一种自驱动激光器结构及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115776039A(43)申请公布日2023.03.10(21)申请号202310031314.7(22)申请日2023.01.10(71)申请人闽江学院地址350108福建省福州市闽侯县上街镇溪源宫路200号(72)发明人陈华民尚如志石鑫王军(74)专利代理机构福州元创专利商标代理有限公司35100专利代理师郭东亮蔡学俊(51)Int.Cl.H01S5/042(2006.01)H01S5/183(2006.01)B82Y15/00(2006.01)B82Y40/00(2011.01)H02N1/04(2011.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种自驱动激光器结构及其制备方法(57)摘要本发明提出一种自驱动激光器结构及其制备方法，所述结构包括激光器发光单元和对其供电的直流摩擦纳米发电模块；激光器发光单元的衬底片与直流摩擦纳米发电模块的绝缘层相接，激光器发光单元包括自下而上顺序设置的衬底片、界面层、N型DBR、有源区、氧化限制层、P型DBR、N电极和P电极；直流摩擦纳米发电模块包括自上而下顺序设置的绝缘层、上电极、上摩擦层、下电极；上摩擦层、下电极摩擦产生的电能经引线送至激光器发光单元的N电极、P电极，驱动激光器发光；所述绝缘层用于屏蔽发电模块对发光单元的影响；本发明与现有工艺兼容性好，技术成熟度高，具有通用性强、易于推广、制作成本低、操作简单等优点。CN115776039ACN115776039A权利要求书1/2页1.一种自驱动激光器结构，其特征在于：所述结构包括激光器发光单元和对其供电的直流摩擦纳米发电模块；激光器发光单元的衬底片与直流摩擦纳米发电模块的绝缘层相接，激光器发光单元包括自下而上顺序设置的衬底片、界面层、N型DBR、有源区、氧化限制层、P型DBR、N电极和P电极；直流摩擦纳米发电模块包括自上而下顺序设置的绝缘层、上电极、上摩擦层、下电极；上摩擦层、下电极摩擦产生的电能经引线送至激光器发光单元的N电极、P电极，驱动激光器发光；所述绝缘层用于屏蔽发电模块对发光单元的影响。2.自驱动激光器结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤；步骤S1：利用外延生长技术，依次在半导体衬底上生长界面层、N型DBR、有源区、氧化限制层、P型DBR；步骤S2：生长SiO2掩膜层，光刻形成凸起的激光器台面；步骤S3：进行湿氮氧化，制备氧化限制层，提供光学限制和电流限制；步骤S4：生长SiO2掩膜层，进行光刻工艺，去除出光孔和P电极区域处的掩膜层，留下的SiO2绝缘层防止激光器漏电，形成激光器的VCSEL器件单元；步骤S5：光刻成型激光器出光口，生长P电极；步骤S6：减薄衬底片，增强激光器的散热；步骤S7：生长N电极，进行退火处理，形成欧姆接触，并引出电极；步骤S8：在衬底片背面N电极上生长绝缘层，防止漏电；再生长一层上电极和上摩擦层；步骤S9：在另一块衬底上生长下电极，最终完成全无机自驱动激光器的制备。3.根据权利要求２所述的自驱动激光器结构的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的外延生长技术为气相外延、液相外延或分子束外延；所述步骤S6中的衬底减薄方法为机械磨抛、Ar离子刻蚀、反应离子刻蚀、等离子刻蚀或湿法刻蚀。4.根据权利要求1所述的一种自驱动激光器结构，其特征在于：所述衬底片以无机半导体材料成型；无机半导体材料为GaAs、AlGaAs、AlGaInP、GaP、InP或Gasb；所述上电极、下电极为金属电极，材料为金属或合金，金属为金、银、铜、铁、锰、锌、铝、镁或钙，合金为铝合金、铜合金、镁合金、镍合金、锡合金、钽合金或钛合金；所述N电极材料为Au/AuGeNi合金、P电极材料为Ti/Pt/Au合金；所述N型DBR和P型DBR为AlxGa1‑xAs。5.根据权利要求1所述的一种自驱动激光器结构，其特征在于：所述激光器结构中，从上而下顺序设置P电极、P型DBR、氧化限制层、有源区、N型DBR、界面层、衬底、N电极、绝缘层、上电极、上摩擦层、下电极。6.根据权利要求1所述的一种自驱动激光器结构，其特征在于：所述激光器结构的有源区、氧化限制层、P型DBR、N电极和P电极形成N型DBR上的凸起台面；该凸起台面为圆形、方形、五边形、六边形或四方形。7.根据权利要求1所述的一种自驱动激光器结构，其特征在于：所述下电极功函数大于上摩擦层功函数，两者摩擦时形成肖特基接触，基于摩擦伏特效应在上下电极之间形成直流电。2CN115776039A权利要求书2/2页8.根据权利要求1所述的一种自驱动激光器结构，其特征在于：所述N电极、P电极的厚度范围为100nm‑1000nm之间，激光器结构的整体厚度范围为100um‑2mm之间。9.根据权利要求1所述的一种自驱动激光器结构，