一种高调制带宽的垂直腔面发射激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种高调制带宽的垂直腔面发射激光器，由下到上分别为衬底层、下DBR层、有源区、氧化限制层、上DBR层以及最上端的P型电极，下DBR层上还敷设有N型电极，有源区由应变量子阱和势垒层构成，应变量子阱的生长晶向为衬底层的(110)方向。本发明专利技术所公开的垂直腔面发射激光器选择(110)方向生长应变量子阱，可以加剧重空穴带和轻空穴带之间的分裂，使得应变量子阱价带的有效质量最小，降低导带和价带结构的不对称性，从而降低激光器激射时所需要的反转粒子数，进而在较低的载流子注入时，可以使得有源区的微分增益显著提高；从而提高垂直腔面发射激光器器件的调制带宽和调制速率，使其具有更加优异的高速直调性能。使其具有更加优异的高速直调性能。使其具有更加优异的高速直调性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高调制带宽的垂直腔面发射激光器


[0001]本专利技术涉及一种垂直腔面发射激光器，特别涉及一种高调制带宽的垂直腔面发射激光器。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有低成本、低阈值、高速率和低功耗的优点，成为短距离光互联的核心光源，其主要波长为850nm波段。随着数据中心和光纤接入网的发展，短距离光互联性能需求越来越高。为了尽量降低成本，在此类系统中一般都采用直接调制的半导体激光器作为光源以省去外调制器所带来的额外复杂性及相应费用。然而，直接调制垂直腔面发射激光器所固有的较低的弛豫振荡频率限制了其小信号强度调制带宽，从而限制了高速直调半导体激光器的动态性能。
[0003]通过半导体激光器的动态模型我们可以得到垂直腔面发射激光器的小信号调制带宽受载流子和光子张弛振荡频率限制。本质上改善垂直腔面发射激光器小信号调制带宽的主要途径是通过改善有源区材料的微分增益来提高驰豫振荡频率。普通的850nm波段垂直腔面发射激光器通过引入压应变InGaAs/AlGaAs量子阱，可以有效提高有源区的微分增益和调制带宽。而目前普通的垂直腔面发射激光器中进一步提高有源区微分增益的自由度很小，这也限制了半导体激光器的小信号调制带宽和调制速率的进一步提高。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高调制带宽的垂直腔面发射激光器，通过改变应变量子阱的生长晶向与应变的共同作用来提高有源区的微分增益，从而进一步提高垂直腔面发射激光器的调制带宽和调制速率。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种高调制带宽的垂直腔面发射激光器，由下到上分别为衬底层、下DBR层、有源区、氧化限制层、上DBR层以及最上端的P型电极，所述下DBR层上还敷设有N型电极，所述有源区由应变量子阱和势垒层构成，所述应变量子阱的生长晶向为衬底层的(110)方向。
[0007]上述方案中，所述应变量子阱的材料为三元材料In
0.15
Ga
0.85
As，该三元材料由二元化合物InAs和GaAs按照15:85的掺杂质量比混合而成。
[0008]上述方案中，所述势垒层的材料为三元材料Al
0.37
Ga
0.63
As，该三元材料由二元化合物AlAs和GaAs按照37:63的掺杂质量比混合而成。
[0009]上述方案中，所述衬底层的材料为GaAs。
[0010]上述方案中，所述下DBR层由8对N型DBR单元一和25对DBR单元二组成，每对所述DBR单元一均包括第一高反射率DBR层和第一低反射率DBR层，所述第一高反射率DBR层的材料为三元材料Al
0.9
Ga
0.1
As，该三元材料由AlAs和GaAs按照90:10的掺杂质量比混合而成；所述第一低反射率DBR层的材料为三元材料Al
0.12
Ga
0.88
As，该三元材料由AlAs和GaAs按照12:88的掺杂质量比混合而成；
[0011]每对所述DBR单元二均包括第二高反射率DBR层和第二低反射率DBR层，所述第二高反射率DBR层的材料为二元化合物AlAs，所述第二低反射率DBR层的材料为三元材料Al
0.1
Ga
0.9
As，该三元材料由AlAs和GaAs按照10:90的掺杂质量比混合而成。
[0012]上述方案中，所述氧化限制层包括4对P型上氧化限制层和位于底部的2对下氧化限制层，每对所述上氧化限制层均包括氧化限制层一和氧化限制层二，所述氧化限制层一的材料为三元材料Al
0.96
Ga
0.04
As，该三元材料由二元化合物AlAs和GaAs按照96:4的掺杂质量比混合而成；所述氧化限制层二的材料为三元材料Al
0.12
Ga
0.88
As，该Al
0.12
Ga
0.88
As由二元化合物AlAs和GaAs按照12:88的掺杂质量比混合而成；
[0013]每对所述下氧化限制层均包括氧化限制层三和氧化限制层四，所述氧化限制层三的材料为三元材料Al
0.98
Ga
0.02
Ass，该三元材料由二元化合物AlAs和GaAs按照98:2的掺杂质量比混合而成；所述氧化限制层四的材料为三元材料Al
0.12
Ga
0.88
As，该三元材料由二元化合物AlAs和GaAs按照12:88的掺杂质量比混合而成。
[0014]上述方案中，所述上DBR层由14对P型DBR单元三组成，每个所述DBR单元三均包括第三高反射率DBR层和第三低反射率DBR层，所述第三高反射率DBR层的材料为三元材料Al
0.9
Ga
0.1
As，该三元材料由二元化合物AlAs和GaAs按照90:10的掺杂质量比混合而成，所述第三低反射率DBR层的材料为三元材料Al
0.12
Ga
0.88
As，该三元材料由二元化合物AlAs和GaAs按照12:88的掺杂质量比混合而成。
[0015]通过上述技术方案，本专利技术提供的一种高调制带宽的垂直腔面发射激光器具有如下有益效果：
[0016]1、本专利技术选择衬底层的(110)方向作为应变量子阱的生长晶向，可以加剧重空穴带和轻空穴带之间的分裂，使得应变量子阱价带的有效质量最小，降低导带和价带结构的不对称性，降低激光器激射时所需要的反转粒子数，进而在较低的载流子注入时，可以使得有源区的微分增益获得显著提高。
[0017]2、本专利技术通过改变应变量子阱的生长晶向与应变的共同作用来提高有源区的微分增益，进而提高垂直腔面发射激光器的驰豫振荡频率，从而进一步提高垂直腔面发射激光器器件的调制带宽和调制速率，使其具有更加优异的高速直调性能。
[0018]3、由于垂直腔面发射激光器不受解理面的限制，可以沿着任意晶向生长应变量子阱结构，因此，本专利技术选择衬底层的(110)方向生长应变量子阱不会增加工艺上的难度，因而提高调制带宽的同时并不显著增加制作成本，也不会显著影响器件的成品率。
附图说明
[0019]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。
[0020]图1为本专利技术实施例所公开的一种高调制带宽的垂直腔面发射激光器示意图；
[0021]图2为本专利技术实施例所公开的有源区示意图；
[0022]图3为本专利技术实施例所公开的下DBR层示意图；
[0023]图4为本专利技术实施例所公开的氧化限制层示意图；
[0024]图5为本专利技术实施例所公开的上DBR层示意图；
[0025]图6(a)、图6(b)、图6(c)、图6(d)分别为(001)、(110)、(221)、(111)方向生长的应<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高调制带宽的垂直腔面发射激光器，由下到上分别为衬底层、下DBR层、有源区、氧化限制层、上DBR层以及最上端的P型电极，所述下DBR层上还敷设有N型电极，所述有源区由应变量子阱和势垒层构成，其特征在于，所述应变量子阱的生长晶向为衬底层的(110)方向。2.根据权利要求1所述的一种高调制带宽的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述应变量子阱的材料为三元材料In
0.15
Ga
0.85
As，该三元材料由二元化合物InAs和GaAs按照15:85的掺杂质量比混合而成。3.根据权利要求1所述的一种高调制带宽的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述势垒层的材料为三元材料Al
0.37
Ga
0.63
As，该三元材料由二元化合物AlAs和GaAs按照37:63的掺杂质量比混合而成。4.根据权利要求1所述的一种高调制带宽的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述衬底层的材料为GaAs。5.根据权利要求1所述的一种高调制带宽的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述下DBR层由8对N型DBR单元一和25对DBR单元二组成，每对所述DBR单元一均包括第一高反射率DBR层和第一低反射率DBR层，所述第一高反射率DBR层的材料为三元材料Al
0.9
Ga
0.1
As，该三元材料由AlAs和GaAs按照90:10的掺杂质量比混合而成；所述第一低反射率DBR层的材料为三元材料Al
0.12
Ga
0.88
As，该三元材料由AlAs和GaAs按照12:88的掺杂质量比混合而成；每对所述DBR单元二均包括第二高反射率DBR层和第二低反射率DBR层，所述第二高反射率DBR层的材料为二元化合物AlAs，所述第二低反射率DBR层的材料为三元材料Al
0.1
Ga
0.9
As，该三元材料由AlAs和Ga...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑伟，李洵，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：