一种半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器制造技术

一种半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器，下层DBR、有源区、氧化限制层、上层DBR和P型金属欧姆接触层共刻出圆柱形垂直腔面发射激光器的谐振腔；垂直腔面发射激光器的左侧镀有P型电极，垂直腔面发射激光器的谐振腔右侧设有N型电极，N型电极镀在N型金属欧姆接触层的上方；垂直腔面发射激光器的谐振腔由BCB层包覆，BCB层利用RIE刻蚀开电极窗口，BCB层通过磁控溅射生长GSG

【技术实现步骤摘要】
一种半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器


[0001]本专利技术属于光电子
，具体涉及一种半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器(vertical
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cavity surface
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emitting lasers，简称VCSEL)是半导体激光器家族中的重要一员，VCSEL具有体积小、单模特性好、阈值电流低、圆形光斑输出等优点，已经在通信、照明及传感等领域获得大规模应用。近年来基于VCSEL以及微机械(micro
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electromechanical system，MEMS)技术的芯片级原子钟(chip scale atomic clock，CSAC)成为原子频标技术的一个重要发展方向。VCSEL作为芯片级原子钟的核心元件，单模特性好、可在高温下稳定工作、稳定的线性偏振、窄线宽、寿命长的激光器是该领域发展的关键技术。
[0003]目前，VCSEL已经成为芯片级原子钟的理想光源。但大多数VCSEL的激射光的偏振在本质上是不稳定的，由于激光器的谐振腔和增益介质在有源层的各个平面中都是准各向同性的，而且VCSEL内部没有强大的选择机制来确定一个特定的偏振方向，激光器输出的光的偏振方向不固定，但是对于芯片级原子钟而言，稳定的线性偏振是不可或缺的条件。因此，如何精准控制VCSEL的偏振特性对提高芯片级原子钟性能具有重要意义。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术提供一种半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器，能够精准控制VCSEL的偏振特性，提高芯片级原子钟性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器，包括由下至上依次设置的GaAs基衬底、N型金属欧姆接触层、下层DBR、有源区、上层DBR和P型金属欧姆接触层；
[0006]所述下层DBR、有源区、上层DBR和P型金属欧姆接触层共刻出圆柱形垂直腔面发射激光器的谐振腔；垂直腔面发射激光器的左侧镀有P型电极，垂直腔面发射激光器的谐振腔右侧设有N型电极，所述N型电极镀在所述N型金属欧姆接触层的上方；
[0007]所述垂直腔面发射激光器的谐振腔由BCB层包覆，所述BCB层利用RIE刻蚀开电极窗口，BCB层通过磁控溅射生长GSG
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Pad电极以实现共面电极结构。
[0008]作为半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器的优选方案，所述有源区和上层DBR之间设有氧化限制层，所述氧化限制层具有氧化限制孔。
[0009]作为半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器的优选方案，所述P型电极位于所述垂直腔面发射激光器的谐振腔顶部左侧，P型电极呈环状，P型电极外环半径小于谐振腔半径，P型电极内环半径大于所述氧化限制孔的孔径。
[0010]作为半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器的优选方案，所述氧化限制层经过湿法氧化形成所述氧化限制孔，通过调整氧化的温度、湿度、时间参数制备出预设尺寸的氧
化限制孔，作为半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器的优选方案，所述垂直腔面发射激光器的谐振腔采用干法刻蚀制备，干法刻蚀制备过程，先将清洗干净的激光器外延片烘干，涂光刻胶，利用光刻机制备图案，再利用ICP干法刻蚀将掩膜图形转移到外延片上。
[0011]作为半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器的优选方案，所述N型电极为环形，N型电极的内环尺寸大于谐振腔尺寸。
[0012]作为半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器的优选方案，所述BCB层经过光刻、固化、刻蚀形成达到预设平整度的GSG
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Pad电极平面。
[0013]作为半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器的优选方案，通过调整电极溅射条件、合金组分以及退火条件降低电极接触电阻。
[0014]作为半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器的优选方案，所述P型电极和N型电极均采用金属材质。
[0015]本专利技术具有如下优点：包括由下至上依次设置的GaAs基衬底、N型金属欧姆接触层、下层DBR、有源区、上层DBR和P型金属欧姆接触层；下层DBR、有源区、上层DBR和P型金属欧姆接触层共刻出圆柱形垂直腔面发射激光器的谐振腔；垂直腔面发射激光器的左侧镀有P型电极，垂直腔面发射激光器的谐振腔右侧设有N型电极，N型电极镀在N型金属欧姆接触层的上方；垂直腔面发射激光器的谐振腔由BCB层包覆，BCB层利用RIE刻蚀开电极窗口，BCB层通过磁控溅射生长GSG
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Pad电极以实现共面电极结构。本专利技术利用半圆环对称电极结构，对垂直腔面发射激光器注入非均匀电流，利用电子和空穴迁移速率不同，在谐振腔中引入非均匀损耗，使得激光器输出模式的增益各向异性，有助于实现偏振态稳定，同时采用了BCB包覆层填平技术，相比于SiO2做绝缘层，能保持较好的GSG
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Pad介面平整度，而且优化了寄生参数，提高了激光器的性能。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
[0017]本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
能涵盖的范围内。
[0018]图1为本专利技术实施例中提供的半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器剖视结构示意图；
[0019]图2为本专利技术实施例中提供的半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器立体结构示意图；
[0020]图3为本专利技术实施例中提供的半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器俯视示意图。
[0021]图中，1、GaAs基衬底；2、N型金属欧姆接触层；3、下层DBR；4、有源区；5、上层DBR；6、P型金属欧姆接触层；7、谐振腔；8、P型电极；9、N型电极；10、BCB层；11、氧化限制层；12、氧化
限制孔。
具体实施方式
[0022]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效，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。
[0023]参见图1、图2和图3，本专利技术实施例提供一种半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器，包括由下至上依次设置的GaAs基衬底1、N型金属欧姆接触层2、下层DBR3、有源区4、上层DBR5和P型金属欧姆接触层6；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括由下至上依次设置的GaAs基衬底(1)、N型金属欧姆接触层(2)、下层DBR(3)、有源区(4)、上层DBR(5)和P型金属欧姆接触层(6)；所述下层DBR(3)、有源区(4)、上层DBR(5)和P型金属欧姆接触层(6)共刻出圆柱形垂直腔面发射激光器的谐振腔(7)；垂直腔面发射激光器的左侧镀有P型电极(8)，垂直腔面发射激光器的谐振腔(7)右侧设有N型电极(9)，所述N型电极(9)镀在所述N型金属欧姆接触层(2)的上方；所述垂直腔面发射激光器的谐振腔(7)由BCB层(10)包覆，所述BCB层(10)利用RIE刻蚀开电极窗口，BCB层(10)通过磁控溅射生长GSG
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Pad电极以实现共面电极结构。2.根据权利要求1所述的一种半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述有源区(4)和上层DBR(5)之间设有氧化限制层(11)，所述氧化限制层(11)具有氧化限制孔(12)。3.根据权利要求2所述的一种半环形对称电极结构垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述P型电极(8)位于所述垂直腔面发射激光器的谐振腔(7)顶部左侧，P型电极(8)呈环状，P型电极(8)外环半径小于谐振腔(7)半径，P型电极(8)内环半径大于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟红玲，贾晓卫，
申请(专利权)人：中科启迪光电子科技广州有限公司，
类型：发明
国别省市：