本发明涉及电子，具体涉及一种垂直腔面发射激光器及其制备方法。
背景技术：
1、砷化镓(gaas)是重要的ⅲ-ⅴ族化合物半导体材料，gaas制成的垂直腔面发射激光器(vcsel)由于体积小、重量轻、低阈值、高输出等优势在光通信和照明等领域已获得大规模应用，并在3d传感、vr智能、自动驾驶等方面具有巨大的应用前景。长期以来垂直腔面发射激光器一直处于正面(p面)出光的状态，电极结构分布在芯片的正面和背面。随着垂直腔面发射激光器材料生长和制作技术的发展使得共面电极结构的垂直腔面发射激光器出现。然而，共面电极结构的出现也带来了一些问题，如单个芯片体积变大，外延材料的使用效率降低，且出光孔与电极在同面的结构制约了样品的成品率。此外，这种结构对工艺要求较高,制约了垂直腔面发射激光器在众多应用领域中的发展。因此，在解决垂直腔面发射激光器芯片面积大小问题的同时必须解决共面电极结构设计的问题；在解决出光孔结构容易被破坏的问题上必须解决背面出光孔刻蚀的问题。本发明为了解决垂直腔面发射激光器体积大、工艺复杂、出光孔结构容易被污染的问题，提出一种新的研究思路和方法，我们期望通过本项目的工作能够得到一种节省空间的电极结构设计，在实现体积小、工艺制作简单及成本低的垂直腔面发射激光器上取得突破性进展。这对于发展垂直腔面发射激光器的应用，特别是在解决探测技术中的微型载荷激光测距、空间通信、目标识别与跟踪制导等应用所需要的优质微型激光器方面具有重要意义。
2、自共面电极结构的出现，器件的阈值电流、光电转换效率得到很大的改善。看起来这种结构近乎完美，但这种结构也存在自身无法消除的缺陷，如需要多步刻蚀、发光孔容易受到污染、芯片体积较大、减薄抛光环节对芯片的损伤等使器件的性能不稳定及应用范围缩小。
3、因此，开发一种新的垂直腔面发射激光器及其制备方法具有重要意义。
技术实现思路
1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，解决了现有技术中单个芯片体积大、工艺复杂、成品率低、出光孔易污染及阈值大的问题，以克服现有技术中的不足。
2、为了解决上述技术问题，本发明公开了一种垂直腔面发射激光器，包括主体，主体上依次设有欧姆接触层1、钝化层2、p型分布布拉格反射镜组层3、包层4、有源区层5、氧化限制层6、n型分布布拉格反射镜组层7、缓冲层8、alas层9和gaas衬底层10；
3、其中，所述alas层9的厚度为20～200nm；
4、其中，所述有源区层5包括间隔层和激活区层；
5、其中，所述激光器的主体设置有间隔槽11；所述间隔槽11中填充有pi胶。
6、其中，所述激光器的一侧设置有第一p型电极12、第二p型电极13和第二n型电极14；所述间隔槽11底部设置有第一n型电极15；
7、其中，所述激光器的另一侧设置有发光孔16。
8、本发明还提供一种垂直腔面发射激光器的制备方法，具体包括：
9、s1制备激光器主体：在gaas衬底层上利用mocvd依次生长alas层、缓冲层、n型分布布拉格反射镜组层、氧化限制层、有源区层、包层、p型分布布拉格反射镜组层和欧姆接触层，制备得到激光器主体；
10、s2清洗激光器主体：本发明在光刻之前采用丙酮、异丙醇清洗，在生长光学膜和金属电极前采用酸溶液清洗以去除表面氧化物薄膜，所述酸溶液包括丙酮，异丙醇和稀盐酸中一种；
11、s3光刻：采用紫外接触式光刻机，将光刻板上的图形转移到覆盖在样品表面的光刻胶上，进行对准标记和台面的光刻工艺，得到清晰的图案；
12、s4制备间隔槽：通过电感耦合等离子刻蚀对激光器主体进行刻蚀，得到7～9μm深、10～50μm宽的陡直间隔槽，注意刻蚀的陡直性，湿法刻蚀会引起台面大小的变化，从而造成较差的工艺效果；；
13、s5制备氧化限制层：在管式氧化炉内进行水汽氧化得到氧化限制层，所述氧化限制层上的氧化孔的孔径控制在3-5μm，氧化深度一定不能过大，以防止载流子注入效率太低，影响出光功率；
14、s6制备钝化层：在间隔槽内壁、欧姆接触层外侧表面生长厚度为200～500nm的sio2钝化层，太厚则应力过大，容易断裂；
15、s7制备第一p型金属电极：通过光刻、采用紫外接触式光刻机，将光刻板上的图形转移到覆盖在样品表面的光刻胶上，进行p面金属电极结构的光刻工艺；接着采用反应离子束刻蚀将sio2刻蚀得到p面金属电极结构；最后采用磁控溅射进行第一p型金属电极的生长，其中第一p型金属电极各层分别为ti/pt/au/ti，各层厚度为ti＝50nm/pt＝50nm/au＝200nm/ti＝10nm；
16、s8制备第一n型金属电极：通过光刻、采用紫外接触式光刻机，将光刻板上的图形转移到覆盖在样品表面的光刻胶上，进行n面金属电极结构的光刻工艺；接着采用反应离子束刻蚀将sio2刻蚀得到n面金属电极结构；最后采用磁控溅射进行第一n型金属电极的生长，其中第一n型金属电极各层分别为ti/auge/ni/au，各层厚度为ti＝20nm/auge＝35nm/ni＝10nm/au＝200nm；
17、s9填充间隔槽：通过光刻、采用紫外接触式机，将光刻板上的图形转移到覆盖在样品表面的光刻胶上，进行间隔槽的填充光刻工艺；
18、s10制备第二p型金属电极与第二n型金属电极：通过光刻、采用紫外接触式光刻机，将光刻板上的图形转移到覆盖在样品表面的光刻胶上，进行p、n面金属电极结构的光刻工艺；最后采用电子束蒸发进行第二p型金属电极与第二n型金属电极的生长，其中，第二p型金属电极与第二n型金属电极各层分别为ti/au/ti，各层厚度为ti＝10nm/au＝250nm/ti＝10nm；
19、s11湿法刻蚀gaas衬底层：在光刻胶的保护下使用混合溶液对gaas衬底层进行湿法刻蚀，刻蚀到正好刚露出alas层，直径为4～8μm，以便进行发光孔的制作；其中，所述的混合溶液包括冰醋酸、氢溴酸和重铬酸钾的混合溶液或磷酸、双氧水和水的混合溶液中的一种；
20、s12制备n面发光孔：在光刻胶的保护下继续进行n面发光孔的制作，采用电感耦合等离子刻蚀对alas层进行刻蚀，得到4～8μm直径的n面发光孔。
21、有益效果：本发明的垂直腔面发射激光器及其制备方法，不同于传统的异面电极和p面激光输出结构，将正面电极刻蚀槽步骤简化为一次刻蚀，在gaas衬底层上方生长一层厚度为20～200nm的alas层，用作发光孔结构湿法腐蚀时的阻挡层。本发明的垂直腔面发射激光器，无需在p面进行多步刻蚀，简化了工艺步骤。其次，本发明的垂直腔面发射激光器及其制备方法采用背面出光且alas做阻挡层，省去了传统n面减薄抛光的过程，降低了器件的阈值、增强了光电转换效率。另外，本发明解决了现有技术中单个芯片体积大、出光孔易污染及阈值大的问题，克服了现有技术中的不足，有工艺简单、重复性好、成品率高的优点。
1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括主体，所述主体上依次设有欧姆接触层(1)、钝化层(2)、p型分布布拉格反射镜组层(3)、包层(4)、有源区层(5)、氧化限制层(6)、n型分布布拉格反射镜组层(7)、缓冲层(8)、alas层(9)和gaas衬底层(10)；
2.一种垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，具体步骤为：在gaas衬底层上利用mocvd依次生长alas层、缓冲层、n型分布布拉格反射镜组层、氧化限制层、有源区层、包层、p型分布布拉格反射镜组层、欧姆接触层，制备得到激光器主体。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s4中，具体步骤为：通过电感耦合等离子刻蚀对激光器主体进行刻蚀得到间隔槽。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s6中，钝化层设置于间隔槽内壁和欧姆接触层外侧，所述钝化层为二氧化硅。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一p型金属电极的各层材料分别为ti、pt、au和ti；所述第一n型金属电极的各层材料分别为ti、auge、ni和au；所述第二p型金属电极与第二n型金属电极的各层材料分别为ti、au和ti。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s11中，具体步骤为：在光刻胶的保护下使用混合溶液对gaas衬底层进行湿法刻蚀，刻蚀到正好刚露出alas层，以便进行发光孔的制作。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s12中，具体步骤为：在光刻胶的保护下继续进行发光孔的制作，采用电感耦合等离子刻蚀对alas层进行刻蚀，得到发光孔。
