垂直腔面发射激光器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种垂直腔面发射激光器及其制作方法，激光器包括：GaAs衬底；第一DBR层，形成于GaAs衬底上；氧化层，形成于第一DBR层上；晶格渐变层，形成于氧化层上；包覆层，形成于晶格渐变层上，包覆层包括堆叠设置的第一包覆层和第二包覆层；增益层，形成于第一包覆层和第二包覆层之间；以及第二DBR层，形成于包覆层上；其中，晶格渐变层在其厚度方向具有不同的晶格常数，且晶格渐变层靠近GaAs衬底一侧的晶格常数与所述GaAs衬底的晶格常数相匹配，所述晶格渐变层靠近所述增益层一侧的晶格常数与所述增益层的晶格常数相匹配。本发明专利技术的垂直腔面发射激光器及其制作方法，其能够灵活拓展激射波长至1500nm以上。激射波长至1500nm以上。激射波长至1500nm以上。

【技术实现步骤摘要】
垂直腔面发射激光器及其制作方法


[0001]本专利技术是关于半导体光电
，特别是关于一种垂直腔面发射激光器及其制作方法。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种半导体激光器，具有阈值电流低与易集成的优点，主要应用于人脸识别、3D传感以及短距离光通讯等领域。目前成熟的VCSEL主要基于GaAs材料体系，可以产生800
‑
1000nm的激光。InP基材料体系可以用于产生1300nm以上的激光，主要以边发射激光器的结构用于长距离光通讯。与InP衬底晶格匹配的InP/InGaAsP长波长DBR的折射率差较低(<0.3)，需要更多的周期数才能实现高反射率。另外，InP基材料体系缺乏成熟稳定的氧化孔工艺，使得1300nm以上的VCSEL工艺复杂，需要借助多次外延以及掩埋结构、键合工艺等进行制作。因此，1300nm以上的长波长VCSEL一直未能大规模应用。
[0003]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种垂直腔面发射激光器及其制作方法，其能够灵活拓展激射波长至1500nm以上。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的实施例提供了一种垂直腔面发射激光器，包括：GaAs衬底；第一DBR层，形成于所述GaAs衬底上；氧化层，形成于所述第一DBR层上；晶格渐变层，形成于所述氧化层上；包覆层，形成于所述晶格渐变层上，所述包覆层包括堆叠设置的第一包覆层和第二包覆层；增益层，形成于所述第一包覆层和所述第二包覆层之间；以及第二DBR层，形成于所述包覆层上；其中，所述晶格渐变层在其厚度方向具有不同的晶格常数，且所述晶格渐变层靠近所述GaAs衬底一侧的晶格常数与所述GaAs衬底的晶格常数相匹配，所述晶格渐变层靠近所述增益层一侧的晶格常数与所述增益层的晶格常数相匹配。
[0006]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述GaAs衬底为p型掺杂的GaAs衬底。
[0007]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述晶格渐变层的材料选自组分可调的化合物半导体薄膜材料，通过调节所述化合物半导体薄膜材料的组分，改变所述晶格渐变层在自身厚度方向的晶格常数。
[0008]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述化合物半导体薄膜材料选自In
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Ga1‑
x
As、GaAs
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Sb1‑
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、Ga
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In1‑
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As
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P1‑
y
、Ga
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Al
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In1‑
x
‑
y
As、Ga
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Al1‑
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As
y
Sb1‑
y
、Ga
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In1‑
x
As
y
Sb1‑
y
。
[0009]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述晶格渐变层的厚度D1满足：D1*N1＝m*λ/4，其中，N1为晶格渐变层的平均光学折射率，m为大于或等于1的自然数，λ为垂直腔面发射激光器的波长。
[0010]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述晶格渐变层为p型掺杂的晶格渐变层。
[0011]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述第一DBR层为p型掺杂布拉格反射镜层，
所述第一DBR层的材料选自化合物半导体材料，所述化合物半导体材料选自GaAs或Al
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Ga1‑
x
As，其中，所述Al
x
Ga1‑
x
As的晶格常数与所述GaAs衬底的晶格常数相匹配。
[0012]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述第二DBR层为介质薄膜构成的电介质布拉格反射镜层，所述第二DBR层的材料选自SiO2、Si3N4或Si。
[0013]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述布拉格反射镜层为多层结构，各层的层厚D2满足：D2*N2＝λ/4，其中，N2为各层的光学折射率，λ为垂直腔面发射激光器的波长。
[0014]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述氧化层至少包括一层AlGaAs层或一层AlAs层，其中，所述AlGaAs层的Al组分高于95％。
[0015]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述氧化层还包括一层Al组分低于90％的Al
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Ga1‑
x
As层或GaAs层。
[0016]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述氧化层的总厚度D3满足：D3*N3＝λ/4，其中，N3为氧化层的平均光学折射率，λ为垂直腔面发射激光器的波长。
[0017]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述氧化层中形成有氧化孔。
[0018]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述第一包覆层和所述第二包覆层的材料选自InP或Ga
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In1‑
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As
y
P1‑
y
或Ga
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Al
y
In1‑
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‑
y
As。
[0019]其中，所述Ga
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In1‑
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As
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P1‑
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、Ga
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Al
y
In1‑
x
‑
y
As的晶格常数与所述InP的晶格常数相匹配；或者，所述Ga
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In1‑
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As
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P1‑
y
、Ga
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Al
y
In1‑
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‑
y
As的晶格常数与所述InP的晶格常数的失配度小于1％”。
[0020]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述增益层包括堆叠设置的多组量子阱层，相邻所述量子阱层之间形成有隔离层，所述隔离层的材料选自InP或Ga
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In1‑
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As
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P1‑
y
或Ga
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Al
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In1‑
x
‑
y
As。
[0021]在本专利技术的一个或多个实施方式中，每组所述量子阱层包括多个堆叠设置的量子阱单元，每个所述量子阱单元分别包括浸润层，排设于所述浸润层上的多个量子点单元或多个量子短线以及覆盖所述多个量子点单元或所述多个量子短线的盖层。
[0022]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述量子点单元或所述量子短线的材料选自InAs、GaSb、InSb、InAs
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Sb1‑
x
或Ga
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In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：GaAs衬底；第一DBR层，形成于所述GaAs衬底上；氧化层，形成于所述第一DBR层上；晶格渐变层，形成于所述氧化层上；包覆层，形成于所述晶格渐变层上，所述包覆层包括堆叠设置的第一包覆层和第二包覆层；增益层，形成于所述第一包覆层和所述第二包覆层之间；以及第二DBR层，形成于所述包覆层上；其中，所述晶格渐变层在其厚度方向具有不同的晶格常数，且所述晶格渐变层靠近所述GaAs衬底一侧的晶格常数与所述GaAs衬底的晶格常数相匹配，所述晶格渐变层靠近所述增益层一侧的晶格常数与所述增益层的晶格常数相匹配。2.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述晶格渐变层的材料选自组分可调的化合物半导体薄膜材料，通过调节所述化合物半导体薄膜材料的组分，改变所述晶格渐变层在自身厚度方向的晶格常数，所述化合物半导体薄膜材料选自In
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Ga1‑
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As、GaAs
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Sb1‑
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、Ga
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In1‑
x
As
y
P1‑
y
、Ga
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Al
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In1‑
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‑
y
As、Ga
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Al1‑
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As
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Sb1‑
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、Ga
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In1‑
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As
y
Sb1‑
y
；和/或，所述晶格渐变层的厚度D1满足：D1*N1＝m*λ/4，其中，N1为晶格渐变层的平均光学折射率，m为大于或等于1的自然数，λ为垂直腔面发射激光器的波长。3.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一DBR层为p型掺杂布拉格反射镜层，所述第一DBR层的材料选自化合物半导体材料，所述化合物半导体材料选自GaAs或Al
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Ga1‑
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As，其中，所述Al
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Ga1‑
x
As的晶格常数与所述GaAs衬底的晶格常数相匹配；和/或，所述第二DBR层为介质薄膜构成的电介质布拉格反射镜层，所述第二DBR层的材料选自SiO2、Si3N4或Si。4.如权利要求3所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述布拉格反射镜层为多层结构，各层的层厚D2满足：D2*N2＝λ/4，其中，N2为各层的光学折射率，λ为垂直腔面发射激光器的波长。5.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述氧化层至少包括一层AlGaAs层或一层AlAs层，其中，所述AlGaAs层的Al组分高于95％；和/或，所述氧化层的总厚度D3满足：D3*N3＝λ/4，其中，N3为氧化层的平均光学折射率，λ为垂直腔面发射激光器的波长；和/或所述第一包覆层和所述第二包覆层的材料选自InP或Ga
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In1‑
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As
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P1‑
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或Ga
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Al
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In1‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：熊敏，朱杰，
申请(专利权)人：中科纳米张家港化合物半导体研究所，
类型：发明
国别省市：