领域中急需进一步降低时间及成本的技术问题。

有鉴于此，本发明实施例提供了一种垂直腔面发射激光器的制备方法，图1是本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制备方法流程图，参考图1，方法包括：

S110、提供衬底，并在衬底的一侧形成半导体外延结构；半导体外延结构包括在衬底上依次形成的N型接触层、N型分布布拉格反射层、量子阱层、P型分布布拉格反射层和P型接触层。

具体的，图2是本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制备方法中步骤S110的结构剖面图，参考图2，提供一衬底10，该衬底10可以是任意适于形成垂直腔面发射激光器的材料，例如为砷化镓(GaAs)。衬底10可以是N型掺杂的半导体衬底，也可以是P型掺杂的半导体衬底，在本实施例中，该衬底10为N型掺杂半导体衬底。需要说明的是，由于在后续的制备过程中，N型欧姆层和P型欧姆层形成在衬底10的同一侧，因此，相对于N型欧姆层和P型欧姆层形成在衬底10的相对两侧的情况，衬底10无需起导体的作用导通N型欧姆层和P型欧姆层。也就说是，在本实施例中N型掺杂半导体衬底的导电性较弱或者无导电性。在一些实施例中，衬底10可以是蓝宝石衬底或其他材料衬底，或者至少衬底10的顶面由硅，砷化镓，硅碳化物，铝氮化物，镓氮化物中的一种组成。

在衬底10的一侧形成半导体外延结构20，半导体外延结构20包括在衬底10上依次形成的N型接触层21、N型分布布拉格反射层22、量子阱层23、P型分布布拉格反射层24和P型接触层25。N型接触层21、N型分布布拉格反射层22、量子阱层23、P型分布布拉格反射层24和P型接触层25可以通过化学气相沉积的方式形成。N型接触层21为电流扩散层，N型接触层21的材料可以为高掺杂的砷化镓材料，高掺杂的砷化镓材料具有良好的导电性。同样P型接触层25为电流扩散层，P型接触层25的材料可以为高掺杂的砷化镓材料以将其导体化。N型分布布拉格反射层22由铝镓砷材料层和砷化镓材料层两种不同折射率的材料层层叠形成，或者由高铝组分的铝镓砷材料层和低铝组分的铝镓砷材料层两种不同折射率的材料层层叠形成；量子阱层23为有源层，包括层叠设置的量子阱复合结构，由GaAs和AlGaAs，或者InGaAs和AlGaAs材料层叠排列构成，量子阱层23用以将电能转换为光能。P型分布布拉格反射层24由铝镓砷材料层和砷化镓材料层两种不同折射率的材料层层叠形成，或者由高铝组分的铝镓砷材料层和低铝组分的铝镓砷材料层两种不同折射率的材料层层叠形成。N型分布布拉格反射层22和P型分布布拉格反射层24用于对处于中间的有源层产生的光线进行反射增强，然后从P型分布布拉格反射层24的表面射出，形成激光。

在一些实施例中，N型分布布拉格反射层22和P型分布布拉格反射层24包括一系列不同折射率材料的交替层，其中每一交替层的有效光厚度(该层厚度乘以该层折射率)是四分之一垂直腔面发射激光器的工作波长的奇数整数倍，即每一交替层的有效光厚度为垂直腔面发射激光器的工作波长的奇数整数倍的四分之一。在一些实施例中，N型分布布拉格反射层22和P型分布布拉格反射层24也可由其他的材料所形成。

S120、在半导体外延结构上刻蚀出沟槽以形成发光台面结构；其中，沟槽暴露部分的N型接触层。

具体的，图3是本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制备方法中步骤S120的结构剖面图，参考图3，利用湿/干刻蚀法刻蚀在半导体外延结构20上刻蚀出沟槽以形成发光台面结构。通过刻蚀工艺从P型接触层25向下刻蚀，形成的沟槽至少暴露部分的N型欧姆层40，以为在后续制备N型欧姆层40过程中形成制备位置，N型欧姆层40需与N型接触层21接触，以实现N型欧姆层40与N型接触层21的欧姆接触，以使电流可由N型接触层21向N型欧姆层40流动，为发光台面结构提供电能。

S130、于发光台面结构中形成电流限制层；电流限制层具有开口，开口用于定义出所述发光台面结构的发光区。

具体的，图4是本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制备方法中步骤S130的结构剖面图，参考图4，本实施例通过在一定的温度条件下湿法氧化高掺铝的方式，对沟槽的侧壁进行氧化，以在P型分布布拉格反射层24内形成电流限制层30。电流限制层30具有开口，开口用于定义出发光台面结构的发光区Q。开口形成的沟槽两侧的电流限制层长度相等。被氧化后形成的氧化铝阻抗较高，电流限制层30开口位置仍为高掺铝的铝镓砷材料，当电流进入发光台面结构后，电流会通过电流限制层30中的开口流向有源层。在本实施例中，每个台型结构内的电流限制层30为圆环形结构，当台型结构的俯视图为矩形时，电流限制层30也可以为矩形环状。

S140、于沟槽暴露的N型接触层远离衬底的一侧形成N型欧姆层；N型欧姆层距离沟槽侧壁的距离大于零。

具体的，图5是本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制备方法中步骤S140的结构剖面图，参考图5，按照不同图形的产品设计、形貌加工要求性等选择性利用蒸镀、溅镀、电镀或化镀等技术方式，定义N型欧姆层40。在形成N型欧姆层40之前，可以在沟槽内形成光刻胶层，然后通过曝光显影的方式图案化光刻胶层，使光刻胶层形成光刻胶图案。基于光刻胶图案沉积金属层后去除光刻胶层，使得去除光刻胶层的同时，光刻胶层上沉积的金属层同时被去除。光刻胶图案开口位置的金属层被留下，留下的金属层即形成N型欧姆层40。N型欧姆层40距离沟槽侧壁的距离大于零，防止N型欧姆层40与发光台面结构的直接接触。

S150、于半导体外延结构远离衬底的一侧以及沟槽的侧壁和底部形成第一钝化层；并在同一刻蚀工艺中刻蚀位于N型欧姆层远离衬底一侧的第一钝化层，以及位于发光台面结构中P型接触层远离衬底一侧的第一钝化层，以在N型欧姆层远离衬底一侧形成第一开口暴露N型欧姆层，在发光台面结构中P型接触层远离衬底一侧形成第二开口暴露P型接触层。

具体的，图6-图7是本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制备方法中步骤S150的结构剖面图，参考图6-7，在形成电流限制层30以及N型欧姆层40后，在外延结构上形成绝缘层，即第一钝化层50。形成的第一钝化层50覆盖半导体外延结构20远离衬底10一侧的表面以及沟槽的侧壁和底部。第一钝化层50的材料可以是氮化硅或氧化硅或其他绝缘材料，可通过化学气相沉积的方式形成。第一钝化层50可以保护电流限制层30，还可以有效隔离相邻的台型结构。于半导体外延结构20远离衬底10的一侧以及沟槽的侧壁和底部形成第一钝化层50后，在同一刻蚀工艺中刻蚀位于N型欧姆层40远离衬底10一侧的第一钝化层50，以及位于发光台面结构中P型接触层25远离衬底10一侧的第一钝化层50，以在N型欧姆层40远离衬底10一侧形成第一开口A暴露N型欧姆层40，在发光台面结构中P型接触层25远离衬底10一侧形成第二开口B暴露P型接触层25。本发明实施例通过在一次刻蚀工艺中刻蚀位于N型欧姆层40远离衬底10一侧的第一钝化层50，减少了开口刻蚀工艺的次数，缩短了工艺时间，提高了激光器的制备相率。

S160、在同一金属沉积工艺中，于第一开口中形成第一电极层以及于第二开口中依次形成P型欧姆层和第二电极层。

具体的，图8是本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制备方法中步骤S160的结构剖面图，参考图8，在同一金属沉积工艺中，于第一开口A中形成第一电极层60以及于第二开口B中依次形成P型欧姆层和第二电极层70(图8中示例性的表示出第一电极层和第二电极层，P型欧姆层未画出)，形成的第一电极层60与第二电极层70之间不接触。同一金属沉积工艺可以理解为第一开口A中的第一电极层60与第二开口B中的P型欧姆层和第二电极层70通过同时沉积相同金属材料的方式形成。同样可以在进行金属沉积工艺之前，涂覆光刻胶层，对光刻胶层进行曝光显影后形成光刻胶图案。使得在第一电极层60与第二电极层70之间不接触的区域内，第一钝化层50远离衬底10的一侧，覆盖光刻胶层。沉积金属层后，去除光刻胶层的同时去除掉附着在光刻胶层上的金属层，即可形成不接触的第一电极层60和第二电极层70。一次金属沉积工艺就可以使得N型欧姆层40与阴极焊盘金属(第一电极层60)结合，P型欧姆层与P型接触层25的结合，以及P型欧姆层与阳极焊盘金属(第二电极层70)结合。形成后的激光器，P型欧姆层和N型欧姆层40位于衬底10的同一侧。不仅减少光罩数和工艺数量，减少了金属沉积工艺的次数，缩短了激光器的制备时长，从而提高了激光器的制备效率，而且也可以减少金属耗材，降低了制备成本。

本发明实施例提供的垂直腔面发射激光器的制备方法，通过在同一刻蚀工艺中刻蚀位于N型欧姆层远离衬底一侧的第一钝化层，以及位于发光台面结构中P型接触层远离衬底一侧的第一钝化层，以在N型欧姆层远离衬底一侧形成第一开口暴露N型欧姆层，在发光台面结构中P型接触层远离衬底一侧形成第二开口暴露P型接触层，减少了开口刻蚀工艺的次数，并且在同一金属沉积工艺中，于第一开口中形成第一电极层以及于第二开口中依次形成P型欧姆层和第二电极层，减少了金属沉积工艺的次数，以及减少了金属耗材的量，从而提高了激光器的制备效率，缩短了激光器的制备时长，降低了制备成本。

可选的，位于半导体外延结构远离所述衬底的一侧的第一钝化层与半导体外延结构之间还包括第二钝化层；刻蚀半导体外延结构形成沟槽之前，还包括：

于半导体外延结构远离衬底的一侧形成第二钝化层，并刻蚀位于沟槽所在区域的第二钝化层，暴露出待刻蚀的半导体外延结构。

具体的，图9是本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制备方法中形成第二钝化层80的结构剖面图，参考图9，在刻蚀半导体外延结构20形成沟槽之前，于半导体外延结构20远离衬底10的一侧形成第二钝化层80，第二钝化层80的材料可以是氮化硅或氧化硅或其他绝缘材料，可通过化学气相沉积的方式形成。第二钝化层80用于保护外延层结构，防止外界水氧对保护外延层结构表面的损坏，满足了激光器的高性能、形貌加工要求高等制备条件。图10是本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制备方法中刻蚀第二钝化层的结构剖面图，参考图10，刻蚀位于沟槽所在区域的第二钝化层80，暴露出待刻蚀的半导体外延结构20后，继续刻蚀半导体外延结构20形成沟槽。

可选的，发光台面结构的个数为1个；于沟槽暴露的N型接触层远离衬底的一侧形成N型欧姆层包括：

沿着沟槽围绕发光台面结构的延伸方向，于N型接触层远离衬底的一侧形成N型欧姆层。

具体的，图11是本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的俯视图，图11沿截线C1-C2所截后对应的结构剖面图为图8中所示的结构剖面图，参考图11并结合图8，垂直腔面发射激光器中的发光台面结构可以为单个，形成的沟槽围绕发光台面结构设置。若发光台面结构为圆柱状结构，则沟槽可以为环形结构。沿着沟槽围绕发光台面结构的延伸方向，于N型接触层21远离衬底10的一侧形成N型欧姆层40，N型欧姆层40围绕发光台面结构设置，形成弧状的N型欧姆层40。因此，在图11中，N型欧姆层40位于发光台面结构的相对两侧。需要说明的是，在后续于半导体外延结构20远离衬底10的一侧以及沟槽的侧壁和底部形成第一钝化层50后，刻蚀第一钝化层50以在N型欧姆层40远离衬底10一侧形成第一开口A暴露N型欧姆层40，在发光台面结构中P型接触层25远离衬底10一侧形成第二开口B暴露P型接触层25的过程中，第一开口A和第二开口B对应的也为环状的开口，因此，在图11中，位于发光台面结构相对两侧的N型欧姆层40的上部均具有第一开口A；发光台面结构中，P型接触层25远离衬底10一侧形成的第二开口B的个数也为两个。

可选的，发光台面结构的个数为多个；于沟槽暴露的N型接触层远离衬底的一侧形成N型欧姆层包括：

于多个发光台面结构同一侧的沟槽中形成共用的N型接触层。

具体的，图12是本发明实施例提供的另一种垂直腔面发射激光器的俯视图，参考图12，垂直腔面发射激光器中的发光台面结构可以为多个，通过形成多个沟槽从而形成多个发光台面结构。图12中，示例性的画出8个发光台面结构。形成的N型欧姆层40位于8个发光台面结构同一侧的沟槽中，N型欧姆层40的形状可以为条状。在后续于半导体外延结构20远离衬底10的一侧以及沟槽的侧壁和底部形成第一钝化层50后，刻蚀第一钝化层50以在N型欧姆层40远离衬底10一侧形成第一开口A暴露N型欧姆层40，在发光台面结构中P型接触层25远离衬底10一侧形成第二开口B暴露P型接触层25的过程中，第一开口A形成的形状为条状，第二开口B形成的形状仍为环状。其中，第一电极层60为8个发光台面结构的共用电极层；第一电极层60为阴极焊盘金属层；在8个发光台面结构所在区域形成的第二电极层70同样为共用电极层，第二电极层70为阳极焊盘金属层，8个发光台面结构为并联连接关系。电流信号通过阳极焊盘金属层流向每个发光台面结构的P型欧姆层，经过各自的P型分布布拉格反射层24、量子阱层23、N型分布布拉格反射层22，通过整层的N型接触层21流向共用的N型欧姆层40，再通过阴极焊盘金属层流出，从而形成闭合的回路。

图13是图12沿C3-C4的一种结构剖面图，参考图13，在发光台面结构形成位置的周边区域，当刻蚀半导体外延层结构时，在具有N型接触层21的一侧，可以部分刻蚀至N型接触层21，在不具有N型欧姆层40的区域，可以部分刻蚀至N型分布布拉格反射层22。图14是图12沿C3-C4的另一种结构剖面图，参考图14，在发光台面结构形成位置的周边区域，当刻蚀半导体外延层结构时，在具有N型接触层21的一侧，可以全部刻蚀至N型接触层21，在不具有N型欧姆层40的区域，可以全部刻蚀至N型分布布拉格反射层22。

参考图8，本发明实施例还提供了一种垂直腔面发射激光器，包括：

衬底10以及位于衬底10一侧的半导体外延结构20；

半导体外延结构20包括在衬底10上依次层叠设置的N型接触层21、N型分布布拉格反射层22、量子阱层23、P型分布布拉格反射层24和P型接触层25；半导体外延结构20包括沟槽和由沟槽包围的发光台面结构；沟槽暴露部分的N型欧姆层40；发光台面结构中包括电流限制层30；电流限制层30具有开口，开口用于定义出发光台面结构的发光区Q；

N型欧姆层40，N型欧姆层40位于沟槽的底部；N型欧姆层40距离沟槽的侧壁的距离大于零；

第一钝化层50，第一钝化层50位于半导体外延结构20远离衬底10的一侧以及沟槽的侧壁和底部；第一钝化层50包括第一开口A和第二开口B；第一开口A暴露N型欧姆层40，第二开口B暴露发光台面结构中的P型接触层25；其中，第一开口A和和第二开口B在同一刻蚀工艺中形成；

第一电极层60、P型欧姆层和第二电极层70，第一电极层60与第一开口A暴露的N型欧姆层40接触；P型欧姆层和第二开口B暴露的P型接触层25接触；第二电极层70位于P型欧姆层远离P型接触层25的一侧；其中，N型电极层、P型欧姆层和P型电极层在同一金属沉积工艺中形成。

本发明实施例提供的垂直腔面发射激光器，第一钝化层50包括第一开口A和第二开口B；第一开口A暴露N型欧姆层40，第二开口B暴露发光台面结构中的P型接触层25；其中，第一开口A和和第二开口B在同一刻蚀工艺中形成；通过在同一刻蚀工艺中刻蚀位于N型欧姆层40远离衬底10一侧的第一钝化层50，以及位于发光台面结构中P型接触层25远离衬底10一侧的第一钝化层50，以在N型欧姆层40远离衬底10一侧形成第一开口A暴露N型欧姆层40，在发光台面结构中P型接触层25远离衬底10一侧形成第二开口B暴露P型接触层25，减少了开口刻蚀工艺的次数。另外，垂直腔面发射激光器的N型电极层、P型欧姆层和P型电极层在同一金属沉积工艺中形成。通过在同一金属沉积工艺中，于第一开口A中形成第一电极层60以及于第二开口B中依次形成P型欧姆层和第二电极层70，减少了金属沉积工艺的次数，以及减少了金属耗材的量，从而提高了激光器的制备效率，缩短了激光器的制备时长，降低了制备成本。

可选的，垂直腔面发射激光器，还包括：

第二钝化层，第二钝化层位于半导体外延结构与第一钝化层之间，第二钝化层覆盖半导体外延结构远离所述衬底一侧的表面。

可选的，N型分布布拉格反射层和P型分布布拉格反射层均由包括铝镓砷材料层和砷化镓材料层两种不同折射率的材料层层叠构成，或者由包括高铝组分的铝镓砷材料层和低铝组分的铝镓砷材料层两种不同折射率的材料层层叠构成。

可选的，发光台面结构的个数包括多个，N型欧姆层为共用N型欧姆层，位于多个发光台面结构同一侧的沟槽中。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。