一种应用于VCSEL中的DBR生长方法、分布式布拉格反射镜和垂直腔面发射激光器技术

本发明专利技术提供了一种应用于VCSEL中的DBR生长方法、分布式布拉格反射镜和垂直腔面发射激光器，通过周期性调节DBR反射镜界面处的掺杂浓度，即通过delta重掺杂以增大隧道效应形成的隧道电流，可以减小相应的串联电阻。随着掺杂浓度的增加，周期性掺杂反射镜的总串联电阻显著降低，并且减小了同型异质结表面耗尽层的厚度。这些异质结表面对应着DBR中光驻波的结点(node)，由于这些重掺杂区域的光密度低，所以自由载流子吸收不大。因此，周期掺杂反射镜拥有低电阻和高反射率。

A DBR Growth Method, Distributed Bragg Mirror and Vertical Cavity Surface Emission Laser for VCSEL

The invention provides a DBR growth method for VCSEL, a distributed Bragg reflector and a vertical cavity surface emitting laser. By periodically adjusting the doping concentration at the interface of the DBR reflector, that is, by delta re-doping to increase the tunnel current formed by tunnel effect, the corresponding series resistance can be reduced. With the increase of doping concentration, the total series resistance of periodically doped mirrors decreases significantly, and the thickness of depletion layer on the surface of homotype heterojunctions decreases. These heterojunction surfaces correspond to optical standing wave nodes in DBR. Because of the low optical density in these heavily doped regions, the free carrier absorption is not large. Therefore, periodically doped mirrors have low resistance and high reflectivity.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于VCSEL中的DBR生长方法、分布式布拉格反射镜和垂直腔面发射激光器
本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种应用于VCSEL中的DBR生长方法、分布式布拉格反射镜和垂直腔面发射激光器。
技术介绍
垂直腔面发射激光器(VCSEL)的有源区厚度仅有几个纳米，单程增益很低。为实现激射必须在有源区上、下两侧生长分布布拉格反射镜(DBR)。典型的DBR反射镜结构是通过对1/4波长厚的高、低折射率薄膜交替生长几十个周期来得到设计预期的高反射率。为了保证DBR具有很高的反射率和较宽的反射带宽,构成分布布拉格反射镜基本周期的两种材料应该具有尽量大的折射率差,但是这样也会造成突变型DBR的两种材料禁带宽度相差很大,使得它们的同型异质结具有很大的串联电阻,使VCSEL器件发热严重,造成激射困难。在VCSEL中，p型DBR层形成的同型异质结在界面处存在着较大的势垒，尤其是空穴的有效质量较大，因此这个势垒造成p型DBR具有很高的串联电阻，导致p型DBR的发热很严重，热量散不出去就会引起VCSEL内部温度升高，从而影响器件性能，如阈值电流升高、内量子效率下降、激射波长改变等等。因此降低p型DBR的串联电阻是实现VCSEL室温连续激射的关键问题之一。以往降低DBR串联电阻的技术都是尝试保证在每一个周期仍为标准的四分之一波长的厚度的前提下,在两种高、低折射率材料之间插入台阶型或线形变组分渐变层,这样一来可以大大降低同型异质结之间的势垒,从而使DBR的串联电阻有数量级的降低，从而改善VCSEL的性能。由于插入渐变层，不仅使得DBR反射带宽变窄，同时渐变层也增加了更多界面，导致界面吸收增强，反射率下降。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种应用于VCSEL中的DBR生长方法、分布式布拉格反射镜和垂直腔面发射激光器，以解决现有技术中存在的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供的一种应用于VCSEL中的DBR生长方法，所述DBR生长方法包括在至少一个分布式布拉格反射镜的材料晶体的生长周期内，对该材料晶体的光驻波结点的异质结界面处进行delta重掺杂。进一步地，所述分布式布拉格反射镜采用AlxGa1-xAs，其中X的取值为0.7-0.99和/或0.01-0.25。进一步地，所述分布式布拉格反射镜为P型分布式布拉格反射镜，所述材料晶体的光驻波结点的异质结界面为Al0.7-0.99Ga0.01-0.3As/Al0.01-0.25Ga0.75-0.99As界面，所述delta重掺杂的掺杂源为C或Be。进一步地，所述分布式布拉格反射镜为N型分布式布拉格反射镜，所述材料晶体的光驻波结点的异质结界面为Al0.01-0.25Ga0.75-0.99As/Al0.7-0.99Ga0.01-0.3As界面，所述delta重掺杂的掺杂源为Si。进一步地，所述delta重掺杂浓度范围为1×1012～5×1013cm-2。进一步或优选地，所述DBR生长方法包括在若干对交替生长的分布式布拉格反射镜的材料晶体的生长周期内，对该材料晶体的光驻波结点的异质结界面处进行delta重掺杂。第二方面，本专利技术提供一种通过前述方法得到的应用于垂直腔面发射激光器中的分布式布拉格反射镜，其特征在于，该分布式布拉格反射镜包括若干对交替生长的高折射率材料层和低折射率材料层，至少一个周期交替生长的所述高折射率材料层和低折射率材料层在其光驻波结点的异质结界面的杂质浓度大于该高折射率材料层和低折射率材料层其它界面的杂质浓度。进一步地，所述高折射率材料层和低折射率材料层在其光驻波结点的异质结界面的杂质浓度范围为1×1012～5×1013cm-2。优选地，所述高折射率材料层为Al0.01-0.25Ga0.75-0.99As，低折射率材料层为Al0.7-0.99Ga0.01-0.3As。第三方面，本专利技术提供一种垂直腔面发射激光器，其包括前述的分布式布拉格反射镜。本专利技术提供的一种应用于VCSEL中的DBR生长方法，通过周期性调节DBR反射镜界面处的掺杂浓度，即通过delta重掺杂以增大隧道效应形成的隧道电流，可以减小相应的串联电阻。随着掺杂浓度的增加，周期性掺杂反射镜的总串联电阻显著降低，并且减小了同型异质结表面耗尽层的厚度。这些异质结表面对应着DBR中光驻波的结点(node)，由于这些重掺杂区域的光密度低，所以自由载流子吸收不大。因此，周期掺杂反射镜拥有低电阻和高反射率。具体实施方式本专利技术提供的一种应用于VCSEL中的DBR生长方法，其包括在至少一个分布式布拉格反射镜的材料晶体的生长周期内，沿材料晶体外延生长方向，对该材料晶体的光驻波结点的异质结界面处进行delta重掺杂。其中，同型异质结是指由导电类型相同的两种不同的半导体单晶材料形成的异质结；理想的delta掺杂是指杂质在生长方向上的掺杂浓度呈现出一个delta函数。例如在表格1中，生长完Al0.7-0.99Ga0.01-0.3As外延层后，只通杂质源，让杂质原子覆盖一定浓度后，然后再生长Al0.01-0.25Ga0.75-0.99As外延层，这样在Al0.7-0.99Ga0.01-0.3As/Al0.01-0.25Ga0.75-0.99As界面处形成的掺杂就是delta掺杂；在该界面进行delta重掺杂的作用是，通过delta重掺杂增大隧道效应形成的隧道电流，来减小串联电阻和降低DBR的压降；此外，在DBR异质结界面对应着DBR中光驻波结点(node)处，在该结点进行重掺杂，错开了光驻波的波峰处，在保证一个周期仍为λ/2长度完整性的同时，避免出现由于驻波分布的光场在其波峰处光强最大，界面光吸收较强导致的DBR反射率损耗增加的情况。应当理解的是，在材料晶体内光驻波结点(node)的具体位置是通过本领域常规手段计算得到的，其不构成对本专利技术的具体限制，例如可以是在同型异质结界面处即两种折射率层的交界面处。在本专利技术提供的实施例中，分别以具有高、低折射率层的P(掺杂源为C或Be)、N(掺杂源为Si)型AlxGa1-xAs分布式布拉格反射镜为示例来进行说明，并分别提供表格1、2，表格中X的取值为0.7-0.99和/或0.01-0.25；取0.7-0.99这个范围即构成低折射率材料层，在其中X的取值可以是0.8或者0.9；取0.01-0.25这个范围高折射率材料层，在其中X的取值可以是0.10或0.12；示例1，分布式布拉格反射镜为P型分布式布拉格反射镜，所述材料晶体的光驻波结点的异质结界面为Al0.7-0.99Ga0.01-0.3As/Al0.01-0.25Ga0.75-0.99As界面；如该表格1所示，其中的一个生长周期是指，交替生长一对Al0.7-0.99Ga0.01-0.3As/Al0.01-0.25Ga0.75-0.99As晶体，分别在Al0.7-0.99Ga0.01-0.3As与Al0.01-0.25Ga0.75-0.99As之间的界面进行C或Be的delta重掺杂；示例2，分布式布拉格反射镜为N型分布式布拉格反射镜，所述材料晶体的光驻波结点的异质结界面为Al0.01-0.25Ga0.75-0.99As/Al0.7-0.99Ga0.01-0.3As界面；如该表格2所示，其中的一个生长周期是指，交替生长一对Al0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于VCSEL中的DBR生长方法，其特征在于，所述DBR生长方法包括在至少一个分布式布拉格反射镜的材料晶体的生长周期内，对该材料晶体的光驻波结点的异质结界面处进行delta重掺杂。

【技术特征摘要】
1.一种应用于VCSEL中的DBR生长方法，其特征在于，所述DBR生长方法包括在至少一个分布式布拉格反射镜的材料晶体的生长周期内，对该材料晶体的光驻波结点的异质结界面处进行delta重掺杂。2.根据权利要求1所述的DBR生长方法，其特征在于，所述分布式布拉格反射镜采用AlxGa1-xAs，其中X的取值为0.7-0.99和/或0.01-0.25。3.根据权利要求2所述的DBR生长方法，其特征在于，所述分布式布拉格反射镜为P型分布式布拉格反射镜，所述材料晶体的光驻波结点的异质结界面为Al0.7-0.99Ga0.01-0.3As/Al0.01-0.25Ga0.75-0.99As界面，所述delta重掺杂的掺杂源为C或Be。4.根据权利要求2所述的DBR生长方法，其特征在于，所述分布式布拉格反射镜为N型分布式布拉格反射镜，所述材料晶体的光驻波结点的异质结界面为Al0.01-0.25Ga0.75-0.99As/Al0.7-0.99Ga0.01-0.3As界面，所述delta重掺杂的掺杂源为Si。5.根据权利要求3或4所述的DBR生长方法，其特征在于，所述delta重掺杂浓度范围为1×1012～5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杨，崔利杰，
申请(专利权)人：中科芯电半导体科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11