一种垂直腔面发射激光器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，其中垂直腔面发射激光器包括：衬底；外延基本结构，位于衬底的一侧；外延基本结构包括多个有源区，多个有源区沿外延生长方向层叠设置；相邻两层的有源区之间由隧道结连接；介质层，位于外延基本结构远离衬底的一侧；驻波调节层，穿插在外延基本结构中，并靠近介质层设置；驻波调节层用于调节激光的驻波分布，以使驻波光场中的波峰偏离外延基本结构的出光腔面；其中出光腔面为外延基本结构远离衬底的表面。减少了界面态对光子的吸收，从而实现更高水平的COD阈值，保证器件具有更高的功率密度输出。率密度输出。率密度输出。

【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]本专利技术实施例涉及激光器
，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)，以砷化镓半导体材料为基础研制，有别于发光二极管(light emitting diode，LED)和激光二极管(Laser Diode，LD)等其他光源，具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，成为下一代激光雷达的理想光源。
[0003]目前，为了实现VCSEL更高的功率密度输出，业界逐渐采用多结结构设计，即通过隧道结将多个有源区串联起来，以实现出光功率成倍的提高，截至目前已经实现了八结及以上VCSEL结构的开发。通过这种多结结构设计，VCSEL功率密度已经达到了边发射器件类似的技术水平；然而这也使得VCSEL面临和边发射器件一样的挑战，即在高光功率密度作用下，激光器腔面温度迅速升高进而诱发腔面处带隙收缩，加剧光子吸收，促使腔面烧毁，造成灾变性光学镜面损伤(catastrophic optical damage，COD)。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，以提高垂直腔面发射激光器抗COD性能，实现器件更高的功率密度输出。
[0005]根据本专利技术的一方面，提供了一种垂直腔面发射激光器，包括：
[0006]衬底；
[0007]外延基本结构，位于所述衬底的一侧；所述外延基本结构包括多个有源区，多个所述有源区沿外延生长方向层叠设置；相邻两层的有源区之间由隧道结连接；
[0008]介质层，位于所述外延基本结构远离所述衬底的一侧；
[0009]驻波调节层，穿插在所述外延基本结构中，并靠近所述介质层设置；所述驻波调节层用于调节激光的驻波分布，以使驻波光场中的波峰偏离所述外延基本结构的出光腔面；所述出光腔面为所述外延基本结构远离所述衬底的表面。
[0010]可选的，所述外延基本结构还包括：
[0011]第一布拉格反射层，位于所述衬底的一侧；多个所述有源区均位于所述第一布拉格反射层远离所述衬底的一侧；
[0012]第二布拉格反射层，位于最远离所述衬底的有源区远离所述衬底的一侧；
[0013]电流扩散层，位于所述第二布拉格反射层远离所述衬底的一侧；
[0014]接触层，位于所述电流扩散层远离所述衬底的一侧；
[0015]其中，所述驻波调节层位于所述电流扩散层与所述第二布拉格反射层之间、所述电流扩散层内或者所述电流扩散层与所述接触层之间。
[0016]可选的，所述驻波调节层的材料包括ALGa1‑
x As
x
；其中，As的组分X基于激光的波
长进行调节。
[0017]可选的，P的组分X大于0，且小于或等于0.45。
[0018]可选的，所述驻波调节层的光学厚度大于二分之一的激射波长，且小于激射波长；
[0019]所述驻波调节层的材料与所述电流扩散层的材料相同。
[0020]可选的，所述有源区包括：
[0021]有源层以及位于所述有源层相对两侧的上空间层和下空间层；相对于所述上空间层，所述下空间层较靠近于所述衬底；
[0022]其中，所述上空间层的掺杂离子的类型和下空间层的掺杂离子的类型相反。
[0023]可选的，所述垂直腔面发射激光器还包括一个电流限制层，所述电流限制层位于所述第二布拉格反射层中，或者，位于邻近所述第二布拉格反射层的上空间层中；所述电流限制层具有开口，所述开口用于定义出发光区。
[0024]可选的，所述垂直腔面发射激光器还包括多个电流限制层，所述电流限制层与所述有源区一一对应；多个所述电流限制层分别位于对应的有源区的上空间层中；所述电流限制层具有开口，所述开口用于定义出发光区。
[0025]可选的，所述电流限制层包括氧化层；所述氧化层为外延生长的高Al组分的AlGaAs，其外侧被氧化区域形成绝缘的氧化铝膜层；其中，未氧化区域形成有效电流注入的发光区。
[0026]根据本专利技术的另一方面，提供了一种垂直腔面发射激光器的制备方法，用于形成本专利技术任一实施例所述的垂直腔面发射激光器，包括：
[0027]提供衬底；
[0028]在衬底一侧形成外延基本结构，并在外延基本结构中形成驻波调节层；外延基本结构包括多个有源区，多个有源区沿外延生长方向层叠设置；相邻两层的有源区之间由隧道结连接；驻波调节层靠近外延基本结构的出光腔面设置；驻波调节层用于调节激光的驻波分布，以使驻波光场中最强的波峰偏离外延基本结构的出光腔面；
[0029]形成介质层；介质层位于所述外延基本结构远离所述衬底的一侧。
[0030]本专利技术实施例提供的技术方案，在垂直腔面发射激光器的结构中引入驻波调控层，通过驻波调控层调节激光器内部的驻波分布，改变了器件结构中驻波和晶体结构之间的耦合位置，将外延基本结构和介质层之间的波峰挪移至耐受强度更好的介质层之内，减少外延基本结构界面态对光子的吸收，从而实现更高水平的COD阈值，保证器件具有更高的功率密度输出。
[0031]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本专利技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本专利技术的范围。本专利技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1是本专利技术实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图；
[0034]图2是现有技术中提供的一种垂直腔面发射激光器的部分光场强度分布图；
[0035]图3是图1所示结构的部分光场强度分布图；
[0036]图4是本专利技术实施例提供的另一种垂直腔面发射激光器的结构示意图；
[0037]图5是本专利技术实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制备方法的流程图。
具体实施方式
[0038]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0039]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：衬底；外延基本结构，位于所述衬底的一侧；所述外延基本结构包括多个有源区，多个所述有源区沿外延生长方向层叠设置；相邻两层的有源区之间由隧道结连接；介质层，位于所述外延基本结构远离所述衬底的一侧；驻波调节层，穿插在所述外延基本结构中，并靠近所述介质层设置；所述驻波调节层用于调节所述垂直腔面发射激光器中的驻波分布，以使驻波光场中的波峰偏离所述外延基本结构的出光腔面；其中所述出光腔面为所述外延基本结构远离所述衬底的表面。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，所述外延基本结构还包括：第一布拉格反射层，位于所述衬底的一侧；多个所述有源区均位于所述第一布拉格反射层远离所述衬底的一侧；第二布拉格反射层，位于最远离所述衬底的有源区远离所述衬底的一侧；电流扩散层，位于所述第二布拉格反射层远离所述衬底的一侧；接触层，位于所述电流扩散层远离所述衬底的一侧；其中，所述驻波调节层位于所述电流扩散层与所述第二布拉格反射层之间、所述电流扩散层内或者所述电流扩散层与所述接触层之间。3.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述驻波调节层的材料包括ALGa1‑
x
As
x
；其中，As的组分X基于激光的波长进行调节。4.根据权利要求3所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，其中P的组分X大于0，且小于或等于0.45。5.根据权利要求3所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述驻波调节层的光学厚度大于二分之一的激射波长，且小于激射波长；所述驻波调节层的材料与所述电流扩散层的材料相同...

【专利技术属性】
技术研发人员：李含轩，牛守柱，李辉杰，李善文，
申请(专利权)人：常州纵慧芯光半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：