垂直腔面发射激光器及电子设备制造技术

本申请提供一种垂直腔面发射激光器和电子设备，垂直腔面发射激光器包括：衬底，以及在衬底上依次层叠设置的第二反射器、第二隔离层、有源层、第一隔离层以及第一反射器，第二反射器和第一反射器之间限定出谐振腔；第一反射器包括相互层叠设置的第一光栅层和第一透明导电层，第一光栅层的材料的折射率大于第一透明导电层的材料的折射率；第一反射器上具有供激光射出的出光区域；第一透明导电层和第一光栅层均至少覆盖出光区域。本申请能够减小器件的串联电阻，减少器件的产热，提高器件的热稳定性和可靠性。定性和可靠性。定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】垂直腔面发射激光器及电子设备


[0001]本申请涉及半导体激光器
，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器及电子设备。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器(Vertical
‑
Cavity Surface
‑
Emitting Laser，VCSEL)是一种新型的半导体激光发射元件，具有阈值电流小，低成本，低功耗，发散角小，与光纤耦合效率高，可实现高调制速率，易于大批量阵列化生产与测试等优异特性。VCSEL在光通信领域最先得到应用，未来将大规模应用于物联网、5G通信、先进驾驶系统等领域。
[0003]现有的垂直腔面发射激光器通常由三五族化合物半导体材料构成，参照图1，垂直腔面发射激光器80包括：依次层叠在衬底81上的下分布布拉格反射镜82(Distributed Bragg Reflector，DBR)，n型隔离层83、有源区84、p型隔离层85和上分布布拉格反射镜86。其中，DBR由多对高低折射率1/4波长光学厚度的膜系堆叠而成。另外，上分布布拉格反射镜86的顶部边缘处还设有环状的上金属电极87，在衬底81凸出于封装88的部分上还设有下金属电极89。进一步的，在上分布布拉格反射镜86内靠近边缘部的位置处还设有电流限制层90，电流限制层90整体呈环状结构，且大致位于上金属电极87的正下方，电流限制层90可以在上分布布拉格反射镜86、有源区84、下分布布拉格反射镜82等的中心部形成圆柱状的电流流动通道K，且上金属电极87和电流流动通道K在器件厚度方向上的位置相互错开。/>[0004]然而，上述的垂直腔面发射激光器中，器件电流经过DBR注入有源区，并由环状的电流限制层限定出的电流流动通道注入，这会引入较大的串联电阻，增加器件的产热，导致器件的热稳定性和可靠性较差。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种垂直腔面发射激光器及电子设备，器件的串联电阻较小，且器件的热稳定性和可靠性较佳。
[0006]本申请第一方面提供一种垂直腔面发射激光器，包括：衬底，以及在衬底上依次层叠设置的第二反射器、第二隔离层、有源层、第一隔离层以及第一反射器，第二反射器和第一反射器之间限定出谐振腔；第一反射器包括相互层叠设置的第一光栅层和第一透明导电层，第一光栅层的材料的折射率大于第一透明导电层的材料的折射率；第一反射器上具有供激光射出的出光区域；出光区域与有源层的设置区域相对应，第一透明导电层和第一光栅层均至少覆盖出光区域。
[0007]在一种可能的实施方式中，有源层在第一透明导电层上的正投影位于第一透明导电层的设置区域内，并且有源层在第一光栅层上的正投影位于第一光栅层的设置区域内，第一反射器上与有源层正对的区域为出光区域。
[0008]在一种可能的实施方式中，第一透明导电层在有源层上的正投影位于有源层的设置区域内，第一反射器上与第一透明导电层正对的区域为出光区域。在一种可能的实施方
式中，第一透明导电层与第一隔离层直接接触，以使第一透明导电层中的电流经过第一隔离层注入有源层。
[0009]在一种可能的实施方式中，第一透明导电层设于第一隔离层背离第二反射器的一面上，第一光栅层设于第一透明导电层背离第一隔离层的一面上。
[0010]在一种可能的实施方式中，第一透明导电层为连续膜层。
[0011]在一种可能的实施方式中，第一反射器还包括保护层，保护层设于第一透明导电层上，并覆盖第一光栅层，保护层的材料的折射率低于第一光栅层的材料的折射率。
[0012]在一种可能的实施方式中，第一光栅层设于第一隔离层背离第二反射器的一面上，第一透明导电层设于第一光栅层背离第一隔离层的一面上。
[0013]第一光栅层包括多个间隔设置的光栅体，光栅体形成第一光栅层的光栅脊，相邻光栅体之间的间隔形成第一光栅层的光栅谷。
[0014]在一种可能的实施方式中，第一光栅层中光栅体的材质与第一隔离层的材质相同。
[0015]在一种可能的实施方式中，第一透明导电层为连续膜层，且第一透明导电层覆盖在第一光栅层上。
[0016]在一种可能的实施方式中，第一透明导电层为镂空结构，以形成多个间距设置的导电体，导电体与光栅体一一对应，以使第一透明导电层中形成光栅结构。
[0017]在一种可能的实施方式中，第一反射器还包括保护层，保护层设于第一透明导电层背离有源层的一侧，保护层的材料的折射率低于第一光栅层的材料的折射率。
[0018]在一种可能的实施方式中，第一透明导电层的未被保护层覆盖的部位形成第一电极部，第一电极部用于与外部电路电连接。
[0019]在一种可能的实施方式中，第一光栅层的材料的折射率大于或等于保护层的材料的折射率的1.4倍，第一光栅层的消光系数小于0.05。
[0020]在一种可能的实施方式中，第一光栅层为亚波长光栅层。
[0021]在一种可能的实施方式中，第一透明导电层材质为电阻率低于
[0022]5x10
‑3Ω
·
cm的非金属材料；和/或第一透明导电层对垂直腔面发射激光器所发出的激光，具有小于0.03的消光系数；和/或第一透明导电层对于垂直腔面发射激光器所发出的激光的吸收率低于0.5％。
[0023]在一种可能的实施方式中，第一透明导电层的材料为透明导电氧化物。
[0024]在一种可能的实施方式中，第一光栅层包括多个间距设置的光栅体，光栅体为长条状；或者光栅体为岛状，岛状的光栅体的横截面为方形、圆形、六边形中的一者。
[0025]在一种可能的实施方式中，光栅体为岛状时，各个岛状的光栅体阵列排布或者呈蜂窝状排布。
[0026]在一种可能的实施方式中，第一光栅层的材料的折射率大于或等于第一透明导电层的材料的折射率的1.4倍，并且第一光栅层对垂直腔面发射激光器所发出的激光，具有小于0.1的消光系数。
[0027]在一种可能的实施方式中，第一光栅层的材料为硅、氮化镓、磷化铟、硫化钼、磷化镓中的至少一者。
[0028]在一种可能的实施方式中，第二反射器对垂直腔面发射激光器所发出的激光的反
射率，高于第一反射器对垂直腔面发射激光器所发出的激光的反射率。
[0029]在一种可能的实施方式中，第二反射器包括分布式布拉格反射器。
[0030]在一种可能的实施方式中，第二反射器包括多个高折射率材料层和多个低折射率材料层，高折射率材料层的数量与低折射率材料层的数量相同，且各高折射率材料层和各低折射率材料层交替层叠，第二反射器中低折射率材料层的数量为20～30层。
[0031]在一种可能的实施方式中，还包括衬底、第二导电层和第二电极，第二导电层层叠在分布式布拉格反射器和衬底之间，且分布式布拉格反射器和第二电极相互间隔地层叠在第二导电层上，第二电极用于和外部电路电连接。
[0032]在一种可能的实施方式中，第二反射器包括第二光栅层和形成在第二光栅层上的第二透明导电层，第二光栅层的材料的折射率大于第二透明导电层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：衬底，以及在所述衬底上依次层叠设置的第二反射器、第二隔离层、有源层、第一隔离层以及第一反射器，所述第二反射器和所述第一反射器之间限定出谐振腔；所述第一反射器包括相互层叠设置的第一光栅层和第一透明导电层，所述第一光栅层的材料的折射率大于所述第一透明导电层的材料的折射率；所述第一反射器上具有供激光射出的出光区域，所述出光区域与所述有源层的设置位置相对应；所述第一透明导电层和所述第一光栅层均至少覆盖所述出光区域。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，所述有源层在所述第一透明导电层上的正投影位于所述第一透明导电层的设置区域内，并且所述有源层在所述第一光栅层上的正投影位于所述第一光栅层的设置区域内，所述第一反射器上与所述有源层正对的区域为所述出光区域。3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一透明导电层在所述有源层上的正投影位于所述有源层的设置区域内，所述第一反射器上与所述第一透明导电层正对的区域为所述出光区域。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，所述第一透明导电层与所述第一隔离层直接接触，以使所述第一透明导电层中的电流经过所述第一隔离层注入所述有源层。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一透明导电层设于所述第一隔离层背离所述第二反射器的一面上，所述第一光栅层设于所述第一透明导电层背离所述第一隔离层的一面上。6.根据权利要求5所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一透明导电层为连续膜层。7.根据权利要求5所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一反射器还包括保护层，所述保护层设于所述第一透明导电层上，并覆盖所述第一光栅层，所述保护层的材料的折射率低于所述第一光栅层的材料的折射率。8.根据权利要求1
‑
4任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一光栅层设于所述第一隔离层背离所述第二反射器的一面上，所述第一透明导电层设于所述第一光栅层背离所述第一隔离层的一面上。9.根据权利要求8所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一光栅层包括多个间隔设置的光栅体，所述光栅体形成所述第一光栅层的光栅脊，相邻所述光栅体之间的间隔形成所述第一光栅层的光栅谷。10.根据权利要求9所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一光栅层中所述光栅体的材质与所述第一隔离层的材质相同。11.根据权利要求10所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一透明导电层为镂空结构，以形成多个间距设置的导电体，所述导电体与所述光栅体一一对应，以使所述第一透明导电层中形成光栅结构。12.根据权利要求10所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一透明导电层为连续膜层，且所述第一透明导电层覆盖多个所述光栅体的顶部，并覆盖多个所述光栅体之间的间隔。
13.根据权利要求8
‑
12中任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一反射器还包括保护层，所述保护层设于所述第一透明导电层背离所述有源层的一侧，所述保护层的材料的折射率低于所述第一光栅层的材料的折射率。14.根据权利要求7或13所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一透明导电层的未被所述保护层覆盖的部位形成第一电极部，所述第一电极部用于与外部电路电连接。15.根据权利要求7或13所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一光栅层的材料的折射率大于或等于所述保护层的材料的折射率的1.4倍，且所述第一光栅层的消光系数小于0.05。16.根据权利要求1
‑
15任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一光栅层为亚波长光栅层。17.根据权利要求1
‑
15任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一透明导电层材质为电阻率低于5x10
‑3Ω
·
cm的非金属材料；和/或所述第一透明导电层对所述垂直腔面发射激光器所发出的激光，具有小于0.03的消光系数；和/或所述第一透明导电层对于所述垂直腔面发射激光器所发出的激光的吸收率低于0.5％。18.根据权利要求1
‑
15任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一透明导电层的材料为透明导...

【专利技术属性】
技术研发人员：张驰，兰洋，沈健，
申请(专利权)人：深圳市汇顶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：