本发明涉及半导体激光器，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、垂直腔面发射激光器(vcsel)相比于边发射激光器具有低阈值、低功耗、单纵模、高调制带宽、易于二维阵列集成等特点，因而被作为短距离光通信的核心光源。随着光通信技术的发展，用于短距离传输的高速vcsel芯片需求量急剧增长，对单颗芯片的传输速率要求已从10gbit/s nrz向25gbit/s nrz与50gbit/s pam4过渡。
2、而vcsel芯片的寄生电容是制约芯片传输速率的关键因素，尤其是电极电容的贡献。根据平板电极间电容理论，降低vcsel芯片电极电容的方式包括减小电极面积、增加电极间距、减少电极间介质介电常数等。而高速vcsel芯片常采用共面电极结构方式，并且由于后续测试与封装需求，电极面积也不可无限减少。因此由于结构限制，目前主要采用的降低芯片寄生电容的方式是在正极与外延层之间插入一定厚度的低介电常数材料，但该种方法由于材料间应力失配以及过于明显的高度差，导致芯片可靠性大大折扣。
技术实现思路
1、为改善现有技术的不足，本发明提供一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，通过降低芯片寄生电容，提高芯片的调制带宽与传输速率，并保证芯片的可靠性。
2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：
3、第一方面，本发明提供一种垂直腔面发射激光器，包括基底，所述基底上设置有外延层，所述外延层上设置有第一电极、第二电极、第一刻蚀区和第二刻蚀区，所述第一刻蚀区、第二刻蚀区设置于外延层内，且第一刻蚀区包绕形成圆台形波导，所述第一电极设置于圆台形波导顶部；所述二刻蚀区与第一刻蚀区相连通，所述第一刻蚀区与第二刻蚀区内部设置有机聚合物，形成有机聚合物层，第二电极从第一电极处引出并延伸至第二刻蚀区上方。
4、根据本发明的实施方案，所述第二电极在基底上的投影面积覆盖所述第一刻蚀区在基底上的投影面积，以增加激光器芯片的散热特性，即第二电极不仅与第一电极连接，而且包绕在第一电极外部的第一刻蚀区。
5、根据本发明的实施方案，所述外延层上还设置有第三刻蚀区，所述外延层通过第三刻蚀区暴露n型欧姆接触层，所述第三刻蚀区设置有第三电极，所述第三电极设置于n型欧姆接触层的顶部。
6、根据本发明的实施方案，所述有机聚合物层的介电常数小于等于3，优选所述有机聚合物层的介电常数小于等于2，进一步优选地，所述有机聚合物层的介电常数小于等于1.5。
7、根据本发明的实施方案，所述有机聚合物选自bcb、pi、pr、ps中的一种或几种，例如为bcb。
8、根据本发明的实施方案，所述有机聚合物层的厚度与第一刻蚀区、第二刻蚀区的深度相当，优选所述第一刻蚀区、第二刻蚀区的深度相同，所述有机聚合物层的厚度的为第一刻蚀区、第二刻蚀区的深度±1um。
9、根据本发明的实施方案，所述有机聚合物层的厚度为2-4um，示例性为3um。
10、根据本发明的实施方案，所述第一电极与第一刻蚀区均为圆环结构，优选地，所述第一电极与第一刻蚀区同心设置。
11、根据本发明的实施方案，所述外延层包括自下而上依次设置的n型欧姆接触层、n-dbr层、有源区、氧化限制层、p-dbr层与p型欧姆接触层。
12、根据本发明的实施方案，所述第一刻蚀区由icp刻蚀工艺形成，刻蚀从p型欧姆接触层刻蚀穿过p型dbr层与谐振腔，进入n型dbr层后停止，刻蚀深度为3.8-4.2um，示例性为4.0um。
13、根据本发明的实施方案，所述第一刻蚀区的底部内径为20-30um，示例性为25um，优选所述第一刻蚀区沟槽底部宽度为4-8um，示例性为6um。
14、根据本发明的实施方案，所述第二刻蚀区包括主体沟槽和连通沟槽，所述主体沟槽通过连通沟槽与第一刻蚀区联通，所述主体沟槽为圆形沟槽。
15、根据本发明的实施方案，所述第二刻蚀区由icp刻蚀工艺形成，刻蚀从p型欧姆接触层刻蚀穿过p型dbr层与谐振腔，进入n型dbr层后停止，刻蚀深度为3-5um，示例性为3.2um。
16、根据本发明的实施方案，所述第二刻蚀区主体沟槽的底部直径为70-75um，示例性为75um。
17、根据本发明的实施方案，所述第一电极为环形结构，内径为10-12um，示例性为10um，外径为16-20μm，示例性为18um。
18、根据本发明的实施方案，所述第一电极的材料为ti/pt/au，厚度为2500-3000a，示例性为3000a。
19、根据本发明的实施方案，所述第二电极与第一电极相连并引出至第二刻蚀区中有机聚合物层上方。
20、根据本发明的实施方案，所述第二电极包括连接部和主体结构，所述主体结构的形状为圆形，优选所述主体结构的圆心与第二刻蚀区的圆心重合。
21、根据本发明的实施方案，所述第二电极的主体结构直径为60-65um，示例性为63um。
22、根据本发明的实施方案，所述第二电极的材料为tiw/au或ti/au，厚度为10000-30000a，示例性为25000a。
23、根据本发明的实施方案，所述第三刻蚀区将外延层暴露n型欧姆接触层，形成主体外延结构。
24、根据本发明的实施方案，所述第三刻蚀区的刻蚀深度为9-11um，示例性为9um。
25、根据本发明的实施方案，所述第三电极设置于n型欧姆接触层上方并毗邻主体外延结构。
26、根据本发明的实施方案，所述第三电极材料为ni/ge/au/ni/au或pd/ge/ti/pt/au，厚度为3000-4000a，示例性为3500a。
27、根据本发明的实施方案，所述n型欧姆接触层的材质为n型掺杂的gaas，所述p型欧姆接触层的材质为p型掺杂的gaas。
28、根据本发明的实施方案，所述n-dbr层为n型掺杂的交替生长的alx1ga1-x1 as和aly1ga1-y1 as，p-dbr层为与p型掺杂的交替生长的alx2 ga1-x2 as和al y2 ga1-y2 as，其中：x1、x2独立地选自(0.1-0.15)，示例性为0.12；y1、y2独立地选自(0.85-0.9)，示例性为0.88。
29、根据本发明的实施方案，所述氧化限制层的材料为alz ga1-z as，z＝0.96-1.0，示例性为0.96、0.98、1.0。
30、根据本发明的实施方案，所述氧化限制层的厚度为10-20nm，示例性为10nm、12nm、15nm、20nm；优选所述氧化限制层的层数为1-3层，示例性为2层。
31、根据本发明的实施方案，所述有源区包括量子阱(mqws)与谐振腔，所述量子阱与谐振腔的光学厚度之和为激光器激射波长半波长的整数倍。
32、根据本发明的实施方案，所述量子阱由inx3 ga1-x3 as与al y3 ga1-y3 as交替生长，其中x3＝0.1-0.2，y3＝0.2-0.4，inx3 ga1-x3 as与al y3 ga1-y3 as交替生长的周期为3-5次。
33、根据本发明的实施方案，所述谐振腔的材料为gaas。
34、第二方面，本发明还提供一种上述激光器的制备方法，包括以下步骤：
35、s1：在基底上生长外延层；
36、s2：在外延层表面设置第一电极；
37、s3：环绕第一电极周围刻蚀形成第一刻蚀区；
38、s4：在第一刻蚀区旁刻蚀形成第二刻蚀区；
39、s5：将有机聚合物填充至第一刻蚀区与第二刻蚀区；
40、s6：在第二刻蚀区顶部设置第二电极。
41、根据本发明的实施方案，步骤s1包括如下步骤，在基底上方依次生长n型欧姆接触层、n-dbr层、有源区、氧化限制层、p-dbr层与p型欧姆接触层，形成外延层。
42、根据本发明的实施方案，步骤s1包括如下步骤，采用mocvd法在基底上方依次生长n型欧姆接触层、n-dbr层、有源区、氧化限制层、p-dbr层与p型欧姆接触层，形成外延层。
43、根据本发明的实施方案，步骤s2包括如下步骤，在外延层表面设置第一电极的沉积并退火以形成欧姆接触。
44、根据本发明的实施方案，步骤s3和s4之间包括如下步骤：对外延层进行湿法氧化形成氧化限制孔。
45、根据本发明的实施方案，步骤s5之前还包括如下步骤：对外延层进行钝化层沉积已保护氧化限制孔。
46、根据本发明的实施方案，步骤s6包括如下步骤，通过磁控溅射与电镀工艺制备第二电极，使其与第一电极相连接并引出至第二刻蚀区的有机聚合物上方。
47、根据本发明的实施方案，步骤s6之后还包括步骤s7：对外延层进行icp刻蚀以形成第三刻蚀区以暴露n型欧姆接触层与形成主体外延结构；
48、根据本发明的实施方案，步骤s6之后还包括步骤s8：在n型欧姆接触层表面沉积第三电极并退火以形成欧姆接。
49、根据本发明的实施方案，步骤s8之后还包括步骤s9：对设置第三电极后的结构进行钝化层沉积并在第二电极与第三电极处刻蚀开窗，形成晶圆。
50、根据本发明的实施方案，步骤s9之后还包括如下步骤：对晶圆减薄至100-150μm，并进行片上性能测试，而后进行芯片解理与封装。
51、根据本发明的实施方案，所述刻蚀中，刻蚀气体为cl2/ar2/n2混合气体或bcl3/cl2混合气体，刻蚀掩膜为光刻胶掩膜。
52、根据本发明的实施方案，所述钝化层为sinx、sio2、sionx或以上三种介质薄膜的多层组合。
53、有益效果
54、本发明通过在第一电极下方设置第一刻蚀区，在第二电极下方设置第二刻蚀区，并在第一刻蚀区与第二刻蚀区内设置有机聚合物层，使用低介电常数的有机聚合物材料代替高介电常数的半导体材料，降低电极之间外延层的等效介电常数，减小芯片的寄生电容，提高垂直腔面发射激光器的调制带宽与传输速率；本发明通过形成刻蚀区填充聚合物的方法，代替直接在电极与外延层之间插入聚合物，在降低寄生电容的同时，减少芯片应力失配，芯片表面不会有太大的高度差，芯片的可靠性和可焊性能够得到保证。
1.一种垂直腔面发射激光器，包括基底，所述基底上设置有外延层，其特征在于，所述外延层上设置有第一电极、第二电极、第一刻蚀区和第二刻蚀区，所述第一刻蚀区、第二刻蚀区设置于外延层内，且第一刻蚀区包绕形成圆台形波导，所述第一电极设置于圆台形波导顶部；所述二刻蚀区与第一刻蚀区相连通，所述第一刻蚀区与第二刻蚀区内部设置有机聚合物，形成有机聚合物层，第二电极从第一电极处引出并延伸至第二刻蚀区上方。
2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述有机聚合物层的介电常数小于等于3。
3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述有机聚合物选自bcb、pi、pr、ps中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一刻蚀区、第二刻蚀区的深度相同，所述有机聚合物的厚度为第一刻蚀区、第二刻蚀区的深度±1um。
5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述有机聚合物层的厚度为2-4um。
6.根据权利要求1-5任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一刻蚀区的深度为3.8-4.2um。
7.根据权利要求1-5任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第二刻蚀区包括主体沟槽和连通沟槽，所述主体沟槽通过连通沟槽与第一刻蚀区联通，所述主体沟槽为圆形沟槽。
8.根据权利要求1-5任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第二刻蚀区的深度为3-5um。
9.一种权利要求1-8任一项所述激光器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤s3和s4之间包括如下步骤：对外延层进行湿法氧化形成氧化限制孔。
