一种近红外VCSEL激光器的外延结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种近红外VCSEL激光器的外延结构，包括GaAs衬底，在GaAs衬底上依次沉积有GaAs 缓冲层、N型掺杂的DBR、有源层、氧化限制层、P型掺杂的DBR和欧姆接触层，所述有源层由下向上依次包括限制层，波导层、量子阱、对称波导层和对称限制层，所述量子阱由多组量子阱层组成，相邻两组量子阱层之间设有厚垒层，所述厚垒层的厚度为大于50nm。该近红外VCSEL激光器的外延结构通过在有源区量子阱中插入多层厚垒层来减小载流子的泄漏损失，提高有源区载流子的复合几率，提高有源区的微分增益，从而提高VCSEL激光器的辐射功率，同时增加了有源区光子的限制因子，提高了VCSEL激光器的响应速率。

【技术实现步骤摘要】
一种近红外VCSEL激光器的外延结构
本技术涉及一种近红外VCSEL激光器,特别涉及一种近红外VCSEL激光器的外延结构及其制备方法。
技术介绍
垂直腔表面发射激光器(VCSEL)通过布拉格反射器（DBR）形成谐振腔，光从垂直于半导体衬底表面方向出射。相比边发射半导体激光器，VCSEL不存在光学腔面损伤，具有低的阈值电流、动态单模工作、远场发散角小、近圆形光斑和光方向垂直于衬底表面的特性，与光纤耦合效率高，易于集成二维阵列，所以VCSEL在光互联、光通讯、光信号处理以及WDM光纤通讯、神经网络、计算机芯片中有着广泛的应用。基于VCSEL,3D人脸识别、手势识别、虹膜识别、无人驾驶激光雷达等等许多我们熟悉的应用都能得到实现。对应于上述应用的VCSEL要求具有这样的特征，如高的有源层增益、高辐射功率、高可靠性和受控偏振等。例如，IEEEPHOTONICSTECHNOLOGYLETTERS，1999，Vol.11，No.12，pp.1539-1541(“非专利文献”)公开一种采用AlGaAs材料的VCSEL，其辐射功率达到3mW以上。一般地，VCSEL由以下几部分组成：衬底、N-DBR、有源区、氧化限制层、P-DBR、欧姆接触层。N-DBR与P-DBR镜面组成了VCSEL激光器的光学谐振腔，有源区为载流子增益介质，通过电泵浦实现VCSEL激光器的连续激射。为了提高激射功率，需要提高DBR的反射率，减小光子的损失；另外，需要减小电流损失，通常的作法是在发光区外采用氢离子注入（inplant工艺），使对激光激射不产生作用的区域无载流子复合。现有近红外VCSEL激光器的外延结构如图1、2所示，包括包括GaAs衬底01，在GaAs衬底01上依次沉积有GaAs缓冲层02、N型掺杂的DBR03、有源层04、氧化限制层05、P型掺杂的DBR06和欧姆接触层07。如图2所示，其中有源层04由限制层10、波导层11和量子阱12，对称波导层13，对称限制层14组成。其中，量子阱由6组量子垒/阱组成（图示中，向右上方倾斜的是垒层，向左上方倾斜的是阱层），其中In0.12Ga0.88As阱层厚度为4nm,Al0.10Ga0.90As垒层厚度为6nm。采用这种工艺的缺陷是VCSEL光功率比较小，难以满足大部分近红外传感器的应用需求。导致上述缺陷的原因是上述方法是有源区载流子增益不够大，可能是有源区材料生长质量造成，也可能是有源区MQW结构设计不合理造成。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种能减小载流子的泄漏，增加有源区载流子的增益的近红外VCSEL激光器的外延结构。为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种近红外VCSEL激光器的外延结构，包括GaAs衬底，在GaAs衬底上依次沉积有GaAs缓冲层、N型掺杂的DBR、有源层、氧化限制层、P型掺杂的DBR和欧姆接触层，所述有源层由下向上依次包括限制层，波导层、量子阱、对称波导层和对称限制层，所述量子阱由多组量子阱层组成，相邻两组量子阱层之间设有厚垒层，所述厚垒层的厚度为大于50nm。优选的，所述厚垒层的厚度为50-100nm。优选的，所述量子阱内插有1-5层厚垒层。优选的，所述量子阱中量子阱层的阱厚度为3nm，垒厚度为6nm。优选的，所述量子阱包括第一量子阱层、第一厚垒层、第二量子阱层、第二厚垒层及第三量子阱层，所述第一量子阱层包括两组3nmIn0.12Ga0.88As阱、6nm的Al0.10Ga0.90As垒，所述第一厚垒层包括100nm的Al0.10Ga0.90As垒，所述第二量子阱层包括3nmIn0.12Ga0.88As阱、6nm的Al0.10Ga0.90As垒、3nmIn0.12Ga0.88As阱，所述第二厚垒层包括100nm的Al0.10Ga0.90As垒，所述第三量子阱层包括两组3nmIn0.12Ga0.88As阱、6nm的Al0.10Ga0.90As垒。优选的，所述量子阱包括第一量子阱层、第一厚垒层、第二量子阱层、第二厚垒层及第三量子阱层，所述第一量子阱层包括3nmIn0.12Ga0.88As阱、6nm的Al0.10Ga0.90As垒、3nmIn0.12Ga0.88As阱，所述第一厚垒层（1220）包括100nm的Al0.10Ga0.90As垒，所述第二量子阱层（1230）包括3nmIn0.12Ga0.88As阱、6nm的Al0.10Ga0.90As垒、3nmIn0.12Ga0.88As阱、6nm的Al0.10Ga0.90As垒、3nmIn0.12Ga0.88As阱，所述第二厚垒层（1240）包括100nm的Al0.10Ga0.90As垒，所述第三量子阱层（1250）包括包括3nmIn0.12Ga0.88As阱、6nm的Al0.10Ga0.90As垒、3nmIn0.12Ga0.88As阱。优选的，GaAs衬底需要具有7-15度的偏向角。如上所述，本技术的近红外VCSEL激光器的外延结构具有以下有益效果：该近红外VCSEL激光器的外延结构通过在有源区量子阱中插入多层厚垒层来减小载流子的泄漏损失，提高有源区载流子的复合几率，提高有源区的微分增益，从而提高VCSEL激光器的辐射功率，同时增加了有源区光子的限制因子，提高了VCSEL激光器的响应速率。附图说明图1为典型的VCSEL外延结构示意图。图2为传统技术VCSEL有源区的外延结构示意图。图3为本技术第一实施例中VCSEL有源区的外延结构示意图。图4为本技术第二实施例中VCSEL有源区的外延结构示意图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点及功效。请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本技术可实施的范畴。如图1所示，本技术提供一种近红外VCSEL激光器的外延结构，包括GaAs衬底01，在GaAs衬底01上依次沉积有GaAs缓冲层02、N型掺杂的DBR03、有源层04、氧化限制层05、P型掺杂的DBR06和欧姆接触层07。其中有源层04由限制层10、波导层11和量子阱12，对称波导层13，对称限制层14组成。量子阱12由多组量子阱层组成，相邻两组量子阱层之间设有厚垒层，厚垒层的厚度为大于50nm。作为一种优选方式，厚垒层的厚度为50-100nm，量子阱12内插有1-5层厚垒层，优选1-3层。每层量子阱层的阱厚度为3nm，垒厚度为6nm。该近红外VCSEL激光器的外延结构的制备方法包括如下步骤：把生长衬底放入到Aixtron公司的MOCVD系统中生长，反应室压力为5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近红外VCSEL激光器的外延结构，包括GaAs衬底（01），在GaAs衬底（01）上依次沉积有GaAs 缓冲层（02）、N型掺杂的DBR（ 03）、有源层（04）、氧化限制层（05）、P型掺杂的DBR（ 06）和欧姆接触层（07），所述有源层（04）由下向上依次包括限制层（10），波导层（11）、量子阱（12）、对称波导层（13）和对称限制层（14），所述量子阱（12）由多组量子阱层组成，其特征在于：相邻两组量子阱层之间设有厚垒层，所述厚垒层的厚度为大于50nm。

【技术特征摘要】
1.一种近红外VCSEL激光器的外延结构，包括GaAs衬底（01），在GaAs衬底（01）上依次沉积有GaAs缓冲层（02）、N型掺杂的DBR（03）、有源层（04）、氧化限制层（05）、P型掺杂的DBR（06）和欧姆接触层（07），所述有源层（04）由下向上依次包括限制层（10），波导层（11）、量子阱（12）、对称波导层（13）和对称限制层（14），所述量子阱（12）由多组量子阱层组成，其特征在于：相邻两组量子阱层之间设有厚垒层，所述厚垒层的厚度为大于50nm。2.根据权利要求1所述的近红外VCSEL激光器的外延结构，其特征在于：所述厚垒层的厚度为50-100nm。3.根据权利要求1所述的近红外VCSEL激光器的外延结构，其特征在于：所述量子阱（12）内插有1-5层厚垒层。4.根据权利要求1所述的近红外VCSEL激光器的外延结构，其特征在于：所述量子阱（12）中量子阱层的阱厚度为3nm，垒厚度为6nm。5.根据权利要求4所述的近红外VCSEL激光器的外延结构，其特征在于：所述量子阱（12）包括第一量子阱层（121）、第一厚垒层（122）、第二量子阱层（123）、第二厚垒层（124）及第三量子阱层（125），所述第一量子阱层（121）包括两组3nmIn0.12Ga0.88As阱、6nm的Al0.10Ga0.90As垒，所述第一厚垒层（122）包括100nm的Al0.10Ga0.90As垒，所述第二量子阱层（123）包括3nmIn0.12Ga0.88...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永，
申请(专利权)人：张永，
类型：新型
国别省市：江苏,32