本发明专利技术提供了一种电流自供给硅基垂直腔面发射激光器，其结构包括Si衬底，激光器单元、隔离区和太阳电池单元。Si衬底为p型Si单晶片；激光器单元在Si衬底的上表面按照层状叠加结构从下至上依次设置有缓冲层、反射层、多量子阱激光发射单元、反射层和电极接触层，在电极接触层正上方制备有上电极，在Si衬底下表面制备有下电极；隔离区为高电阻区域；太阳电池单元从下至上包括Si衬底、n型发射区和窗口层，在n型发射区上方制备有上电极，在Si衬底下表面制备有下电极。本发明专利技术在降低材料制作成本的同时还可以实现VCSEL系统的电流自供给，大大降低了VCSEL系统的工作能耗。低了VCSEL系统的工作能耗。低了VCSEL系统的工作能耗。
【技术实现步骤摘要】
一种垂直腔面发射激光器及其制备方法
[0001]本专利技术涉及半导体激光器的
，具体涉及一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，更具体的涉及一种电流自供给硅基垂直腔面发射激光器及其制备方法。
技术介绍
[0002]近年来，随着5G通信、智能手机和智能制造的市场需求日益扩大，半导体垂直腔面发射激光器(VCSEL)在光通信、3D传感和工业探测等领域的应用越来越广泛。激射波长为750～800nm范围的VCSEL可应用于工业、医疗等领域的各类传感系统，波长为850nm的VCSEL可应用于短程光纤通信系统，而940～980nm的VCSEL可应用于3D传感、粒子发生器等系统。
[0003]而在VCSEL阵列应用于户外的探测传感或通信系统时，由于其系统的功耗和电源供给方面限制了VCSEL的具体应用。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提出了一种电流自供给硅基垂直腔面发射激光器，采用与晶硅相匹配的GaNAsP材料作为有源层，可以基于晶硅衬底制备得到激射波长在780～950nm范围的VCSEL；同时在晶硅衬底在制备太阳电池与VCSEL相集成，可得到电流自供给硅基VCSEL。与GaAs基VCSEL相比，该技术直接基于单晶硅片制备得到激射波长可调节的VCSEL器件，降低了材料成本，同时实现与太阳电池相集成，实现了VCSEL阵列的电流自供给功能，可大大降低VCSEL的系统功耗。
[0005]本专利技术提供的技术方案如下：
[0006]一种电流自供给硅基垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括激光器单元、高电阻隔离区和太阳电池单元，所述激光器单元和所述太阳电池单元共用Si衬底，并且所述激光器单元和所述太阳电池单元由所述隔离区隔开；
[0007]在所述激光器单元中，在Si衬底的上表面依次包括缓冲层、第一反射层、GaNP/GaNAsP/GaNP多量子阱激光发射单元、第二反射层、电极接触层和上电极，在Si衬底下表面具有下电极；
[0008]在所述太阳电池单元中，在Si衬底上表面依次包括n型发射区和窗口层，在n型发射区上方具有上电极，在Si衬底下表面具有下电极；
[0009]所述激光器单元的上电极与所述太阳电池单元的上电极相连，所述激光器单元的下电极与所述太阳电池单元的下电极相连。
[0010]进一步的，所述Si衬底为p型单晶Si衬底，所述缓冲层为p型GaNP缓冲层，所述第一反射层为p型DBR反射层，所述第二反射层为n型DBR反射层，所述电极接触层为n型GaNP电极接触层。
[0011]进一步的，所述激光器单元的p型GaNP缓冲层、p型DBR反射层、GaNP/GaNAsP/GaNP多量子阱激光发射单元、n型DBR反射层和n型GaNP电极接触层的所有材料晶格常数与Si衬底保持相同。
[0012]进一步的，所述激光器单元的p型GaNP缓冲层的厚度为200～800nm。
[0013]进一步的，所述激光器单元的p型DBR反射层由p型掺杂的GaNP/AlNP组成，GaNP/AlNP对数为30～50对。
[0014]进一步的，所述激光器单元的GaNP/GaNAsP/GaNP多量子阱激光发射单元中有源区材料GaNAsP的光学带隙为1.3～1.6eV，量子阱数目为2～5个。
[0015]进一步的，所述激光器单元的n型DBR反射层由n型掺杂的GaNP/AlNP组成，GaNP/AlNP对数为20～40对；在n型DBR反射层和多量子阱激光发射单元之间还具有氧化限制层。
[0016]进一步的，所述激光器单元的n型GaNP电极接触层掺杂浓度大于5
×
10
18
cm
‑3。
[0017]进一步的，所述太阳电池单元的n型发射区掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
19
cm
‑3，厚度为100～500nm。
[0018]进一步的，所述太阳电池单元的窗口层为宽带隙透光的氮化硅，厚度为20～50nm。
[0019]本专利技术还涉及一种电流自供给硅基垂直腔面发射激光器的制备方法，包括以下步骤：
[0020]步骤S1：提供p型单晶Si作为Si衬底，所述Si衬底包括激光器单元区域和太阳电池单元区域，以及所述激光器单元区域和太阳电池单元区域之间的隔离区，然后在所述Si衬底的所述激光器单元区域上表面生长缓冲层；
[0021]步骤S2：在所述缓冲层上生长第一反射层；
[0022]步骤S3：在所述第一反射层上生长GaNP/GaNAsP/GaNP多量子阱激光发射单元；
[0023]步骤S4：在所述多量子阱激光发射单元上生长第二反射层；
[0024]步骤S5：在所述第二反射层上生长电极接触层；
[0025]步骤S6：在步骤S1
‑
S5制作而成的堆叠结构上采用光刻、湿法氧化工艺形成激光器单元的氧化限制层，氧化限制层位于n型DBR反射层和多量子阱激光发射单元之间；
[0026]步骤S7：在所述Si衬底的隔离区上采用光刻、离子注入工艺形成高电阻区域；
[0027]步骤S8：在所述Si衬底的太阳电池单元区域表面处采用光刻、离子注入工艺形成太阳电池单元的n型发射区；
[0028]步骤S9：在所述n型发射区表面形成氮化硅窗口层；
[0029]步骤S10：在完成步骤S9的堆叠结构上制作上电极；
[0030]步骤S11：在所述Si衬底下表面制作下电极。
[0031]进一步的，所述缓冲层为p型GaNP缓冲层，所述第一反射层为p型DBR反射层，所述第二反射层为n型DBR反射层，所述电极接触层为n型GaNP电极接触层。
[0032]本专利技术的形成的垂直腔面发射激光器结构，利用单晶Si衬底，结合GaNAsP等氮化物材料的自身特点，在Si衬底上设置有激光器单元、隔离区和太阳电池单元；所述激光器单元的上电极与所述太阳电池单元的上电极相连，所述激光器单元的下电极与所述太阳电池单元的下电极相连，最终可得到集成了太阳电池的硅基垂直腔面发射激光器，可在光照条件下实现电流自供给，并降低了材料制作成本。该硅基垂直腔面发射激光器，可利用GaNAsP材料的带隙特点调节其激射波长，方便应用于工业探测、光通信和3D传感等领域；同时结合晶硅太阳电池的特点可以实现VCSEL系统的电流自供给，大大降低了VCSEL系统工作时的能耗。总之，本专利技术可以基于晶硅衬底制作电流自供给的垂直腔面发射激光器，具有较强的应用价值。
[0033]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电流自供给硅基垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括激光器单元、高电阻隔离区和太阳电池单元，所述激光器单元和所述太阳电池单元共用Si衬底，并且所述激光器单元和所述太阳电池单元由所述隔离区隔开；在所述激光器单元中，在Si衬底的上表面依次包括缓冲层、第一反射层、GaNP/GaNAsP/GaNP多量子阱激光发射单元、第二反射层、电极接触层和上电极，在Si衬底下表面具有下电极；在所述太阳电池单元中，在Si衬底上表面依次包括n型发射区和窗口层，在n型发射区上方具有上电极，在Si衬底下表面具有下电极；所述激光器单元的上电极与所述太阳电池单元的上电极相连，所述激光器单元的下电极与所述太阳电池单元的下电极相连。2.根据权利要求1所述的一种电流自供给硅基垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述Si衬底为p型单晶Si衬底，所述缓冲层为p型GaNP缓冲层，所述第一反射层为p型DBR反射层，所述第二反射层为n型DBR反射层，所述电极接触层为n型GaNP电极接触层。3.根据权利要求2所述的一种电流自供给硅基垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述激光器单元的p型GaNP缓冲层、p型DBR反射层、GaNP/GaNAsP/GaNP多量子阱激光发射单元、n型DBR反射层和n型GaNP电极接触层的所有材料晶格常数与Si衬底保持相同。4.根据权利要求2所述的一种电流自供给硅基垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述激光器单元的p型GaNP缓冲层的厚度为200～800nm。5.根据权利要求2所述的一种电流自供给硅基垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述激光器单元的p型DBR反射层由p型掺杂的GaNP/AlNP组成，GaNP/AlNP对数为30～50对。6.根据权利要求1所述的一种电流自供给硅基垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述激光器单元的GaNP/GaNAsP/GaNP多量子阱激光发射单元中有源区材料GaNAsP的光学带隙为1.3～1.6eV，量子阱数目为2～5个。7.根据权利要求2所述的一种电流自供给硅基垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述激光器单元的n型DBR反射层由n型掺杂的GaNP/AlNP组成，GaNP/AlNP对数为20～40对；在n型DBR反射层和多量子阱激光发射单元之间还具有氧化限制层。8.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨翠柏，
申请(专利权)人：深圳市中科芯辰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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