长波长垂直腔面发射激光器的结构和制作方法技术

一种长波长垂直腔面发射激光器的结构，包括：一衬底，该衬底为Ｎ型ＩｎＰ衬底；一缓冲层制作在衬底上；一下布拉格反射镜制作在缓冲层上，该下布拉格反射镜用于反射激光腔内的光来形成激光振荡；一有源区，该有源区制作在下布拉格反射镜上，用来形成光增益；一电极接触层，该电极接触层制作在有源区上的两侧，用来形成良好的欧姆接触；一上布拉格反射镜，该上布拉格反射镜制作在有源区上的中间位置，同时形成出光窗口，并用于反射激光腔内的光来形成激光振荡；一Ｐ电极，该Ｐ电极制作在电极接触层的上面，用于电流注入；一Ｎ电极，该Ｎ电极制作在衬底的下面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种，采用了InP层和空气层的组合作为下分布布拉格反射镜。本专利技术还涉及制造该结构的工艺和方法。
技术介绍
垂直腔面发射激光器因其本身低阈值、圆形光束、易耦合和易二维集成等优点，成为光电子领域研究的热点。在光纤通讯系统中，动态单模工作的长波长垂直腔面发射激光光源是不可缺少的关键性元件。主要用于中距离和长距离高速数据通讯和光互连、光并行处理、光识别系统，在城域网和广域网中都有着重要的应用。在长波长如1.31μm与1.55μm波长附近区域，能够提供高增益的材料主要是基于InP衬底的材料，但是基于InP材料的半导体布拉格反射镜因为折射率差太小、热阻太大，所以反射率很难达到面发射激光器能够激射的要求。而InP层和空气层组成的布拉格反射镜因其折射率差很大，所以可以通过很少的周期就可以达到非常高的反射率，改进了传统长波长垂直腔面发射激光器分布布拉格反射镜层数多，热阻大，难以达到高反射率，外延生长困难的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种，其改进了传统长波长垂直腔面发射激光器分布布拉格反射镜层数多，热阻大，难以达到高反射率，外延生长困难的缺点。本专利技术一种长波长垂直腔面发射激光器的结构，其特征在于，该结构包括一衬底，该衬底为N型InP衬底；一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；一下布拉格反射镜，该下布拉格反射镜制作在缓冲层上，该下布拉格反射镜用于反射激光腔内的光来形成激光振荡；一有源区，该有源区制作在下布拉格反射镜上，用来形成光增益；一电极接触层，该电极接触层制作在有源区上的两侧，用来形成良好的欧姆接触；一上布拉格反射镜，该上布拉格反射镜制作在有源区上的中间位置，同时形成出光窗口，并用于反射激光腔内的光来形成激光振荡；一P电极，该P电极制作在电极接触层的上面，用于电流注入；一N电极，该N电极制作在衬底的下面。其中下布拉格反射镜由3.5个周期的InP层和空气层组成，其中每个周期包括InGaAs支持层、InP层和空气层。其中InGaAs支持层和空气层的厚度为设计真空中心波长的四分之一，InP层的厚度为设计真空中心波长的四分之一再除以其折射率。其中P电极采用的材料为AuZnAu。其中上布拉格反射镜包括6个周期 Si/SiO2多层介质膜。本专利技术一种长波长垂直腔面发射激光器结构的制作方法，其特征在于，该方法包括如下步骤(1)采用外延工艺金属有机化学气相沉积方法在衬底依次生长缓冲层、下分布布拉格反射镜、有源区和电极接触层；(2)通过标准光刻工艺形成初始图形，用光刻胶形成掩膜进行质子注入，用于电流限制和光限制；(3)首先蒸发P电极的材料AuZnAu，再通过标准光刻工艺形成掩膜，然后腐蚀形成P电极形状和出光窗口，然后进行合金化处理； (4)通过标准光刻工艺形成台面掩膜，通过干法刻蚀或湿法腐蚀的方法形成台面；(5)减薄、抛光N型InP衬底，在衬底的下面蒸发N电极，然后进行合金化处理；(6)通过标准光刻工艺形成掩膜，带光刻胶电子束回旋共振淀积或者电子束蒸发上布拉格反射镜，包括依次淀积或蒸发的六个周期的介质膜Si层和SiO2层，然后进行剥离形成上分布布拉格反射镜；(7)通过标准光刻工艺形成掩膜，通过湿法选择腐蚀InGaAs层的中间部分，形成空气层，然后经二氧化碳临界点干燥仪干燥，形成下分布布拉格反射镜。其中每个周期的下分布布拉格反射镜包括InGaAs支持层、InP层和空气层。其中整个结构是通过金属有机化学气相沉积方法生长，该下分布布拉格反射镜首先生长的材料为InGaAs支持层和InP层。其中通过标准光刻工艺结合干法或湿法腐蚀形成台面，台面腐蚀液采用HCl∶CH3 COOH∶H2O2∶H2O＝12∶6∶2∶5，可以使腐蚀得到的台面尽可能垂直，再通过湿法选择腐蚀InGaAs层的中间位置，腐蚀液采用FeCl3∶H2O＝2∶1，然后经二氧化碳临界点干燥仪干燥形成稳定的空气层。其中上分布布拉格反射镜是通过标准光刻工艺，带光刻胶电子束回旋共振淀积或者电子束蒸发后进行剥离形成。其中先通过标准光刻工艺，使用光刻胶作为掩膜，再通过质子注入的方法来实现电流限制和光限制。其中采用蒸发AuZnAu材料作为P电极，再通过标准光刻工艺形成掩膜，然后腐蚀形成电极形状和出光窗口。附图说明为进一步说明本专利技术的内容及特点，以下结合实例及附图，详细说明如后，其中图1是本专利技术长波长面发射激光器的示意图；图2是通过干法刻蚀形成的台面图；图3是本专利技术Si层71和SiO2层72组成的上分布布拉格反射镜7的示意图；图4是本专利技术InP层42和空气层43形成的下分布布拉格反射镜4的扫描电子显微镜图；具体实施方式请参阅图1所示，本专利技术一种长波长垂直腔面发射激光器的结构，其特征在于，该结构包括 一衬底2，该衬底2为N型InP衬底；一缓冲层3，该缓冲层3制作在衬底2上；一下布拉格反射镜4，该下布拉格反射镜4制作在缓冲层3上，该下布拉格反射镜4用于反射激光腔内的光来形成激光振荡；该下布拉格反射镜4由3.5个周期的InP层42和空气层43组成，其中每个周期包括InGaAs支持层41、InP层42和空气层43；该InGaAs支持层41和空气层43的厚度为设计真空中心波长的四分之一，InP层42的厚度为设计真空中心波长的四分之一再除以其折射率；一有源区5，该有源区5制作在下布拉格反射镜4上，用来形成光增益；一电极接触层6，该电极接触层6制作在有源区5上的两侧，用来形成良好的欧姆接触；一上布拉格反射镜7，该上布拉格反射镜7制作在有源区5上的中间位置，同时形成出光窗口9，并用于反射激光腔内的光来形成激光振荡；该上布拉格反射镜7包括6个周期Si/SiO2多层介质膜71和72；一P电极8，该P电极8制作在电极接触层6的上面，用于电流注入；该P电极8采用的材料为AuZnAu；一N电极1，该N电极1制作在衬底2的下面。请再参阅图1所示，本专利技术一种长波长垂直腔面发射激光器结构的制作方法，其特征在于，该方法包括如下步骤(1)采用外延工艺金属有机化学气相沉积方法在衬底2依次生长缓冲层3、下分布布拉格反射镜4、有源区5和电极接触层6；其中每个周期的下分布布拉格反射镜4包括InGaAs支持层41、InP层42和空气层43；该下分布布拉格反射镜4首先生长的材料为InGaAs支持层41和InP层42；(2)通过标准光刻工艺形成初始图形，用光刻胶形成掩膜进行质子注入，用于电流限制和光限制；(3)首先蒸发P电极8的材料AuZnAu，再通过标准光刻工艺形成掩膜，然后腐蚀形成P电极8形状和出光窗口9，然后进行合金化处理；(4)通过标准光刻工艺形成台面掩膜，通过干法刻蚀或湿法腐蚀的方法形成台面；(5)减薄、抛光N型InP衬底2，在衬底2的下面蒸发N电极1，然后进行合金化处理；(6)通过标准光刻工艺形成掩膜，带光刻胶电子束回旋共振淀积或者电子束蒸发上布拉格反射镜7，包括依次淀积或蒸发的六个周期的介质膜Si层71和SiO2层72，然后进行剥离形成上分布布拉格反射镜7；该上分布布拉格反射镜7是通过标准光刻工艺，带光刻胶电子束回旋共振淀积或者电子束蒸发后进行剥离形成；(7)通过标准光刻工艺形成掩膜，通过湿法选择腐蚀InGaAs层41的中间部分，形成空气层43，然后经二氧化碳临界点干燥仪干燥，形成下分布布拉格反射镜4。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长波长垂直腔面发射激光器的结构，其特征在于，该结构包括：一衬底，该衬底为Ｎ型ＩｎＰ衬底；一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；一下布拉格反射镜，该下布拉格反射镜制作在缓冲层上，该下布拉格反射镜用于反射激光腔内的光来形成激光振荡；一有源区，该有源区制作在下布拉格反射镜上，用来形成光增益；一电极接触层，该电极接触层制作在有源区上的两侧，用来形成良好的欧姆接触；一上布拉格反射镜，该上布拉格反射镜制作在有源区上的中间位置，同时形成出光窗口，并用于反射激光腔内的光来形成激光振荡；一Ｐ电极，该Ｐ电极制作在电极接触层的上面，用于电流注入；一Ｎ电极，该Ｎ电极制作在衬底的下面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王小东，吴旭明，谭满清，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]