一种面发射激光器及一种面发射激光器阵列制造技术

本发明专利技术公开了一种面发射激光器，包括衬底和类三明治型结构的功能层，功能层包括第一掺杂层、有源层、限制层和第二掺杂层，其中有源层以及限制层位于第一掺杂层与第二掺杂层之间。第一掺杂层与第二掺杂层用于向有源层输送载流子，而载流子会先经过限制层，再传输至有源层复合发光。由于限制层包括绝缘层和导电柱，导电柱与按厚度方向贯穿绝缘层，使得载流子需要通过导电柱才能传输至有源层，会限制有源区发生载流子复合区域的面积，在维持相同载流子密度的情况下，所需的注入电流更小，从而在不改变光子晶体体积以及面积的前提下，减少光子激发所需的阈值电流。本发明专利技术还提供了一种面发射激光器阵列，同样具有上述有益效果。

A Surface Emission Laser and a Surface Emission Laser Array

The invention discloses a surface-emitting laser, which comprises a functional layer of a substrate and a sandwich-like structure. The functional layer comprises a first doping layer, an active layer, a limiting layer and a second doping layer, in which the active layer and the limiting layer are located between the first doping layer and the second doping layer. The first doped layer and the second doped layer are used to transport carriers to the active layer, and the carriers will pass through the limiting layer first and then transmit to the active layer for composite luminescence. Because the confinement layer includes insulating layer and conducting column, conducting column and conducting layer penetrate through the thickness direction, the carriers need to pass through the conducting column to transmit to the active layer, which will limit the area of the carrier recombination area in the active region. Under the condition of maintaining the same carrier density, the injection current is smaller, so that the volume and area of photonic crystal are not changed. Reduce the threshold current required for photon excitation. The invention also provides a surface emitting laser array, which has the same beneficial effect.

【技术实现步骤摘要】
一种面发射激光器及一种面发射激光器阵列
本专利技术涉及激光
，特别是涉及一种面发射激光器及一种面发射激光器阵列。
技术介绍
面发射激光器尤其是垂直腔面发射激光器(VCSEL)，自从1977年被提出以来，由于具有圆形对称光斑、低阈值电流、易于二维集成和在面检测等优点，受到越来越多的关注，被广泛应用于光通讯、光互连、传感、光存储、激光显示、激光雷达等众多领域。但是，常规的VCSEL本身存在着很大的局限性。首先，常规VCSEL需要复杂的上下布拉格反射镜(DBR)外延生长工艺，增加了生长难度和成本。特别是在长波长波段，由于材料晶格匹配的问题，InP(磷化铟)基的DBR结构生长困难。针对上述问题，现有技术中存在有光子晶体面发射激光器，光子晶体(PhotonicCrystal)是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。光子晶体即光子禁带材料，从材料结构上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。而光子晶体面发射激光器是通过在传统的边发射波导结构中引入光子晶体，通过倏逝波将有源层内的光场耦合到光子晶体结构中，利用二维布拉格衍射作用实现光在光子晶体平面内的大面积相干谐振，并利用一阶布拉格衍射实现光在垂直方向上的输出，从而达到高的单模输出功率。但是，在现有技术中存在着阈值电流过高的问题，所提如何降低光子晶体面发射激光器的阈值电流是本领域技术人员急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种面发射激光器，具有较低的阈值电流；本专利技术还提供了一种面发射激光器阵列，具有较低的阈值电流。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种面发射激光器，包括衬底、功能层、第一电极以及第二电极；所述功能层包括第一掺杂层、有源层、限制层和第二掺杂层，所述第一掺杂层与所述第二掺杂层相对设置，所述第一掺杂层与所述衬底接触，所述第二掺杂层位于所述第一掺杂层背向所述衬底一侧；所述第二掺杂层背向所述衬底一侧表面设置有光子晶体；所述有源层位于所述第一掺杂层与所述第二掺杂层之间；所述有源层与所述第一掺杂层之间，和/或所述有源层与所述第二掺杂层之间设置有所述限制层；所述限制层包括绝缘层和导电柱，所述导电柱沿厚度方向贯穿所述绝缘层；所述第一电极与所述第一掺杂层电连接，所述第二电极与所述第二掺杂层电连接。可选的，所述导电柱位于所述绝缘层的中心区域。可选的，所述导电柱沿垂直于所述绝缘层厚度方向的截面直径的取值范围为30μm至100μm，包括端点值。可选的，所述光子晶体的元胞包括空气柱，所述空气柱位于所述第二掺杂层背向所述衬底一侧表面，所述空气柱的轴线与所述第二掺杂层的厚度方向相互平行。可选的，所述空气柱高度的取值范围为所述第二掺杂层厚度的50％至100％，包括端点值。可选的，所述衬底为n型衬底；所述第一掺杂层为n型掺杂层，所述第二掺杂层为p型掺杂层。可选的，所述衬底朝向所述第一掺杂层一侧表面设置有台阶面，所述第一电极位于所述台阶面，所述第一电极与所述第一掺杂层之间设置有间隙。可选的，所述功能层的侧壁设置有覆盖所述功能层侧壁的光反射层。可选的，所述光反射层包括光子晶体全反射镜和/或布拉格反射镜。本专利技术还提供了一种面发射激光器阵列，包括多个如上述任一项所述的面发射激光器。本专利技术所提供的一种面发射激光器，包括衬底和类三明治型结构的功能层，功能层包括第一掺杂层、有源层、限制层和第二掺杂层，其中有源层以及限制层位于第一掺杂层与第二掺杂层之间。第一掺杂层与第二掺杂层用于向有源层输送载流子，而载流子会先经过限制层，再传输至有源层复合发光。由于限制层包括绝缘层和导电柱，导电柱与按厚度方向贯穿绝缘层，使得载流子需要通过导电柱才能传输至有源层，即该导电柱具有聚集作用，会限制有源区发生载流子复合区域的面积，在维持相同载流子密度的情况下，所需的注入电流更小。由于光子晶体的结构对应发射激光的波长，设置限制层可以在不改变光子晶体体积以及面积的前提下，减少光子激发所需的阈值电流。本专利技术还提供了一种面发射激光器阵列，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所提供的一种面发射激光器的结构示意图；图2为本专利技术实施例所提供的一种具体的面发射激光器的结构示意图；图3为本专利技术实施例所提供的另一种具体的面发射激光器的正视结构示意图；图4为图3的俯视结构示意图；图5为图3中光子晶体的光子带结构图。图中：1.衬底、2.功能层、21.第一掺杂层、22.第二掺杂层、23.有源层、24.限制层、241.绝缘层、242.导电柱、25.光子晶体、251.空气柱、3.第一电极、4.第二电极、5.光反射层。具体实施方式本专利技术的核心是提供一种面发射激光器。在现有技术中，通常整层有源层均用于发射激光，此时载流子的注入面积为有源层整个表面的面积，从而导致载流子的注入面积过大。在外界相同注入电流时使得载流子的密度较低，从而导致有源层激发光子所需的阈值电流较大。而本专利技术所提供的一种面发射激光器，包括衬底和类三明治型结构的功能层，功能层包括第一掺杂层、有源层、限制层和第二掺杂层，其中有源层以及限制层位于第一掺杂层与第二掺杂层之间。第一掺杂层与第二掺杂层用于向有源层输送载流子，而载流子会先经过限制层，再传输至有源层复合发光。由于限制层包括绝缘层和导电柱，导电柱与按厚度方向贯穿绝缘层，使得载流子需要通过导电柱才能传输至有源层，即该导电柱具有聚集作用，会限制有源区发生载流子复合区域的面积，在维持相同载流子密度的情况下，所需的注入电流更小。由于光子晶体的结构对应发射激光的波长，设置限制层可以在不改变光子晶体体积以及面积的前提下，减少光子激发所需的阈值电流。为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参考图1，图1为本专利技术实施例所提供的一种面发射激光器的结构示意图。参见图1，在本专利技术实施例中，所述面发射激光器包括衬底1、功能层2、第一电极3以及第二电极4；所述功能层2包括第一掺杂层21、有源层23、限制层24和第二掺杂层22，所述第一掺杂层21与所述第二掺杂层22相对设置，所述第一掺杂层21与所述衬底1接触，所述第二掺杂层22位于所述第一掺杂层21背向所述衬底1一侧；所述第二掺杂层22背向所述衬底1一侧表面设置有光子晶体25；所述有源层23位于所述第一掺杂层21与所述第二掺杂层22之间；所述有源层23与所述第一掺杂层21之间，和/或所述有源层23与所述第二掺杂层22之间设置有所述限制层24；所述限制层24包括绝缘层241和导电柱242，所述导电柱242沿厚度方向贯穿所述绝缘层241；所述第一电极3与所述第一掺杂层21电连接，所述第二电极4与所述第二掺杂层22电连接。上述衬底1主要起支撑作用，上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面发射激光器，其特征在于，包括衬底、功能层、第一电极以及第二电极；所述功能层包括第一掺杂层、有源层、限制层和第二掺杂层，所述第一掺杂层与所述第二掺杂层相对设置，所述第一掺杂层与所述衬底接触，所述第二掺杂层位于所述第一掺杂层背向所述衬底一侧；所述第二掺杂层背向所述衬底一侧表面设置有光子晶体；所述有源层位于所述第一掺杂层与所述第二掺杂层之间；所述有源层与所述第一掺杂层之间，和/或所述有源层与所述第二掺杂层之间设置有所述限制层；所述限制层包括绝缘层和导电柱，所述导电柱沿厚度方向贯穿所述绝缘层；所述第一电极与所述第一掺杂层电连接，所述第二电极与所述第二掺杂层电连接。

【技术特征摘要】
1.一种面发射激光器，其特征在于，包括衬底、功能层、第一电极以及第二电极；所述功能层包括第一掺杂层、有源层、限制层和第二掺杂层，所述第一掺杂层与所述第二掺杂层相对设置，所述第一掺杂层与所述衬底接触，所述第二掺杂层位于所述第一掺杂层背向所述衬底一侧；所述第二掺杂层背向所述衬底一侧表面设置有光子晶体；所述有源层位于所述第一掺杂层与所述第二掺杂层之间；所述有源层与所述第一掺杂层之间，和/或所述有源层与所述第二掺杂层之间设置有所述限制层；所述限制层包括绝缘层和导电柱，所述导电柱沿厚度方向贯穿所述绝缘层；所述第一电极与所述第一掺杂层电连接，所述第二电极与所述第二掺杂层电连接。2.根据权利要求1所述的面发射激光器，其特征在于，所述导电柱位于所述绝缘层的中心区域。3.根据权利要求2所述的面发射激光器，其特征在于，所述导电柱沿垂直于所述绝缘层厚度方向的截面直径的取值范围为30μm至100μm，包括端点值。4.根据权利要求1所述的面发射激光器，其特征在于，所述光子晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟存柱，王子烨，陆寰宇，田思聪，汪丽杰，舒世立，张新，王立军，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22