垂直腔面发射激光器及其制造方法技术

本发明专利技术实施例提供一种垂直腔面发射激光器及其制造方法。垂直腔面发射激光器包括：N‑DBR，所述N‑DBR设置在衬底上方并且包括层叠设置的第一分布布拉格反射镜；有源层，所述有源层设置在所述N‑DBR上并且包括层叠设置的量子阱结构；P‑DBR，所述P‑DBR设置在所述有源层上并且包括层叠设置的第二分布布拉格反射镜。本发明专利技术实施例提供的垂直腔面发射激光器及其制造方法，通过在有源层上设置量子阱结构、N‑DBR和P‑DBR上设置多模结构，实现了单模偏振，偏振更敏感，能够降低VCSEL的阈值电流，提高了光电转换效率使得输出光束的质量更高。

Vertical cavity surface emitting laser and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
垂直腔面发射激光器及其制造方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器及其制造方法。
技术介绍
垂直腔面发射激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，VCSEL)，自1996年投入商用以来，虽然已经在很多领域中如光通信、信息读取、三维成像、激光雷达等获得广泛应用，但却在应用过程中一直处于低功率水平，直到最近几年VCSEL材料生长与制备技术的发展才使其功率水平开始得到大幅度的提高，从而为VCSEL激光器的应用发展开辟了广阔的前景。然而，随着VCSEL激光功率不断得到提高，传统的垂直腔面发射激光器的阈值电流较高，光电转换效率低，又因谐振腔长很短，使VCSEL极易工作在动态单纵模的状态。为了实现较高的输出功率，需要将VCSEL的出光尺寸开的很大，因此会出现多个横向模式，影响了器件性能，限制了VCSEL的进一步发展。因此，如何提出一种垂直腔面发射激光器，能够降低VCSEL的阈值电流，提高光电转换效率，实现更宽的调谐范围、输出光束的质量更高、响应时间更短成为业界亟待解决的重要课题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种垂直腔面发射激光器及其制造方法，用以降低VCSEL的阈值电流，提高光电转换效率，实现更宽的调谐范围、输出光束的质量更高。根据本专利技术实施例的第一方面，提供了一种垂直腔面发射激光器，包括：N-DBR，所述N-DBR设置在衬底上方并且包括层叠设置的第一分布布拉格反射镜；有源层，所述有源层设置在所述N-DBR上并且包括层叠设置的量子阱结构；P-DBR，所述P-DBR设置在所述有源层上并且包括层叠设置的第二分布布拉格反射镜。根据本专利技术的一个实施例，所述N-DBR包括至少7个所述第一分布布拉格反射镜，每个所述第一分布布拉格反射镜包括Si层和位于所述Si层上的SiO2层。根据本专利技术的一个实施例，所述N-DBR还包括位于层叠设置的所述第一分布布拉格反射镜上的AlGaAs包层、以及位于所述AlGaAs包层上的空气层。根据本专利技术的一个实施例，所述有源层包括3个层叠设置的所述量子阱结构，每个所述量子阱结构包括GaAs层和位于所述GaAs层上的AlGaAs层。根据本专利技术的一个实施例，所述P-DBR包括至少22个所述第二分布布拉格反射镜，每个所述第二分布布拉格反射镜包括GaAs层和位于所述GaAs层上的AlGaAs层，其中，所述AlGaAs层的折射率大于所述GaAs层的折射率。根据本专利技术的一个实施例，垂直腔面发射激光器还包括：N电极，所述N电极设置在所述衬底的底面上；第一缓冲层，所述第一缓冲层设置在所述衬底的顶面和所述N-DBR之间；第二缓冲层，所述第二缓冲层设置在所述P-DBR上；P电极，所述P电极设置在所述第二缓冲层上。根据本专利技术的一个实施例，所述N-DBR包括被所述有源层覆盖的第一顶面以及暴露的第二顶面，其中，所述第二顶面、所述有源层的侧壁、所述P-DBR的侧壁和所述第二缓冲层的侧壁覆盖有掩模。根据本专利技术实施例的第二方面，提供了一种制造垂直腔面发射激光器的方法，包括：在衬底上方形成N-DBR，所述N-DBR包括层叠设置的第一分布布拉格反射镜；在所述N-DBR上形成有源层，所述有源层包括层叠设置的量子阱结构；在所述有源层上形成P-DBR，所述P-DBR包括层叠设置的第二分布布拉格反射镜。根据本专利技术的一个实施例，该方法还包括：在所述衬底的顶面上形成第一缓冲层，并在所述第一缓冲层上形成所述N-DBR；在所述P-DBR上形成第二缓冲层，并在所述第二缓冲层上形成P电极；对所述衬底的底面进行减薄并在所述衬底的底面上形成N电极。根据本专利技术的一个实施例，该方法还包括：对所述有源层、所述P-DBR和所述第二缓冲层进行蚀刻，以暴露所述N-DBR的部分顶面；在所述N-DBR的部分顶面、所述有源层的侧壁、所述P-DBR的侧壁和所述第二缓冲层的侧壁上沉积掩模。在本专利技术实施例提供的垂直腔面发射激光器及其制造方法中，通过在有源层上设置量子阱结构、N-DBR和P-DBR上设置多模结构，实现了单模偏振，偏振更敏感，能够降低VCSEL的阈值电流，提高了光电转换效率使得输出光束的质量更高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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提供的垂直腔面发射激光器的剖面结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的制造垂直腔面发射激光器的方法的流程示意图。附图标记说明：1-N电极；2-衬底；3-第一缓冲层；4-N-DBR；5-有源层；6-P-DBR；7-第二缓冲层；8-掩模；9-P电极；201～203-各步骤。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。现参照图1和图2，对本专利技术提供的垂直腔面发射激光器及其制造方法的实施例进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本专利技术的示意性实施方式，并不对本专利技术构成任何特别限定。图1为本专利技术实施例提供的垂直腔面发射激光器的剖面结构示意图。如图1所示，在本专利技术的一个实施例中，垂直腔面发射激光器包括N-DBR(分布布拉格反射镜，DistributedBraggReflector)4、有源层5和P-DBR6。具体地，N-DBR4设置在衬底2上方并且包括层叠设置的第一分布布拉格反射镜。有源层5设置在N-DBR4上并且包括层叠设置的量子阱结构。而P-DBR6设置在有源层5上并且包括层叠设置的第二分布布拉格反射镜。更具体地，在一个实施例中，本专利技术实施例提供的垂直腔面发射激光器包括：在N电极1上依次层叠设置的衬底2、第一缓冲层3、N-DBR4、有源层5、P-DBR6和第二缓冲层7。N-DBR4包括被有源层5覆盖的第一顶面以及暴露的第二顶面，其中，第二顶面、有源层5的侧壁、P-DBR6的侧壁和第二缓冲层7的侧壁覆盖有掩模8。另外，垂直腔面发射激光器还包括位于第二缓冲层7上的P电极9。具体地，在本专利技术的一个实施例中，衬底2采用Si材料。在另一个实施例中，衬底2的厚度为500纳米。如图1所示，在本专利技术的一个实施例中，第一缓冲层3位于衬底2上，并且可选地，第一缓冲层3为GaAs材料。此外，N-DBR4位于第一缓冲层3上，N-DBR4包括层叠设置的第一分布布拉格反射镜。有源层5位于N-DBR4上，有源层5包括层叠设置的量子阱结构。另外，P-DBR6位于有源层5上，P-DBR6包括层叠设置的第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：/nN-DBR，所述N-DBR设置在衬底上方并且包括层叠设置的第一分布布拉格反射镜；/n有源层，所述有源层设置在所述N-DBR上并且包括层叠设置的量子阱结构；/nP-DBR，所述P-DBR设置在所述有源层上并且包括层叠设置的第二分布布拉格反射镜。/n

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：
N-DBR，所述N-DBR设置在衬底上方并且包括层叠设置的第一分布布拉格反射镜；
有源层，所述有源层设置在所述N-DBR上并且包括层叠设置的量子阱结构；
P-DBR，所述P-DBR设置在所述有源层上并且包括层叠设置的第二分布布拉格反射镜。


2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述N-DBR包括至少7个所述第一分布布拉格反射镜，每个所述第一分布布拉格反射镜包括Si层和位于所述Si层上的SiO2层。


3.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述N-DBR还包括位于层叠设置的所述第一分布布拉格反射镜上的AlGaAs包层、以及位于所述AlGaAs包层上的空气层。


4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述有源层包括3个层叠设置的所述量子阱结构，每个所述量子阱结构包括GaAs层和位于所述GaAs层上的AlGaAs层。


5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述P-DBR包括至少22个所述第二分布布拉格反射镜，每个所述第二分布布拉格反射镜包括GaAs层和位于所述GaAs层上的AlGaAs层，其中，所述AlGaAs层的折射率大于所述GaAs层的折射率。


6.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，还包括：
N电极，所述N电极设置在所述衬底的底面上；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王保勇，范鑫烨，张鲁健，
申请(专利权)人：太平洋聊城光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37