一种垂直腔面发射激光器及其制备方法技术

本申请公开了一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，涉及半导体器件技术领域，本申请的垂直腔面发射激光器，包括衬底以及形成于衬底上的发光结构，发光结构包括依次设置于衬底上的底部反射器，多量子阱层以及顶部反射器，发光结构上设置有两个弧形凹槽，两个弧形凹槽的开口相对，且弧形凹槽的底部露出衬底，顶部反射器靠近多量子阱层的一侧设置有电流限制层，所述电流限制层包括电流通道以及界定电流通道的高阻区，电流通道具有相对的长轴和短轴，且长轴与弧形凹槽相对方向垂直。本申请提供的垂直腔面发射激光器及其制备方法，能够增大同阶模之间的拍频，从而有效抑制激光器模式竞争和模式跳动噪声，提高光功率的稳定性、增强光信号的信噪比。强光信号的信噪比。强光信号的信噪比。

【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]本申请涉及半导体器件
，具体而言，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)，又可以称为垂直共振腔面射型激光器，与激光由边缘射出的边射型激光器有所不同，垂直腔面发射激光器通过布拉格反射器形成谐振腔，光从垂直于半导体衬底表面方向出射。相比边射型半导体激光器，VCSEL不存在光学腔面损伤，且具有低的阈值电流、远场发散角小、近圆形光斑、光方向垂直于衬底表面，与光纤耦合效率高、易于集成二维阵列等优点，所以VCSEL在光互连、光通讯、光信息处理以及光计算芯片中有着广泛的应用。基于VCSEL的3D人脸识别、手势识别、虹膜识别、生物传感、激光雷达等等应用都属于研究热点。
[0003]一般地，VCSEL由以下几部分组成：衬底、N
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DBR、多量子阱(Multiple Quantum well，MQW)有源区、P
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DBR、欧姆接触层。N
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DBR与P
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DBR镜面组成了VCSEL的光学谐振腔，MQW有源区为载流子增益介质，通过在衬底与欧姆接触层之间施加电压形成电泵浦实现VCSEL激光器的连续激射。当多模VCSEL激光器工作时，激光中的同阶模同时产生，且同阶模波长相差较小，这样使得同阶模之间拍频较小，在几十GHZ量级，较小的拍频会对光功率稳定性和信噪比产生不利的影响。/>
技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，能够增大同阶模之间的拍频，从而提高光功率的稳定性、增强光信号的信噪比。
[0005]本申请的实施例一方面提供了一种垂直腔面发射激光器，包括衬底以及形成于衬底上的发光结构，发光结构包括依次设置于衬底上的底部反射器，多量子阱层以及顶部反射器，发光结构上设置有两个弧形凹槽，两个弧形凹槽的开口相对，且弧形凹槽的底部露出衬底，顶部反射器靠近多量子阱层的一侧设置有电流限制层，所述电流限制层包括电流通道以及界定电流通道的高阻区，电流通道具有相对的长轴和短轴，且电流通道的长轴与弧形凹槽相对方向垂直。
[0006]作为一种可实施的方式，发光结构包括位于弧形凹槽围合区域中的发光部、位于弧形凹槽围合区域外的支撑部，以及连接发光部和支撑部的连接部，支撑部和连接部呈高阻状态。
[0007]作为一种可实施的方式，顶部反射器上设置有电连接环，连接部和支撑部上设置有与电连接环连接的信号线，所述信号线的另一端用于与芯片表面上的连接点连接，所述连接点与电连接环位于同一平面。
[0008]作为一种可实施的方式，电流通道在衬底上的投影落入电连接环围合的区域在衬底上的投影内。
[0009]作为一种可实施的方式，两个弧形凹槽内分别设置有电连接件，电连接件为环形连接件，且不与发光结构接触。
[0010]作为一种可实施的方式，电流通道的边缘为首尾相接的曲线。
[0011]作为一种可实施的方式，两个连接部的连线与电流通道的长轴共线。
[0012]作为一种可实施的方式，连接部和支撑部上设置有绝缘膜，信号线设置于绝缘膜上。
[0013]作为一种可实施的方式，顶部反射器包括P型分布式布拉格反射器，底部反射器包括N型分布式布拉格反射器。
[0014]本申请的实施例另一方面提供了一种垂直腔面发射激光器的制备方法，包括：在衬底上依次形成底部反射器、多量子阱层以及顶部反射器；采用掩膜版在顶部反射器上刻蚀两个弧形凹槽，两个弧形凹槽的开口相对，弧形凹槽的底部露出衬底；通过弧形凹槽对顶部反射器靠近多量子阱层的一侧进行氧化，形成高阻区，高阻区界定出电流通道，电流通道具有相对的长轴和短轴，且电流通道的长轴与弧形凹槽相对方向垂直；在弧形凹槽内形成电连接件，电连接件为弧形连接件，且不与发光结构接触；在位于两个弧形凹槽围合的区域中的顶部反射器上形成电连接环。
[0015]本申请实施例的有益效果包括：
[0016]本申请提供的垂直腔面发射激光器，包括衬底以及形成于衬底上的发光结构，发光结构包括依次设置于衬底上的底部反射器，多量子阱层以及顶部反射器，发光结构上设置有两个弧形凹槽，两个弧形凹槽的开口相对，且弧形凹槽的底部露出衬底，顶部反射器靠近多量子阱层的一侧设置有电流限制层，所述电流限制层包括电流通道以及界定电流通道的高阻区，电流通道具有相对的长轴和短轴，电流通道的长轴与弧形凹槽相对方向垂直，在顶部反射器和底部反射器上施加极性相反的电压时，使得多量子阱层两端具有电压差，多量子阱层在电压差的作用下激发出射光子，顶部反射器和底部反射器形成光学谐振腔，出射的光子在光学谐振腔中振荡，使得光子的能量逐渐增大，最后通过电流限制层中的电流通道由顶部反射器出射，其中，同阶模中的不同模态的光子具有不同的出射频率(或波长)，本申请的电流通道具有相对的长轴和短轴，对不同模态的光频率具有不同的影响，使得同阶模中不同模态的光频率的差值增大，从而使得同阶模中的不同模态的光子相干产生的拍频增大，大于激光探测器响应带宽，从而消除拍频对光功率稳定性和信噪比的不利影响，提高光功率的稳定性、增强光信号的信噪比。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0018]图1为本申请实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图之一；
[0019]图2为图1沿A
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A的截面示意图；
[0020]图3为图1沿B
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B的截面示意图；
[0021]图4为本申请实施例提供的一种电流限制层的结构示意图；
[0022]图5为本申请实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图之二；
[0023]图6为本申请实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图之三；
[0024]图7为本申请实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的各阶模出光图；
[0025]图8为本申请实施例提供的一种垂直腔面发射激光的制备方法的流程图。
[0026]图标：10
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垂直腔面发射激光器；11
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衬底；12
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发光结构；121
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底部反射器；122
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多量子阱层；123
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顶部反射器；124
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弧形凹槽；125
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电流限制层；126
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电流通道；127
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高阻区；131
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发光部；132
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连接部；133
‑
支撑部；14
‑...

【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，包括衬底以及形成于所述衬底上的发光结构，所述发光结构包括依次设置于所述衬底上的底部反射器、多量子阱层以及顶部反射器，所述发光结构上设置有两个弧形凹槽，两个所述弧形凹槽的开口相对，所述弧形凹槽的底部露出所述衬底，所述顶部反射器靠近所述多量子阱层的一侧设置有电流限制层，所述电流限制层包括电流通道以及界定所述电流通道的高阻区，所述电流通道具有相对的长轴和短轴，且所述电流通道的长轴与所述弧形凹槽相对方向垂直。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，所述发光结构包括位于所述弧形凹槽围合区域中的发光部、位于所述弧形凹槽围合区域外的支撑部，以及连接所述发光部和所述支撑部的连接部，所述支撑部和所述连接部呈高阻状态。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，所述顶部反射器上设置有电连接环，所述连接部和所述支撑部上设置有与所述电连接环连接的信号线，所述信号线的另一端用于与芯片表面上的连接点连接，所述连接点与所述电连接环位于同一平面。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，所述电流通道在所述衬底上的投影落入所述电连接环围合的区域在所述衬底上的投影内。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，两个所述弧形凹槽内分别设置有电连接件，所述电连接件为弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：高飞，王斌浩，
申请(专利权)人：陕西长安华科发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：