CN114188820A - 垂直腔面发射激光器的形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种垂直腔面发射激光器的形成方法，涉及半导体激光器领域，包括：提供衬底；在衬底表面依次形成第一反射镜结构、有源层、以及第二反射镜结构；在第二反射镜结构顶部表面形成第一钝化层；在第一钝化层表面形成初始光刻胶层；采用半色调掩膜板对初始光刻胶层进行图形化以形成图形化的光刻胶层，图形化的光刻胶层内具有第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽的深度小于光刻胶层的深度；以光刻胶层为掩膜刻蚀光刻胶层、第一钝化层、第二反射镜结构、有源层和第一反射镜结构，在第一凹槽底部的第一钝化层内形成第三凹槽，在第一钝化层内、第二反射镜结构内、有源层内和第一反射镜结构内形成位于第二凹槽底部的第四凹槽。所述方法简化了工艺。

Description

垂直腔面发射激光器的形成方法
技术领域
本发明涉及半导体激光器领域，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器的形成方法。
背景技术
垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简称VCSEL）是一种垂直于衬底面射出激光的半导体激光器，当前以砷化镓半导体为基础材料的垂直腔面发射激光器居多，发射波长主要为近红外波段。
垂直腔面发射激光器的结构一般由上、下布拉格反射镜(DBR)和中间有源区三部分组成，布拉格反射镜一般由折射率不同且厚度为光波长的四分之一的两种材料交替生长而成，为了减小光学损耗，N型布拉格反射镜的反射率接近100%，可作为谐振腔的全反射镜，而P型布拉格反射镜反射率相对较低，可作为谐振腔的出射镜。其中P型布拉格反射镜中有一层或多层高铝组分AlGaAs层作为氧化限制层。
然而，现有的垂直腔面发射激光器的形成过程还有待改善。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种垂直腔面发射激光器的形成方法，以改善垂直腔面发射激光器的形成过程。
为解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种垂直腔面发射激光器的形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成第一反射镜结构、位于所述第一反射镜结构表面的有源层、以及位于所述有源层表面的第二反射镜结构，所述第二反射镜结构的导电类型与所述第一反射镜结构的导电类型相反；在所述第二反射镜结构顶部表面形成第一钝化层；在所述第一钝化层表面形成初始光刻胶层；采用半色调掩膜板对所述初始光刻胶层进行图形化以形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层内具有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的深度小于所述光刻胶层的深度，所述第二凹槽暴露出所述第一钝化层表面；以所述图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述光刻胶层、所述第一钝化层、所述第二反射镜结构、所述有源层和所述第一反射镜结构，在所述第一凹槽底部的所述第一钝化层内形成第三凹槽，在所述第一钝化层内、所述第二反射镜结构内、所述有源层内和所述第一反射镜结构内形成位于所述第二凹槽底部的第四凹槽。
可选的，所述初始光刻胶层包括正性光刻胶。
可选的，所述半色调掩膜板包括第一区、第二区和第三区，所述第一区表面上具有遮光层，所述第二区表面具有半透层，所述第三区为透光区；所述第一凹槽的区域与所述半色调掩膜板的所述第二区相对应，所述第二凹槽的区域与所述半色调掩膜板的所述第三区相对应，所述光刻胶层与所述半色调掩膜板的所述第一区相对应。
可选的，所述初始光刻胶层包括负性光刻胶。
可选的，所述半色调掩膜板包括第一区、第二区和第三区，所述第一区为透光区，所述第二区表面具有半透层，所述第三区表面具有遮光层；所述第一凹槽的区域与所述半色调掩膜板的所述第二区相对应，所述第二凹槽的区域与所述半色调掩膜板的所述第一区相对应，所述光刻胶层与所述半色调掩膜板的所述第一区相对应。
可选的，所述半色调掩膜板材料的透过率大于90%。
可选的，所述半色调掩膜板的材料包括石英玻璃。
可选的，所述遮光层材料的透过率小于10%。
可选的，所述遮光层的材料包括铬。
可选的，所述半透层材料的透过率范围为10%~50%。
可选的，所述半透层的材料包括铬。
可选的，所述遮光层的厚度大于半透层的厚度。
可选的，所述初始光刻胶层的厚度范围为4微米~5微米。
可选的，所述第一凹槽的深度范围为2微米~3微米。
可选的，采用所述半色调掩膜板对所述初始光刻胶层进行图形化的工艺包括曝光处理；所述曝光处理之后，还包括：对曝光后的所述初始光刻胶层进行显影，形成所述图形化的光刻胶层。
可选的，以所述半色调掩膜板对所述初始光刻胶层进行曝光，所述曝光的能量范围为4000焦耳每平方米~5000 焦耳每平方米。
可选的，所述第一钝化层的厚度范围为：500埃~2000埃。
可选的，所述第三凹槽的深度范围为小于2微米。
可选的，所述第四凹槽的深度范围为大于6微米。
可选的，刻蚀所述第二凹槽底部的所述第一钝化层、所述第二反射镜结构、所述有源层和所述第一反射镜结构刻蚀速率大于刻蚀所述第一凹槽底部的所述光刻胶层和所述第一钝化层的刻蚀速率。
可选的，刻蚀所述光刻胶层、所述第一钝化层、所述第二反射镜结构、所述有源层和所述第一反射镜结构的工艺包括干法刻蚀工艺，所述干法刻蚀工艺的参数包括：离子源为射频离子源，刻蚀气体包括含氯气体，所述含氯气体包括氯气和四氯化硅的混合气体，腔体压强范围为3毫托~5毫托。
可选的，所述第一反射镜结构为N型布拉格反射镜，所述第二反射镜结构为P型布拉格反射镜。
可选的，所述第一反射镜结构的材料中掺杂有硅离子；所述第二反射镜结构的材料中掺杂有碳离子。
可选的，所述第二反射镜结构包括若干第二堆叠结构，所述第二堆叠结构包括第一反射层和位于所述第一反射层上的第二反射层，所述第一反射层与所述第二反射层的折射率不同。
可选的，所述第一反射层的材料包括砷镓铝，所述第二反射层的材料包括砷化镓。
可选的，所述第二反射镜结构的层数至少包括两层，在所述有源层表面形成至少两层所述第二反射镜结构的同时，还包括：在相邻两层所述第二反射镜结构之间形成透光材料层；在所述透光材料层表面形成反射材料层；所述第四凹槽暴露出所述透光材料层和所述反射材料层侧壁表面。
可选的，所述透光材料层中铝元素的原子百分比浓度大于所述第一反射层的材料中铝元素的原子百分比浓度；所述反射材料层的材料与所述第二反射层的材料相同。
可选的，所述透光材料层的材料包括砷镓铝；所述铝元素在所述透光材料层中的原子百分比浓度为大于或等于98%。
可选的，形成所述第四凹槽之后，还包括：对所述第四凹槽暴露出来的所述透光材料层进行改性处理，使所述透光材料层形成挡光层和发光层，所述发光层位于所述挡光层之间，所述发光层在所述衬底表面的投影为圆形。
可选的，所述改性处理的工艺包括湿法氧化工艺或离子注入氧化工艺。
可选的，所述挡光层的材料包括氧化铝，所述发光层的材料包括砷镓铝。
可选的，所述改性处理的工艺包括反型掺杂工艺；所述反型掺杂工艺的掺杂离子包括硅离子。
可选的，所述挡光层的材料包括掺硅的砷镓铝，所述发光层的材料包括砷镓铝。
可选的，形成所述挡光层和所述发光层之后，还包括：在所述第四凹槽侧壁表面和底部表面、以及所述第一钝化层顶部表面形成第二钝化层；在所述第二钝化层内和所述第一钝化层内形成第一电极层，所述第一电极层位于所述第二反射镜结构顶部表面。
可选的，所述第一钝化层的材料包括氮化硅；所述第二钝化层的材料包括氮化硅。
可选的，所述衬底包括相对的第一面和第二面，所述第一反射镜结构位于所述衬底第一面表面；形成所述第一电极层之后，还包括：在所述衬底第二面表面形成第二电极层。
可选的，在所述衬底第二面表面形成所述第二电极层之前，还包括：减薄所述衬底第二面。
可选的，所述第一反射镜结构包括若干第一堆叠结构，所述第一堆叠结构包括第三反射层和位于所述第三反射层上的第四反射层，所述第三反射层和所述第四反射层的折射率不同。
可选的，所述第三反射层的材料包括砷镓铝，所述第四反射层的材料包括砷化镓。
可选的，所述衬底的材料包括砷化镓。
可选的，所述第三凹槽在所述衬底上的投影为“十字”型。
可选的，所述有源层包括若干层沿垂直于所述衬底表面方向交错堆叠的若干第一垒层、第二垒层以及位于相邻所述第一垒层和所述第二垒层之间的阱层。
可选的，所述第一垒层的材料包括P型的砷化镓，所述P型的砷化镓中掺杂有碳离子；所述第二垒层的材料包括N型的砷化镓，所述N型的砷化镓中掺杂有硅离子；所述阱层的材料包括砷镓铟。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明的技术方案，通过采用所述半色调掩膜板对所述初始光刻胶层进行图形化以形成所述图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层内具有所述第一凹槽和所述第二凹槽，所述第一凹槽的深度小于所述光刻胶层的深度，所述第二凹槽暴露出所述第一钝化层表面，再以所述图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述光刻胶层、所述第一钝化层、所述第二反射镜结构、所述有源层和所述第一反射镜结构，在所述第一凹槽底部的所述第一钝化层内形成所述第三凹槽，在所述第一钝化层内、所述第二反射镜结构内、所述有源层内和所述第一反射镜结构内形成位于所述第二凹槽底部的所述第四凹槽。通过一次光罩工艺，就可以在所述第一钝化层内形成所述第三凹槽，在所述第一钝化层内、所述第二反射镜结构内、所述有源层内和所述第一反射镜结构内形成所述第四凹槽，所述第三凹槽和所述第四凹槽的刻蚀深度不同，这样既能简化工序，节约成本，又能提高产品良率。
附图说明
图1和图2是一实施例中垂直腔面发射激光器的形成过程的结构示意图；
图3至图9是本发明一实施例中垂直腔面发射激光器的形成过程的结构示意图；
图10是本发明另一实施例中垂直腔面发射激光器的形成过程的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术所述，现有的垂直腔面发射激光器的形成过程还有待改善。现结合具体的实施例进行分析说明。
图1是一实施例中垂直腔面发射激光器的形成过程的结构示意图。
请参考图1，提高衬底100；在所述衬底100表面形成第一反射镜结构，所述第一反射镜结构包括若干第一堆叠结构，所述第一堆叠结构包括第一反射层101和位于所述第一反射层101上的第二反射层102；在所述第一反射镜结构表面形成有源层103；在所述有源层103表面形成第二反射镜结构，所述第二反射镜结构包括若干第二堆叠结构，所述第二堆叠结构包括第三反射层104和位于所述第三反射层104上的第四反射层105，所述第二反射镜结构的导电类型与所述第一反射镜结构的导电类型相反；在所述第二反射镜结构顶部表面形成第一钝化层106；在所述第一钝化层106内形成第一凹槽107。
请参考图2，形成所述第一凹槽107之后，刻蚀所述第一钝化层106、所述第二反射镜结构、所述有源层103和所述第一反射镜结构，在所述第一钝化层106内、所述第二反射镜结构内、所述有源层103内和所述第一反射镜结构内形成第二凹槽108。
所述垂直腔面发射激光器的形成过程中，所述第一凹槽107在所述衬底100表面的投影为十字型，所述第一凹槽107用于后续形成其他膜层时的对准标记。所述第二凹槽108用于后续对部分所述第二反射镜结构内的所述第三反射层104进行氧化形成挡光层。由于所述第二凹槽108的深度大于6um，而所述第一凹槽107为了对位精准，所述第一凹槽107的深度远小于6um，因此所述第二凹槽108和所述第一凹槽107需要分两次用两个光罩形成，从而增加了工艺步骤，增加一道光罩，增加了制造产品的成本，并且产品的不良率也会相应增加。
为了解决上述问题，本发明技术方案提供一种垂直腔面发射激光器的形成方法，通过采用所述半色调掩膜板对所述初始光刻胶层进行图形化以形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层内具有所述第一凹槽和所述第二凹槽，所述第一凹槽的深度小于所述光刻胶层的深度，所述第二凹槽暴露出所述第一钝化层表面，再以所述图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述光刻胶层、所述第一钝化层、所述第二反射镜结构、所述有源层和所述第一反射镜结构，在所述第一凹槽底部的所述第一钝化层内形成所述第三凹槽，在所述第一钝化层内、所述第二反射镜结构内、所述有源层内和所述第一反射镜结构内形成位于所述第二凹槽底部的所述第四凹槽。通过一次光罩工艺，就可以在所述第一钝化层内形成所述第三凹槽，在所述第一钝化层内、所述第二反射镜结构内、所述有源层内和所述第一反射镜结构内形成所述第四凹槽，所述第三凹槽和所述第四凹槽的刻蚀深度不同，这样既能简化工序，节约成本，又能提高产品良率。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图3至图9是本发明实施例中垂直腔面发射激光器的形成过程的结构示意图。
请参考图3，提供衬底200。
所述衬底200包括相对的第一面和第二面。
所述衬底200的材料包括半导体材料，在本实施例中，所述衬底200的材料包括砷化镓。
在本实施例中，还包括：在所述衬底200第一面表面形成缓冲层（未图示），所述缓冲层的导电类型为N型，所述缓冲层的材料包括掺杂有硅离子的砷化镓。
请继续参考图3，在所述缓冲层表面形成第一反射镜结构、位于所述第一反射镜结构表面的有源层203、以及位于所述有源层203表面的第二反射镜结构，所述第二反射镜结构的导电类型与所述第一反射镜结构的导电类型相反。
在本实施例中，所述第一反射镜结构为N型布拉格反射镜，所述第二反射镜结构为P型布拉格反射镜。所述第一反射镜结构的材料中掺杂有硅离子，所述第二反射镜结构的材料中掺杂有碳离子。
所述第一反射镜结构包括若干第一堆叠结构，所述第一堆叠结构包括第三反射层201和位于所述第三反射层201上的第四反射层202，所述第三反射层201和所述第四反射层202的折射率不同。
所述第三反射层201和所述第四反射层202的折射率不同，从而所述第三反射层201和所述第四反射层202经过多次层叠后形成的所述第一反射镜结构能够具有较高的反射率。其中，所述第三反射层201和所述第四反射层202的折射率相差较大时，所述第一堆叠结构的堆叠次数越少。
在本实施例中，所述第一堆叠结构的堆叠次数为20~30次。
在本实施例中，所述第三反射层201的材料包括砷镓铝（AlxGa1-xAs），所述第四反射层202的材料包括砷化镓。
形成所述第三反射层201的工艺包括金属有机化合物化学气相沉淀。形成所述第四反射层202的工艺包括金属有机化合物化学气相沉淀。
在本实施例中，所述第三反射层201的厚度和所述第四反射层202的厚度为所述垂直腔面发射激光器发射波长的四分之一。
所述第二反射镜结构包括若干第二堆叠结构，所述第二堆叠结构包括第一反射层204和位于所述第一反射层204上的第二反射层205，所述第一反射层204与所述第二反射层205的折射率不同。
所述第一反射层204与所述第二反射层205的折射率不同，从而所述第一反射层204与所述第二反射层205经过多次层叠后形成的所述第二反射镜结构能够具有较高的反射率。其中，所述第一反射层204与所述第二反射层205的折射率相差较大时，所述第二堆叠结构的堆叠次数越少。
在本实施例中，所述第一反射层204的材料包括砷镓铝（AlxGa1-xAs），所述第二反射层205的材料包括砷化镓。
在本实施例中，所述第二堆叠结构的堆叠次数为20~30次。
在本实施例中，所述第一反射层204的厚度和所述第二反射层205的厚度为所述垂直腔面发射激光器发射波长的四分之一。
形成所述第一反射层204的工艺包括金属有机化合物化学气相沉淀。形成所述第二反射层205的工艺包括金属有机化合物化学气相沉淀。
所述有源层203包括若干层沿垂直于所述衬底200表面方向交错堆叠的若干第一垒层（未图示）、第二垒层（未图示）以及位于相邻所述第一垒层和所述第二垒层之间的阱层（未图示）。
所述第一垒层的材料包括P型的砷化镓，所述P型的砷化镓中掺杂有碳离子；所述第二垒层的材料包括N型的砷化镓，所述N型的砷化镓中掺杂有硅离子；所述阱层的材料包括砷镓铟（In0.2Ga0.8As）。
所述第一垒层、所述第二垒层以及所述第一垒层和所述第二垒层之间的所述阱层构成一个应变量子阱。
在本实施例中，所述应变量子阱的个数为3个，在其他实施例中，所述应变量子阱的个数为5个或7个。
在本实施例中，所述有源层203的厚度为所述垂直腔面发射激光器发射波长。
请继续参考图3，所述第二反射镜结构的层数至少包括两层，在所述有源层203表面形成至少两层所述第二反射镜结构的同时，还包括：在相邻两层所述第二反射镜结构之间形成透光材料层206；在所述透光材料层206表面形成反射材料层207。
所述透光材料层206中铝元素的原子百分比浓度大于所述第一反射层204的材料中铝元素的原子百分比浓度；所述反射材料层207的材料与所述第二反射层的材料相同。
在本实施例中，所述透光材料层206的材料包括砷镓铝；所述铝元素在所述透光材料层206中的原子百分比浓度为大于或等于98%。
形成所述透光材料层206的工艺包括金属有机化合物化学气相沉淀。
在本实施例中，所述透光材料层206的厚度为所述垂直腔面发射激光器发射波长的四分之一。
请参考图4，在所述第二反射镜结构顶部表面形成第一钝化层208。
在本实施例中，所述第一钝化层208的材料包括氮化硅。所述第一钝化层208用于保护所述第二反射镜结构顶部表面。
所述第一钝化层208的厚度范围为：500埃~2000埃。
请继续参考图4，在所述第一钝化层208表面形成初始光刻胶层209。
所述初始光刻胶层209的厚度范围为4微米~5微米。
请参考图5，采用半色调掩膜板300对所述初始光刻胶层209进行图形化以形成图形化的光刻胶层210，所述图形化的光刻胶层210内具有第一凹槽211和第二凹槽212，所述第一凹槽211的深度小于所述光刻胶层210的深度，所述第二凹槽212暴露出所述第一钝化层208表面。
在本实施例中，所述初始光刻胶层209包括正性光刻胶。
所述半色调掩膜板300包括第一区I、第二区II和第三区III，所述第一区I表面上具有遮光层301，所述第二区II表面具有半透层302，所述第三区III为透光区；所述第一凹槽211的区域与所述半色调掩膜板300的所述第二区II相对应，所述第二凹槽212的区域与所述半色调掩膜板300的所述第三区III相对应，所述光刻胶层210与所述半色调掩膜板300的所述第一区I相对应。
所述半色调掩膜板300材料的透过率大于90%。
在本实施例中，所述半色调掩膜板300的材料包括石英玻璃。
所述遮光层301材料的透过率小于10%。
在本实施例中，所述遮光层301的材料包括铬。
所述半透层302材料的透过率范围为10%~50%。
在本实施例中，所述半透层302的材料包括铬。
在本实施例中，所述半透层302的厚度小于遮光层301的厚度，通过控制所述半透层302的膜厚来满足预设的透过率范围。
所述第一凹槽211的深度范围为2微米~3微米。
在本实施例中，采用所述半色调掩膜板300对所述初始光刻胶层209进行图形化的工艺包括曝光处理；所述曝光处理之后，还包括对曝光后的所述初始光刻胶层209进行显影，形成所述图形化的光刻胶层210。
以所述半色调掩膜板对所述初始光刻胶层进行曝光，所述曝光的能量范围为4000焦耳每平方米~5000 焦耳每平方米。
所述初始光刻胶层209为正性光刻胶，与所述第三区III相对应的所述初始光刻胶层209经过完全曝光后可以被显影液完全显影，从而形成所述第二凹槽212；与第二区II相对应的所述初始光刻胶层209经过部分曝光后可以被显影液部分显影，从而形成所述第一凹槽211。
请参考图6和图7，图7为图6的俯视图，以所述图形化的光刻胶层210为掩膜刻蚀所述光刻胶层210、所述第一钝化层208、所述第二反射镜结构、所述有源层203和所述第一反射镜结构，在所述第一凹槽211底部的所述第一钝化层208内形成第三凹槽213，在所述第一钝化层208内、所述第二反射镜结构内、所述有源层203内和所述第一反射镜结构内形成位于所述第二凹槽212底部的第四凹槽214。
在本实施例中，所述第三凹槽213的深度范围为小于2微米；所述第四凹槽214的深度范围为大于6微米。
刻蚀所述第二凹槽212底部的所述第一钝化层208、所述第二反射镜结构、所述有源层203和所述第一反射镜结构刻蚀速率大于刻蚀所述第一凹槽211底部的所述光刻胶层210和所述第一钝化层208的刻蚀速率。
刻蚀所述光刻胶层210、所述第一钝化层208、所述第二反射镜结构、所述有源层203和所述第一反射镜结构的工艺包括干法刻蚀工艺，所述干法刻蚀工艺的参数包括：离子源为射频离子源，刻蚀气体包括含氯气体，所述含氯气体包括氯气和四氯化硅的混合气体，腔体压强范围为3毫托~5毫托。
在本实施例中，所述第三凹槽213在衬底上的投影为“十字”型。所述第三凹槽213用作后续形成膜层的对准标记。
在本实施例中，所述第四凹槽214暴露出所述透光材料层206和所述反射材料层207侧壁表面。
所述第三凹槽213和所述第四凹槽214的深度差距较大，通过一次光罩工艺，就可以在所述第一钝化层208内形成所述第三凹槽213，在所述第一钝化层208内、所述第二反射镜结构内、所述有源层203内和所述第一反射镜结构内形成所述第四凹槽214，所述第三凹槽213和所述第四凹槽214的刻蚀深度不同，这样既能简化工序，节约成本，又能提高产品良率。
请参考图8，对所述第四凹槽214暴露出来的所述透光材料层206进行改性处理，使所述透光材料层206形成挡光层215和发光层216，所述发光层216位于所述挡光层215之间，所述发光层216在所述衬底200表面的投影为圆形。
所述改性处理的工艺包括湿法氧化工艺、离子注入氧化工艺或反型掺杂工艺。
在本实施例中，所述湿法氧化的工艺参数包括：氧化炉的炉温范围为420℃~450℃，水温范围为大于90℃，辅助气体包括氮气，所述氮气流量范围为1.5升每分钟~2升每分钟，时间为15分钟~20分钟。
所述湿法氧化工艺的氧化速率较快，同时，所述湿法氧化工艺的各向同性使得所述发光层216的形貌较好，接近于设计值。
在本实施例中，所述挡光层215的材料包括氧化铝，所述发光层216的材料包括砷镓铝。
在其他实施例中，所述反型掺杂工艺包括：在所述透光材料层内掺杂硅离子，使所述挡光层和所述第一反射镜结构形成方向PN结，从而起到阻挡光电子的作用。
在其他实施例中，所述挡光层的材料包括掺硅的砷镓铝，所述发光层的材料包括砷镓铝。
请参考图9，形成挡光层215和所述发光层216之后，在所述第四凹槽214侧壁表面和底部表面、以及所述第一钝化层208顶部表面形成第二钝化层217；在所述第二钝化层217内和所述第一钝化层208内形成第一电极层218，所述第一电极层218位于所述第二反射镜结构顶部表面。
在本实施例中，所述第二钝化层217的材料包括氮化硅。所述第二钝化层217用于保护所述第四凹槽214侧壁表面和底部表面。
在所述第二钝化层217内和所述第一钝化层208内形成所述第一电极层218的方法包括：在所述第二钝化层217内和所述第一钝化层208内形成开口（未图示），所述开口暴露出部分所述第二反射镜结构顶部表面；在所述开口内和部分第二钝化层217表面形成所述第一电极层218。
所述第一电极层218的材料包括金属或金属氮化物；所述金属包括：铜、铝、钨、钴、镍和钽中的一种或多种的组合；所述金属氮化物包括氮化钽和氮化钛中的一种或多种的组合。
形成所述第一电极层218的工艺包括电镀工艺或蒸镀工艺。
请继续参考图9，形成所述第一电极层218之后，减薄所述衬底200第二面；减薄所述衬底200第二面之后，在所述衬底200第二面表面形成第二电极层219。
减薄所述衬底200第二面，有利于减小所述垂直腔面发射激光器的纵向电阻。
在其他实施例中，能够不减薄所述衬底第二面。
所述第二电极层219的材料包括金属或金属氮化物；所述金属包括：铜、铝、钨、钴、镍和钽中的一种或多种的组合；所述金属氮化物包括氮化钽和氮化钛中的一种或多种的组合。
形成所述第二电极层219的工艺包括电镀工艺或蒸镀工艺。
图10是本发明另一实施例中垂直腔面发射激光器的形成过程的结构示意图。
请参考图10，图10为在图4基础上的示意图，采用半色调掩膜板400对所述初始光刻胶层209进行图形化以形成图形化的光刻胶层210，所述图形化的光刻胶层210内具有第一凹槽211和第二凹槽212，所述第一凹槽211的深度小于所述光刻胶层210的深度，所述第二凹槽212暴露出所述第一钝化层208表面。
在本实施例中，所述初始光刻胶层209包括负性光刻胶。
所述半色调掩膜板400包括第一区I、第二区II和第三区III，所述第一区I为透光区，所述第二区II表面具有半透层402，所述第三区III表面具有遮光层401；所述第一凹槽211的区域与所述半色调掩膜板400的所述第二区II相对应，所述第二凹槽212的区域与所述半色调掩膜板400的所述第三区III相对应，所述光刻胶层210与所述半色调掩膜板400的所述第一区I相对应。
所述半色调掩膜板400材料的透过率大于90%。
在本实施例中，所述半色调掩膜板400的材料包括石英玻璃。
所述遮光层401材料的透过率小于10%。
在本实施例中，所述遮光层401的材料包括铬。
所述半透层402材料的透过率范围为10%~50%。
在本实施例中，所述半透层402的材料包括铬。
在本实施例中，所述半透层402的厚度小于遮光层401的厚度，通过控制所述半透层402的膜厚来满足预设的透过率范围。
所述初始光刻胶层209为负性光刻胶，与所述第一区I相对应的所述初始光刻胶层209经过完全曝光后不可以被显影液显影，从而形成所述光刻胶层210；与所述第三区III相对应的所述初始光刻胶层209没有经过曝光可以被显影液完全显影，从而形成所述第二凹槽212；与所述第二区II相对应的所述初始光刻胶层209经过部分曝光后可以被显影液部分显影，从而形成所述第一凹槽211。
接下来，以所述图形化的光刻胶层210为掩膜刻蚀所述光刻胶层210、第一钝化层208、第二反射镜结构、有源层203和第一反射镜结构；形成挡光层和发光层；形成第一电极层和第二电极层的过程请参考图6至图9所描述的内容，在此不再赘述。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (43)

1.一种垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底表面形成第一反射镜结构、位于所述第一反射镜结构表面的有源层、以及位于所述有源层表面的第二反射镜结构，所述第二反射镜结构的导电类型与所述第一反射镜结构的导电类型相反；
在所述第二反射镜结构顶部表面形成第一钝化层；
在所述第一钝化层表面形成初始光刻胶层；
采用半色调掩膜板对所述初始光刻胶层进行图形化以形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层内具有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的深度小于所述光刻胶层的深度，所述第二凹槽暴露出所述第一钝化层表面；
以所述图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述光刻胶层、所述第一钝化层、所述第二反射镜结构、所述有源层和所述第一反射镜结构，在所述第一凹槽底部的所述第一钝化层内形成第三凹槽，在所述第一钝化层内、所述第二反射镜结构内、所述有源层内和所述第一反射镜结构内形成位于所述第二凹槽底部的第四凹槽。
2.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述初始光刻胶层包括正性光刻胶。
3.如权利要求2所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述半色调掩膜板包括第一区、第二区和第三区，所述第一区表面上具有遮光层，所述第二区表面具有半透层，所述第三区为透光区；所述第一凹槽的区域与所述半色调掩膜板的所述第二区相对应，所述第二凹槽的区域与所述半色调掩膜板的所述第三区相对应，所述光刻胶层与所述半色调掩膜板的所述第一区相对应。
4.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述初始光刻胶层包括负性光刻胶。
5.如权利要求4所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述半色调掩膜板包括第一区、第二区和第三区，所述第一区为透光区，所述第二区表面具有半透层，所述第三区表面具有遮光层；所述第一凹槽的区域与所述半色调掩膜板的所述第二区相对应，所述第二凹槽的区域与所述半色调掩膜板的所述第一区相对应，所述光刻胶层与所述半色调掩膜板的所述第一区相对应。
6.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述半色调掩膜板材料的透过率大于90%。
7.如权利要求6所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述半色调掩膜板的材料包括石英玻璃。
8.如权利要求3或5所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述遮光层材料的透过率小于10%。
9.如权利要求8所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述遮光层的材料包括铬。
10.如权利要求3或5所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述半透层材料的透过率范围为10%~50%。
11.如权利要求10所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述半透层的材料包括铬。
12.如权利要求3或5所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述遮光层的厚度大于所述半透层的厚度。
13.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述初始光刻胶层的厚度范围为4微米~5微米。
14.如权利要求13所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述第一凹槽的深度范围为2微米~3微米。
15.如权利要求14所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，采用所述半色调掩膜板对所述初始光刻胶层进行图形化的工艺包括曝光处理；所述曝光处理之后，还包括：对曝光后的所述初始光刻胶层进行显影，形成所述图形化的光刻胶层。
16.如权利要求15所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，以所述半色调掩膜板对所述初始光刻胶层进行曝光，所述曝光的能量范围为4000焦耳每平方米~5000 焦耳每平方米。
17.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述第一钝化层的厚度范围为：500埃~2000埃。
18.如权利要求17所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述第三凹槽的深度范围为小于2微米。
19.如权利要求17所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述第四凹槽的深度范围为大于6微米。
20.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，刻蚀所述第二凹槽底部的所述第一钝化层、所述第二反射镜结构、所述有源层和所述第一反射镜结构刻蚀速率大于刻蚀所述第一凹槽底部的所述光刻胶层和所述第一钝化层的刻蚀速率。
21.如权利要求20所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，刻蚀所述光刻胶层、所述第一钝化层、所述第二反射镜结构、所述有源层和所述第一反射镜结构的工艺包括干法刻蚀工艺，所述干法刻蚀工艺的参数包括：离子源为射频离子源，刻蚀气体包括含氯气体，所述含氯气体包括氯气和四氯化硅的混合气体，腔体压强范围为3毫托~5毫托。
22.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述第一反射镜结构为N型布拉格反射镜，所述第二反射镜结构为P型布拉格反射镜。
23.如权利要求22所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述第一反射镜结构的材料中掺杂有硅离子；所述第二反射镜结构的材料中掺杂有碳离子。
24.如权利要求22所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述第二反射镜结构包括若干第二堆叠结构，所述第二堆叠结构包括第一反射层和位于所述第一反射层上的第二反射层，所述第一反射层与所述第二反射层的折射率不同。
25.如权利要求24所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述第一反射层的材料包括砷镓铝，所述第二反射层的材料包括砷化镓。
26.如权利要求25所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述第二反射镜结构的层数至少包括两层，在所述有源层表面形成至少两层所述第二反射镜结构的同时，还包括：在相邻两层所述第二反射镜结构之间形成透光材料层；在所述透光材料层表面形成反射材料层；所述第四凹槽暴露出所述透光材料层和所述反射材料层侧壁表面。
27.如权利要求26所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述透光材料层中铝元素的原子百分比浓度大于所述第一反射层的材料中铝元素的原子百分比浓度；所述反射材料层的材料与所述第二反射层的材料相同。
28.如权利要求27所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述透光材料层的材料包括砷镓铝；所述铝元素在所述透光材料层中的原子百分比浓度为大于或等于98%。
29.如权利要求28所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，形成所述第四凹槽之后，还包括：对所述第四凹槽暴露出来的所述透光材料层进行改性处理，使所述透光材料层形成挡光层和发光层，所述发光层位于所述挡光层之间，所述发光层在所述衬底表面的投影为圆形。
30.如权利要求29所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述改性处理的工艺包括湿法氧化工艺或离子注入氧化工艺。
31.如权利要求30所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述挡光层的材料包括氧化铝，所述发光层的材料包括砷镓铝。
32.如权利要求29所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述改性处理的工艺包括反型掺杂工艺；所述反型掺杂工艺的掺杂离子包括硅离子。
33.如权利要求32所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述挡光层的材料包括掺硅的砷镓铝，所述发光层的材料包括砷镓铝。
34.如权利要求29所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，形成所述挡光层和所述发光层之后，还包括：在所述第四凹槽侧壁表面和底部表面、以及所述第一钝化层顶部表面形成第二钝化层；在所述第二钝化层内和所述第一钝化层内形成第一电极层，所述第一电极层位于所述第二反射镜结构顶部表面。
35.如权利要求34所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述第一钝化层的材料包括氮化硅；所述第二钝化层的材料包括氮化硅。
36.如权利要求34所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述衬底包括相对的第一面和第二面，所述第一反射镜结构位于所述衬底第一面表面；形成所述第一电极层之后，还包括：在所述衬底第二面表面形成第二电极层。
37.如权利要求36所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，在所述衬底第二面表面形成所述第二电极层之前，还包括：减薄所述衬底第二面。
38.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述第一反射镜结构包括若干第一堆叠结构，所述第一堆叠结构包括第三反射层和位于所述第三反射层上的第四反射层，所述第三反射层和所述第四反射层的折射率不同。
39.如权利要求38所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述第三反射层的材料包括砷镓铝，所述第四反射层的材料包括砷化镓。
40.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述衬底的材料包括砷化镓。
41.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述第三凹槽在所述衬底上的投影为“十字”型。
42.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述有源层包括若干层沿垂直于所述衬底表面方向交错堆叠的若干第一垒层、第二垒层以及位于相邻所述第一垒层和所述第二垒层之间的阱层。
43.如权利要求42所述的垂直腔面发射激光器的形成方法，其特征在于，所述第一垒层的材料包括P型的砷化镓，所述P型的砷化镓中掺杂有碳离子；所述第二垒层的材料包括N型的砷化镓，所述N型的砷化镓中掺杂有硅离子；所述阱层的材料包括砷镓铟。
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