本实用新型专利技术公开了一种短波长高效率垂直腔面发射激光器，涉及半导体光电子技术领域，包括衬底，衬底的表面由下至上依次生长有MOCVD沉积缓冲层、第一N型掺杂DBR、有源区、反转限制层、第二N型掺杂DBR和欧姆接触层，反转限制层包括氧化限制层和隧穿结。本实用新型专利技术利用反转限制层将顶部的P型DBR替换为N型DBR，由此一方面大大减少了P型DBR中较高的自由载流子吸收带来的光损耗，另一方面，大幅降低了串联电阻，从而大幅降低热损耗，有助于提高转换效率并实现高速运行。此外，将顶部的P型DBR替换为N型DBR，有效地克服了顶部P型DBR的生长工艺引起的外延非均匀性问题，有助于提高外延均匀性和良率。匀性和良率。匀性和良率。
【技术实现步骤摘要】
一种短波长高效率垂直腔面发射激光器
[0001]本技术涉及半导体光电子
，特别涉及一种短波长高效率垂直腔面发射激光器。
技术介绍
[0002]大多数垂直腔面发射激光器（VCSEL）中，都采用由周期性生长的两种厚度为λ/4具有高折射率差的多层薄膜构成的分布布拉格反射镜（DBR）做反射器。VCSEL中的DBR一般要求高达99%以上的反射率，还须具有较低的串联电阻。同时，在这些周期性半导体薄层中也必须实现在工作波长上较低的光吸收。
[0003]目前短波长VCSEL大都采用“NDBR
‑
有源区
‑
P型掺杂氧化限制层
‑
PDBR”结构，对比于N型DBR，P型DBR有更高的自由载流子吸收，进一步增加了光吸收损耗。同时，组成DBR的两种材料界面处的势垒会阻碍载流子的流动，产生较大的电阻。由于空穴具有更大的有效质量，P型DBR的电阻会较N型DBR中的电阻高很多。所以“NDBR
‑
有源区
‑
P型掺杂氧化限制层
‑
PDBR”结构的VCSEL芯片在实际生产环境中，P
‑
DBR较高的光吸收损耗与串联电阻会造成较高的热损耗，从而降低了器件的输出功率与转换效率。另外，外延片的非均匀性是导致外延良率损失的原因之一，而P型DBR高C掺杂会引起VCSEL外延片的非均匀性，从而导致外延良率损失。
[0004]可见，现有“NDBR
‑
有源区
‑
P型掺杂氧化限制层
‑
PDBR”结构的短波长VCSEL在实际生产环境中面临着P型DBR引起的转换效率与良率的问题。
技术实现思路
[0005]本技术提供一种短波长高效率垂直腔面发射激光器，其主要目的在于解决现有技术存在的问题。
[0006]本技术采用如下技术方案：
[0007]一种短波长高效率垂直腔面发射激光器，包括衬底，所述衬底的表面由下至上依次生长有MOCVD沉积缓冲层、第一N型掺杂DBR、有源区、反转限制层、第二N型掺杂DBR和欧姆接触层，所述反转限制层包括氧化限制层和隧穿结。
[0008]进一步，所述氧化限制层为P型掺杂氧化限制层或者N型掺杂氧化限制层；所述反转限制层由下至上包括P型掺杂氧化限制层和隧穿结；或者所述反转限制层由下至上包括隧穿结和N型掺杂氧化限制层。
[0009]进一步，所述P型掺杂氧化限制层和N型掺杂氧化限制层包括中部未氧化区和外环氧化区，所述中部未氧化区为Al
x
Ga1‑
x
As材料层（x为Al
x
Ga1‑
x
As材料层的Al含量），所述外环氧化区为Al2O3材料层，并且中部未氧化区的孔径范围为2
‑
100μm。
[0010]再进一步，所述P型掺杂氧化限制层的中部未氧化区为掺C、Te、Mg或Zn的Al
x
Ga1‑
x
As材料层，外环氧化区为Al2O3材料层。
[0011]再进一步，所述N型掺杂氧化限制层的中部未氧化区为掺Si或Te的Al
x
Ga1‑
x
As材料
层，外环氧化区为Al2O3材料层。
[0012]进一步，所述P型掺杂氧化限制层和N型掺杂氧化限制层的厚度范围均为5
‑
50nm。
[0013]进一步，所述衬底为GaAs材料，并且所述有源区的激射波长范围为750nm
‑
1200nm。
[0014]进一步，所述有源区为InGaAs/GaAs、InGaAs/AlGaAs、InGaAs/GaAsP、GaAs/AlGaAs、AlInGaAs/AlGaAs、InGaAsP/AlGaAs或AlGaInP/GaAs的量子阱材料。
[0015]进一步，所述隧穿结由下至上包括P型重掺层和N型重掺层，并且所述P型重掺层和N型重掺层为AlGaAs重掺层、GaAs重掺层或InGaP重掺层。具体来说，所述P型重掺层的掺杂原子为C、Mg、Zn或者Be，所述N型重掺层的掺杂原子为Se或者Te，并且所述P型重掺层与N型重掺层掺杂浓度均在10
19
‑
10
20 cm
‑3数量级。
[0016]再进一步，所述P型重掺层的厚度范围为8
‑
50nm，所述N型重掺层的厚度范围为10
‑
50nm。
[0017]和现有技术相比，本技术产生的有益效果在于：
[0018]本技术利用反转限制层将顶部的P型DBR替换为N型DBR，由此一方面大大减少了P型DBR中较高的自由载流子吸收带来的光损耗，另一方面，大幅降低了串联电阻，从而大幅降低热损耗，有助于提高转换效率并实现高速运行。此外，将顶部的P型DBR替换为N型DBR，有效地克服了顶部P型DBR的生长工艺引起的外延非均匀性问题，有助于提高外延均匀性和良率。
附图说明
[0019]图1为本技术的实施例一和二中VCSEL的外延结构示意图。
[0020]图2为本技术实施例一中反转限制层的结构示意图。
[0021]图3为本技术实施例二中反转限制层的结构示意图。
[0022]图中：1、衬底；2、MOCVD沉积缓冲层；3、第一N型掺杂DBR；4、有源区；5、反转限制层；51、P型掺杂氧化限制层；52、隧穿结；53、N型掺杂氧化限制层；6、第二N型掺杂DBR；7、欧姆接触层。
具体实施方式
[0023]下面参照附图说明本技术的具体实施方式。为了全面理解本技术，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本技术。
[0024]实施例一：
[0025]如图1和图2所示，一种短波长高效率垂直腔面发射激光器，包括衬底1，衬底1的表面依次由下至上依次生长有MOCVD沉积缓冲层2、第一N型掺杂DBR3、有源区4、反转限制层5、第二N型掺杂DBR6和欧姆接触层7，反转限制层5包括氧化限制层和隧穿结52。
[0026]如图1和图2所示，具体地，本实施例中氧化限制层为P型掺杂氧化限制层51，并且P型掺杂氧化限制层51设置于隧穿结52下方，即反转限制层5由下至上包括P型掺杂氧化限制层51和隧穿结52。
[0027]如图1和图2所示， P型掺杂氧化限制层51包括中部未氧化区和外环氧化区，中部未氧化区为掺C、Te、Mg或Zn的Al
x
Ga1‑
x
As材料层，外环氧化区为Al2O3材料层。本实施例的中部未氧化区优选为掺C的Al
0.98
Ga
0.2
As材料层，并且掺杂浓度在10
17
‑
10
18
cm
‑3数量级。
[0028]如图1和图2所示，P型掺杂氧化限制层51的中部未氧本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种短波长高效率垂直腔面发射激光器，其特征在于：包括衬底，衬底的表面由下至上依次生长有MOCVD沉积缓冲层、第一N型掺杂DBR、有源区、反转限制层、第二N型掺杂DBR和欧姆接触层，所述反转限制层包括氧化限制层和隧穿结。2.如权利要求1所述的一种短波长高效率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述氧化限制层为P型掺杂氧化限制层或者N型掺杂氧化限制层；所述反转限制层由下至上包括P型掺杂氧化限制层和隧穿结；或者所述反转限制层由下至上包括隧穿结和N型掺杂氧化限制层。3.如权利要求2所述的一种短波长高效率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述P型掺杂氧化限制层和N型掺杂氧化限制层包括中部未氧化区和外环氧化区，所述中部未氧化区为Al
x
Ga1‑
x
As材料层，所述外环氧化区为Al2O3材料层，并且中部未氧化区的孔径范围为2
‑
100μm。4.如权利要求2所述的一种短波长高效率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述P型掺杂氧化限制层和N型掺杂氧化限制层的厚度范...
【专利技术属性】
技术研发人员：鄢静舟，薛婷，杨奕，糜东林，
申请(专利权)人：福建慧芯激光科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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