垂直腔面发射激光器外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种垂直腔面发射激光器外延结构及其制备方法，其中，N型DBR层由Al组分含量不同的AlYGa1‑YAs组成，不同AlYGa1‑YAs层间的势垒结减小，并利用相邻AlYGa1‑YAs层之间的应力变化拉伸势垒高度，使得N型DBR层的势垒结整体深度变浅，降低N型DBR层的串联阻值，降低N型DBR层两端的电压，减小DBR层的阈值电流，使得电流在N型DBR层中消耗较少，进而减小外延结构的热损耗，提高外延结构的功率转换效率和斜率效率。另外，不同Al组分的AlYGa1‑YAs之间形成台阶，势垒差减小，可以使电子更容易跃迁，电子与空穴复合对数增多，使粒子反转数增多，提高增益。

Epitaxy Structure of Vertical Cavity Surface Emission Laser and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
垂直腔面发射激光器外延结构及其制备方法
本专利技术涉及激光器
，特别是涉及一种垂直腔面发射激光器外延结构及其制备方法。
技术介绍
垂直腔面发射激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，简称VCSEL)是一种从垂直于衬底面射出激光的半导体激光器，具有体积小、寿命长、效率高、输出圆形光斑、单纵模等特点，广泛应用在光纤通信、光存储和激光打印等诸多领域。VCSEL一般由衬底、有源区、分布式布拉格反射镜(DistributedBraggReflection，简称DBR)和金属镀层等几部分组成，N型DBR的镜面和P型DBR的镜面组成VCSEL的谐振腔。目前VCSEL外延结构主要以突变DBR、堆积DBR、线性DBR等方式获得较高的反射率，但是，现有VCSEL的阈值电流较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种垂直腔面发射激光器外延结构及制备方法，以减小VCSEL的阈值电流。为解决上述技术问题，本专利技术提供了以下技术方案：一种垂直腔面发射激光器外延结构，包括：衬底；位于所述衬底第一侧表面的缓冲层；位于所述缓冲层背离所述衬底一侧的N型分布式布拉格反射层，所述N型分布式布拉格反射层包括层叠的多个第一堆叠单元；位于所述N型分布式布拉格反射层背离所述缓冲层一侧的第一限制层；位于所述第一限制层背离所述分布式布拉格反射层一侧的第一波导层；位于所述第一波导层背离所述第一限制层一侧的量子肼发光层；位于所述量子肼发光层背离所述第一波导层一侧的第二波导层；位于所述第二波导层背离所述量子肼发光层一侧的第二限制层；位于所述第二限制层背离所述第二波导层一侧的氧化层；位于所述氧化层背离所述第二限制层一侧的P型分布式布拉格反射层，所述P型分布是布拉格反射层包括层叠的多个第二堆叠单元；其中，所述第一堆叠单元包括层叠的第一N型过渡层、第二N型过渡层、第三N型过渡层、第一N型反射层、第四N型过渡层、第五N型过渡层、第六N型过渡层和第二N型反射层，所述第一N型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一N型反射层中铝的组分为Y4，所述第四N型过渡中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五N型过渡中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六N型过渡中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二N型反射层中铝的组分为Y1，Y1小于Y3小于Y2小于Y4；所述第二堆叠单元包括层叠的第一P型反射层和第二P型反射层，所述第一P型反射层中铝的组分大于所述第二P型反射层中铝的组分。可选的，第一N型过渡层、第三N型过渡层、第五N型过渡层中铝组分的渐变曲线满足1/4周期的正弦曲线。第二N型过渡层、第四N型过渡层、第六N型过渡层中铝组分的渐变曲线满足1/4周期的余弦曲线。可选的，Y1为0.1，Y2为0.6，Y3为0.4，Y4为0.9。可选的，所述第二堆叠单元还包括：位于所述第一P型反射层与所述氧化层之间，层叠设置的第一P型过渡层、第二P型过渡层、第三P型过渡层，所述第一P型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一P型反射层中铝的组分为Y4；位于所述第一P型反射层和所述第二P型反射层之间，层叠设置的第四P型过渡层、第五P型过渡层和第六P型过渡层，所述第四P型过渡中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五P型过渡中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六P型过渡中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二P型反射层中铝的组分为Y1。可选的，所述第一N型过渡层、所述第二N型过渡层、所述第三N型过渡层、所述第四N型过渡层、所述第五N型过渡层和所述第六N型过渡层的厚度相同；所述第一P型过渡层、所述第二P型过渡层、所述第三P型过渡层、所述第四P型过渡层、所述第五P型过渡层和第六P型过渡层的厚度相同。可选的，所述第一N型过渡层的厚度取值范围为1-10nm，包括端点值；所述第一P型过渡层的厚度取值范围为1-10nm，包括端点值。可选的，所述N型分布式布拉格反射层中所述第一堆叠单元个数的取值范围为1-100，包括端点值；所述P型分布式布拉格反射层中所述第二堆叠单元个数的取值范围为1-100，包括端点值；一种垂直腔面发射激光器外延结构的制备方法，该制备方法包括：在衬底第一侧表面形成缓冲层；在所述缓冲层背离所述衬底一侧形成N型分布式布拉格反射层，所述N型分布式布拉格反射层包括层叠的多个第一堆叠单元；在所述N型分布式布拉格反射层背离所述缓冲层一侧形成第一限制层；在所述第一限制层背离所述分布式布拉格反射层一侧形成第一波导层；在所述第一波导层背离所述第一限制层一侧形成量子肼发光层；在所述量子肼发光层背离所述第一波导层一侧形成第二波导层；在所述第二波导层背离所述量子肼发光层一侧形成第二限制层；在所述第二限制层背离所述第二波导层一侧形成氧化层；在所述氧化层背离所述第二限制层一侧形成P型分布式布拉格反射层，所述P型分布是布拉格反射层包括层叠的多个第二堆叠单元；其中，所述第一堆叠单元包括层叠的第一N型过渡层、第二N型过渡层、第三N型过渡层、第一N型反射层、第四N型过渡层、第五N型过渡层、第六N型过渡层和第二N型反射层，所述第一N型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一N型反射层中铝的组分为Y4，所述第四N型过渡层中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二N型反射层中铝的组分为Y1，Y1小于Y3小于Y2小于Y4；所述第二堆叠单元包括层叠的第一P型反射层和第二P型反射层，所述第一P型反射层中铝的组分大于所述第二P型反射层中铝的组分。可选的，所述第二堆叠单元还包括：位于所述第一P型反射层与所述氧化层之间，层叠设置的第一P型过渡层、第二P型过渡层、第三P型过渡层，所述第一P型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一P型反射层中铝的组分为Y4；位于所述第一P型反射层和所述第二P型反射层之间，层叠设置的第四P型过渡层、第五P型过渡层和第六P型过渡层，所述第四P型过渡层中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二P型反射层中铝的组分为Y1。可选的，所述N型布拉格反射层和所述P型布拉格反射层的生长环境包括氮气环境和氢气环境中的至少一种。本方案具有以下优势：本专利技术所提供的垂直腔面发射激光器外延结构中，所述N型DBR层由Al组分含量不同的AlYGa1-YAs组成，不同AlYGa1-YAs层间的势垒结减小，并利用相邻AlYGa1-YAs层之间的应力变化拉伸势垒高度，使得所述N型DBR层的势垒结整体深度变浅，从而降低所述N型DBR层的串联阻值，降低所述N型DBR层两端的电压，减小所述DBR层的阈值电流，使得电流在N型DBR层中消耗较少，进而减小所述外延结构的热损耗，提高所述外延结构的功率转换效率和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直腔面发射激光器外延结构，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底第一侧表面的缓冲层；位于所述缓冲层背离所述衬底一侧的N型分布式布拉格反射层，所述N型分布式布拉格反射层包括层叠的多个第一堆叠单元；位于所述N型分布式布拉格反射层背离所述缓冲层一侧的第一限制层；位于所述第一限制层背离所述分布式布拉格反射层一侧的第一波导层；位于所述第一波导层背离所述第一限制层一侧的量子肼发光层；位于所述量子肼发光层背离所述第一波导层一侧的第二波导层；位于所述第二波导层背离所述量子肼发光层一侧的第二限制层；位于所述第二限制层背离所述第二波导层一侧的氧化层；位于所述氧化层背离所述第二限制层一侧的P型分布式布拉格反射层，所述P型分布是布拉格反射层包括层叠的多个第二堆叠单元；其中，所述第一堆叠单元包括层叠的第一N型过渡层、第二N型过渡层、第三N型过渡层、第一N型反射层、第四N型过渡层、第五N型过渡层、第六N型过渡层和第二N型反射层，所述第一N型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一N型反射层中铝的组分为Y4，所述第四N型过渡中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五N型过渡中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六N型过渡中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二N型反射层中铝的组分为Y1，Y1小于Y3小于Y2小于Y4；所述第二堆叠单元包括层叠的第一P型反射层和第二P型反射层，所述第一P型反射层中铝的组分大于所述第二P型反射层中铝的组分。...

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面发射激光器外延结构，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底第一侧表面的缓冲层；位于所述缓冲层背离所述衬底一侧的N型分布式布拉格反射层，所述N型分布式布拉格反射层包括层叠的多个第一堆叠单元；位于所述N型分布式布拉格反射层背离所述缓冲层一侧的第一限制层；位于所述第一限制层背离所述分布式布拉格反射层一侧的第一波导层；位于所述第一波导层背离所述第一限制层一侧的量子肼发光层；位于所述量子肼发光层背离所述第一波导层一侧的第二波导层；位于所述第二波导层背离所述量子肼发光层一侧的第二限制层；位于所述第二限制层背离所述第二波导层一侧的氧化层；位于所述氧化层背离所述第二限制层一侧的P型分布式布拉格反射层，所述P型分布是布拉格反射层包括层叠的多个第二堆叠单元；其中，所述第一堆叠单元包括层叠的第一N型过渡层、第二N型过渡层、第三N型过渡层、第一N型反射层、第四N型过渡层、第五N型过渡层、第六N型过渡层和第二N型反射层，所述第一N型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一N型反射层中铝的组分为Y4，所述第四N型过渡中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五N型过渡中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六N型过渡中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二N型反射层中铝的组分为Y1，Y1小于Y3小于Y2小于Y4；所述第二堆叠单元包括层叠的第一P型反射层和第二P型反射层，所述第一P型反射层中铝的组分大于所述第二P型反射层中铝的组分。2.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，第一N型过渡层、第三N型过渡层、第五N型过渡层中铝组分的渐变曲线满足1/4周期的正弦曲线；第二N型过渡层、第四N型过渡层、第六N型过渡层中铝组分的渐变曲线满足1/4周期的余弦曲线。3.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，Y1为0.1，Y2为0.6，Y3为0.4，Y4为0.9。4.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述第二堆叠单元还包括：位于所述第一P型反射层与所述氧化层之间，层叠设置的第一P型过渡层、第二P型过渡层、第三P型过渡层，所述第一P型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一P型反射层中铝的组分为Y4；位于所述第一P型反射层和所述第二P型反射层之间，层叠设置的第四P型过渡层、第五P型过渡层和第六P型过渡层，所述第四P型过渡中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五P型过渡中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六P型过渡中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二P型反射层中铝的组分为Y1。5.根据权利要求4所述的外延结构，其特征在于，所述第一N型过渡层、所述第二N型过渡层、所述第三N型过渡层、所述第四N型过渡层、所述第五N型过渡层和所述第六N型过渡层的厚度相同；所述第一P型过渡层、所述第二P型过渡层、所述第三P型过渡层、所述第四P型过渡层、...

【专利技术属性】
技术研发人员：田宇，韩效亚，吴真龙，杜石磊，
申请(专利权)人：扬州乾照光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32