垂直面腔表面发射激光器及其制备方法技术

本公开涉及一种垂直面腔表面发射激光器及其制备方法。所述垂直面腔表面发射激光器包括：按顺序层叠设置的第一反射镜层、有源层和第二反射镜层，所述第二反射镜层位于出光侧，所述第一反射镜层位于非出光侧，其特征在于：所述第一反射镜层包括位于非出光侧的金属反射镜层和介于金属反射镜层与有源区之间的第一布拉格反射镜层；以及所述第二反射镜层包括第二布拉格反射镜层。本公开的垂直面腔表面发射激光器及其制备方法，可以提高垂直面腔表面发射激光器的性能。

Vertical cavity surface emitting laser and its preparation method

The disclosure relates to a vertical surface cavity surface emitting laser and a preparation method thereof. The vertical surface cavity surface emitting laser includes: a first reflector layer, an active layer and a second reflector layer stacked in sequence, the second reflector layer is located on the outgoing side, the first reflector layer is located on the non-outgoing side, and the first reflector layer includes a metal reflector located on the non-outgoing side. A layer and a first Bragg reflector layer between the metal reflector layer and the active region; and the second reflector layer includes a second Bragg reflector layer. The vertical surface cavity surface emitting laser and the preparation method thereof can improve the performance of the vertical surface cavity surface emitting laser.

【技术实现步骤摘要】
垂直面腔表面发射激光器及其制备方法
本专利技术的实施例涉及半导体激光器，尤其涉及一种垂直面腔表面发射激光器(VCSEL)及其制备方法。
技术介绍
垂直面腔表面发射激光器(VCSEL)作为一种新型的半导体激光器，与普通的边缘发射激光器相比，具有阈值电流低、效率高、功耗小、光发散角小、易与光纤耦合、易集成等优点，在光信息处理、光互联、光计算、照明、显示等方面都有广阔的应用前景。半导体激光器结构可以简化成由具有增益特性的材料层以及两端的反射镜。垂直面腔表面发射激光器(VSCEL)的特别之处在于：它采用高低折射率材料层周期性排布的分布式布拉格反射镜(DBR)，并且增益材料层位于上下反射镜中间且与反射镜平行。在一种典型的VCSEL结构中，P面电极下方是由多对高低折射率不同的半导体材料交替生长而成的P型分布式布拉格反射镜(DBR)，P型DBR下方是有源区，例如是几个纳米的量子阱结构，以获得高增益。在有源区下面是N型DBR，最下面是衬底。在当前的VCSEL器件制备中，为获得高的增益，通常需要生长多对布拉格反射镜(DBR)，一般在30对以上，这种DBR工艺存在外延生长困难，串联电阻增加，热损耗加重和光损耗增加等一系列不足。
技术实现思路
本专利技术的实施例旨在提供一种垂直面腔表面发射激光器(VCSEL)及其制备方法，其至少能够克服现有技术中的至少一个问题，提高垂直面腔表面发射激光器的性能。根据本专利技术一方面的实施例，提供一种垂直面腔表面发射激光器，包括：按顺序层叠设置的第一反射镜层、有源层和第二反射镜层，所述第二反射镜层位于出光侧，所述第一反射镜层位于非出光侧，其特征在于：所述第一反射镜层包括位于非出光侧的金属反射镜层和介于金属反射镜层与有源层之间第一布拉格反射镜层；以及所述第二反射镜层包括第二布拉格反射镜层。根据本专利技术的一个示例实施例，所述第一布拉格反射镜层包括1-15个周期的交替排列的高折射率材料层和低折射率材料层，优选包括1-10个周期的交替排列的高折射率材料层和低折射率材料层，更优选包括1-5个周期的交替排列的高折射率材料层和低折射率材料层。根据本专利技术的一个示例实施例，第二布拉格反射镜层包括5-30个周期的交替排列的高折射率材料层和低折射率材料层。根据本专利技术的一个示例实施例，所述的垂直面腔表面发射激光器，还包括设置在金属反射镜层的非出光侧的第一电极层和设置在第二布拉格反射镜层的出光侧的第二电极层。根据本专利技术的一个示例实施例，所述的垂直面腔表面发射激光器，还包括设置在有源层和第二布拉格反射镜层之间的氧化隔离层。根据本专利技术的一个示例实施例，所述金属反射镜层包括Cu反射镜层、Ag反射镜层或Au反射镜层。根据本专利技术另一方面的实施例，提供一种垂直面腔表面发射激光器的制备方法，包括：提供衬底；在衬底上依次外延生长牺牲层、第一布拉格反射镜层、有源层、第二布拉格反射镜层；腐蚀牺牲层，将衬底从第一布拉格反射镜层剥离；在第一布拉格反射镜层的背离有源层的一侧沉积金属反射镜层。根据本专利技术的一个示例实施例，所述的方法还包括：在金属反射镜层的背离第一布拉格反射镜层的一侧制作第一电极层；以及在第二布拉格反射镜层的背离有源层的一侧制作第二电极层。根据本专利技术的一个示例实施例，所述的方法还包括：在有源层和第二布拉格反射镜层之间形成氧化隔离层。根据本专利技术的一个示例实施例，所述第一布拉格反射镜层包括1-15个周期的交替排列的高折射率材料层和低折射率材料层，优选包括1-5个周期的交替排列的高折射率材料层和低折射率材料层。根据本专利技术各个实施例的垂直面腔表面发射激光器(VCSEL)及其制备方法，通过在下层DBR的背面侧设置金属反射镜层，以代替部分DBR，可以减少下层DBR反射镜的周期数，增加反射效率，提高增益，同时可以获得更好的热稳定性，并且降低阈值电流密度。为了使本专利技术的目的、特征及优点能更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。附图说明图1是根据本专利技术的一个示例性实施例的垂直面腔表面发射激光器的部分结构的截面示意图；图2是包含了电极结构的图1所示的垂直面腔表面发射激光器的截面示意图；和图3是示出制备图1和2的垂直面腔表面发射激光器的过程中的器件结构的截面示意图，其中示出了剥离衬底之前的器件结构。具体实施方式在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置被省略以简化附图。并且，在所有附图中，相同的附图标记用于表示相同的部件。图1是根据本专利技术的一个示例性实施例的垂直面腔表面发射激光器100部分结构的截面示意图。如图1所示，该垂直面腔表面发射激光器(VCSEL)100主要包括：第一反射镜层10、第二反射镜层(第二布拉格反射镜层)20和夹在第一反射镜层10和第二反射镜层20之间的有源层30。第二反射镜层20位于出光侧(图中的上侧)，第一反射镜层10位于非出光侧(图中的下侧)。这里，出光侧是指VCSEL器件发出激光的一侧，非出光侧是VCSEL器件的与出光侧相反的一侧。第一反射镜层10包括层叠设置的位于非出光侧的金属反射镜层11和位于出光侧的第一布拉格反射镜层12。第二反射镜层20由第二布拉格反射镜层构成。根据一些实施例，有源层30包括量子阱结构，例如包括InGaAs/AlGaAs、InGaAs/GaAs，GaInP/AlGaInP，GaAsP/AlGaAsP量子阱结构。本领域技术人员可根据期望的VCSEL器件的目标波长具体选择有源层的材料体系及量子阱结构。以激光波长为650nm左右的VCSEL为例：为了尽量和GaAs(衬底)匹配，并且使量子效率达到最大值，有源区材料使用的是(AlxGa1-x)0.51In0.49P，其中势垒材料是(Al0.33Ga0.67)0.51In0.49P，势阱材料是GaInP，量子阱上下两边是空间层，材料是(Al0.55Ga0.45)0.51In0.49P。为了和GaAs衬底晶格匹配，DBR材料选择AlGaAs。这个材料体系对器件性能存在一个限制因素：作为DBR反射镜的材料，要求不能吸收激射波长的光(650～700nm)，这就需要DBR组成采用Al0.5Ga0.5As/AlAs或相似的组合。但这就导致反射镜层的两种材料的折射率差就不够大，因此需要更多的DBR层数来达到想要的反射率。再者，0.5的A1组分恰好是AlGaAs材料中热阻和电阻最大的A1组分，这将导致更大的热效应。而采用本专利技术实施例的带有金属反射镜层的DBR结构，可以消除或极大的降低这些限制因素。根据一些实施例，金属反射镜层11可以包括例如Cu、Ag、Au等具有高反射率和良好欧姆接触的金属材料或其材料组合，其厚度为例如为50nm左右。第一布拉格反射镜层12包括至少一对交替排列的高折射率材料层和低折射率材料层。第二布拉格反射镜层20包括多对周期性地交替排列的高折射率材料层和低折射率材料层。第一布拉格反射镜层12和第二布拉格反射镜层20的具体材料可根据VCSEL有源区材料及激射波长而定，通常选择晶格常数匹配，串阻小，在激射波长附件具有高低反射率差的材料制备DBR结构。DBR层数要求反射率在90％以上。根据一些实施例，第一布拉格反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直面腔表面发射激光器，包括：按顺序层叠设置的第一反射镜层、有源层和第二反射镜层，所述第二反射镜层位于出光侧，所述第一反射镜层位于非出光侧，其特征在于：所述第一反射镜层包括位于非出光侧的金属反射镜层和介于金属反射镜层与有源层之间第一布拉格反射镜层；以及所述第二反射镜层包括第二布拉格反射镜层。

【技术特征摘要】
1.一种垂直面腔表面发射激光器，包括：按顺序层叠设置的第一反射镜层、有源层和第二反射镜层，所述第二反射镜层位于出光侧，所述第一反射镜层位于非出光侧，其特征在于：所述第一反射镜层包括位于非出光侧的金属反射镜层和介于金属反射镜层与有源层之间第一布拉格反射镜层；以及所述第二反射镜层包括第二布拉格反射镜层。2.根据权利要求1所述的垂直面腔表面发射激光器，其中，所述第一布拉格反射镜层包括1-15个周期的交替排列的高折射率材料层和低折射率材料层，优选包括1-5个周期的交替排列的高折射率材料层和低折射率材料层。3.根据权利要求1所述的垂直面腔表面发射激光器，其中，第二布拉格反射镜层包括5-30个周期的交替排列的高折射率材料层和低折射率材料层。4.根据权利要求1所述的垂直面腔表面发射激光器，还包括设置在金属反射镜层的非出光侧的第一电极层和设置在第二布拉格反射镜层的出光侧的第二电极层。5.根据权利要求4所述的垂直面腔表面发射激光器，还包括设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明星，周少将，王伟明，李华，
申请(专利权)人：江苏宜兴德融科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32