一种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垂直腔面发射激光器。该垂直腔面发射激光器包括：衬底；第一布拉格反射镜，第一布拉格反射镜位于衬底的表面；有源区，有源区位于第一布拉格反射镜远离衬底的表面，有源区包括至少两层有源层和至少一个隧道结，任意相邻两层有源层之间设置有一隧道结；每一个隧道结包括P型隧道子层和N型隧道子层，P型隧道子层和N型隧道子层包括的元素相同、组分不同，隧道结内部包括能级势垒，能级势垒用于抑制电子溢出；第二布拉格反射镜，第二布拉格反射镜位于有源区远离第一布拉格反射镜的表面。本发明专利技术实施例提供的技术方案提高了隧道结的外延生长质量的同时，降低了隧道结中量子的逃逸程度。的逃逸程度。的逃逸程度。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直腔面发射激光器


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器。

技术介绍

[0002]垂直腔面激光器(VCSEL)，具有很多与生俱来的优势，比如通过金属有机物气相外延(MOVPE)生长即可生成非常平整的布拉格反射镜的出射镜面，将出射镜面对光的损失降低到了很低的水平，使得垂直腔面激光器具有损耗低、光束质量好、调制速度快、结构紧凑、易于量产以及器件可靠性高等优势，进而使其在激光雷达，光通信，探测器等领域有着广泛的应用。其中以GaAs为有源层材料的垂直腔面激光器，广泛应用在中短波长的区间内。
[0003]但是相对边发射激光器(EEL)，单结垂直腔面激光器的输出功率仍然较低。于是乎，导入隧道结结构(Tunnel Junction)，采用多个量子阱串联，输出功率增强的多结垂直腔面激光器应运而生。此时隧道结的隧穿效率就直接影响到了垂直腔面激光器的光功率以及能量转换效率(Power conversion efficiency，PCE)等重要性能指标。目前主流的隧道结有两种结构，一种是异质隧道结，一种是同质隧道结。异质隧道结的优势是，可以采用合适的材料，来降低对特定波长的吸收，同时也因为材料不同的原因，在隧道结内部形成了一个能带的壁垒，从而抑制了量子逃逸，提升了隧道结的隧穿效率。可是由于材料不同，通过金属有机物气相外延生长时，材料晶格会有一定概率发生位错或者偏移。因此隧道结的外延生长质量反而有可能影响垂直腔面激光器的性能。另一种是同质隧道结，由于采用了相同的材料，因此在通过金属有机物气相外延生长阶段的晶格质量相对较高。随之带来的问题是，较为平滑的能级曲线以及会牺牲部分波长的吸收，也会影响垂直腔面激光器的性能。隧道结部分的量子在产生隧穿效应，穿过隧道结的同时，还会有一部分量子并不会产生隧穿电流，而是翻越能带壁垒。这种量子翻越壁垒的逃逸，会随着器件两端施加的电压升高，而愈发严重。这限制了隧道结的隧穿效率，从而影响了采用多结结构的垂直腔面激光器的光功率等指标。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种垂直腔面发射激光器，以提高隧道结的外延生长质量的同时，还能降低隧道结中量子的逃逸程度。
[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]第一布拉格反射镜，所述第一布拉格反射镜位于所述衬底的表面；
[0008]有源区，所述有源区位于所述第一布拉格反射镜远离所述衬底的表面，所述有源区包括至少两层有源层和至少一个隧道结，任意相邻两层所述有源层之间设置有一所述隧道结；每一个所述隧道结包括P型隧道子层和N型隧道子层，所述P型隧道子层和所述N型隧道子层包括的元素相同、组分不同，所述隧道结内部包括能级势垒，所述能级势垒用于抑制电子溢出；
[0009]第二布拉格反射镜，所述第二布拉格反射镜位于所述有源区远离所述第一布拉格反射镜的表面。
[0010]可选地，所述P型隧道子层为A(x1)BC,所述N型隧道子层为A(x2)BC,所述X1和所述X2的取值不相等，所述A为所述P型隧道子层和所述N型隧道子层包括的第一种元素，所述B为所述P型隧道子层和所述N型隧道子层包括的第二种元素，所述C为所述P型隧道子层和所述N型隧道子层包括的第三种元素。
[0011]可选地，所述X1大于所述X2。
[0012]可选地，所述X2大于0。
[0013]可选地，所述X1小于1。
[0014]可选地，所述X1小于或等于0.41。
[0015]可选地，至少两层有源层包括第一有源层和第二有源层，所述隧道结位于所述第一有源层和所述第二有源层之间；
[0016]所述第一有源层包括第一N型子层、第一活动区和第一P型子层的叠层；
[0017]所述第二有源层包括第二N型子层、第二活动区和第二P型子层的叠层；
[0018]所述P型隧道子层和所述第一P型子层的叠层相邻设置；
[0019]所述N型隧道子层和所述第二N型子层相邻设置；
[0020]所述第一P型子层为A(x)BC，所述第二N型子层为A(x)BC；
[0021]所述X等于所述X1，或者，所述X等于所述X2。
[0022]可选地，所述A包括Al元素。
[0023]可选地，所述B包括Ga元素。
[0024]可选地，所述C包括As元素。
[0025]本实施例提供的技术方案，P型隧道子层(P
‑
TJ)和N型隧道子层(N
‑
TJ)的材料相同，通过调节隧道结材料的组分比例，人为在原有较为平滑的隧道结内制造能级壁垒的方法，降低量子逃逸，从而达到提升隧道结量子隧穿效率的目的。并且避免了异质结结构的隧道结由于采用不同材料所导致的生长位错以及应变。最终，将进一步提升采用多结结构垂直腔面激光器的性能指标。
[0026]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
[0027]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。
[0028]图1是现有技术中提供的两层有源层之间设置有一同质结隧道结的能带示意图；
[0029]图2是现有技术中提供的两层有源层之间设置有一异质结隧道结的能带示意图；
[0030]图3是根据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；
[0031]图4是根据本专利技术实施例提供的一种两层有源层之间设置有一隧道结的能带示意图；
[0032]图5是根据本专利技术实施例提供的另一种两层有源层之间设置有一隧道结的能带示意图。
具体实施方式
[0033]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。
[0034]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。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0035]为了提高隧本文档来自技高网...

【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；第一布拉格反射镜，所述第一布拉格反射镜位于所述衬底的表面；有源区，所述有源区位于所述第一布拉格反射镜远离所述衬底的表面，所述有源区包括至少两层有源层和至少一个隧道结，任意相邻两层所述有源层之间设置有一所述隧道结；每一个所述隧道结包括P型隧道子层和N型隧道子层，所述P型隧道子层和所述N型隧道子层包括的元素相同、组分不同，所述隧道结内部包括能级势垒，所述能级势垒用于抑制电子溢出；第二布拉格反射镜，所述第二布拉格反射镜位于所述有源区远离所述第一布拉格反射镜的表面。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P型隧道子层为A(x1)BC,所述N型隧道子层为A(x2)BC,所述X1和所述X2的取值不相等，所述A为所述P型隧道子层和所述N型隧道子层包括的第一种元素，所述B为所述P型隧道子层和所述N型隧道子层包括的第二种元素，所述C为所述P型隧道子层和所述N型隧道子层包括的第三种元素。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X1大于所述X2。4.根据权利要求2所述的垂直腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩旭，牛守柱，李辉杰，李善文，李含轩，
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：