一种电调节垂直面发射氮化镓激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种电调节垂直面发射氮化镓激光器，包括本体，沿本体的高度方向，本体依次具有顶部DBR层、p型GaN层、InGaN量子阱有源层以及n型GaN层，顶部DBR层周围环绕设有顶部电极，n型GaN层上的中间导电层上设有中间电极，n型GaN层的下方设有底部电极，顶部电极和底部电极之间施加有工作电压，中间电极与顶部电极之间或者中间电极与底部电极之间施加有调节电压。本发明专利技术在激光器内部施加调节电压，形成调节电场，对InGaN基量子阱有源层的局域极化进行调节，不仅可以有效减少InGaN基量子阱的能带倾斜，降低量子斯塔克效应（QCSE），从而提高激光器的效率，也可以通过施加一定信号的调节电压对激光器的发光波长进行调制，实现调频载波信号传输功能。载波信号传输功能。载波信号传输功能。

【技术实现步骤摘要】
一种电调节垂直面发射氮化镓激光器


[0001]本专利技术涉及光通信
，具体为一种电调节垂直面发射氮化镓激光器。

技术介绍

[0002]相对于边发射激光器（Edge Emission Laser，EEL），垂直面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL）拥有更低的阈值电流和更高的光束质量，且更容易实现平面阵列集成等优点，在信息、医疗、雷达、显示和照明等领域有着巨大的市场价值。砷化镓基VCSEL目前发展十分迅速而且已经成功商业化，但氮化镓基VCSEL发展较为缓慢。由于非极性面氮化镓材料晶体质量较差，氮化镓外延薄膜通常是在极性面生长。在没有外场作用下的纤锌矿结构的氮化镓材料内部自发形成极化电场，并且量子阱和量子垒之间晶格常数不同，超薄的阱和垒之间的晶格失配也会形成压电极化效应，这导致在多量子阱激光器结构中存在一定的势垒，使得有源层区域的量子阱能带发生倾斜，由于空穴有效质量较大，迁移率本身就较低，量子阱区域倾斜的能带进一步提高了空穴注入的势垒，使得空穴从量子阱P型侧到N型侧的注入更加困难，引起有源层内的空穴注入不均匀，最终导致激光器效率降低。这尤其在高In组分的InGaN量子阱中更加明显。如何减小量子阱的极化势垒电场成为氮化镓激光器发展的一个难题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种电调节垂直面发射氮化镓激光器，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。
[0004]为实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：一种电调节垂直面发射氮化镓激光器，包括本体，沿所述本体的高度方向，所述本体依次具有顶部DBR层、p型GaN层、InGaN量子阱有源层以及n型GaN层，所述顶部DBR层周围环绕设有顶部电极，所述n型GaN层上的中间导电层上设有中间电极，所述n型GaN层的下方设有底部电极，所述顶部电极和所述底部电极之间施加有工作电压，所述中间电极与所述顶部电极之间或者所述中间电极与所述底部电极之间施加有调节电压。
[0005]进一步，还包括包覆部分所述中间导电层的中间绝缘层，所述中间导电层未被包覆的部位上设有所述中间电极，所述中间导电层通过所述中间绝缘层分别与所述InGaN量子阱有源层、所述p型GaN层和所述n型GaN层绝缘。
[0006]进一步，所述中间绝缘层的厚度大于所述InGaN量子阱有源层的厚度，并围绕在所述InGaN量子阱有源层周围。
[0007]进一步，还包括环绕设置于所述p型GaN层周围的上部绝缘层以及环绕设置于所述n型GaN层周围的下部绝缘层。
[0008]进一步，所述上部绝缘层、所述中间绝缘层和所述下部绝缘层均采用氧化硅、氧化铝或氮化铝，所述中间导电层采用重掺杂n型GaN。
[0009]进一步，还包括设于所述n型GaN层内部的底部DBR层。
[0010]进一步，所述顶部DBR层和所述底部DBR层包括多周期的AlN层和GaN层，或者包括多周期的Ta2O5层和SiO2层。
[0011]进一步，所述调节电压的大小为所述工作电压的大小的2~20倍。
[0012]进一步，所述InGaN量子阱有源层包括多周期的InGaN层和GaN层，厚度在20~60nm之间，所述InGaN量子阱有源层区域直径长为在2~5μm之间。
[0013]进一步，所述顶部电极、所述中间电极以及所述底部电极的厚度均控制在400nm~1μm之间，且所述顶部电极、所述中间电极以及所述底部电极的材料均为Al、Ti、Au和Ag中的一种形成的金属薄膜或多种形成的合金薄膜。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：一种电调节垂直面发射氮化镓激光器，在激光器内部施加调节电压，形成调节电场，对InGaN基量子阱有源层的局域极化进行调节，不仅可以有效减少InGaN基量子阱的能带倾斜，降低量子斯塔克效应（QCSE），从而提高激光器的效率，也可以通过施加一定信号的调节电压对激光器的发光波长进行调制，实现调频载波信号传输功能。相比传统边发射激光器结构，垂直面发射激光器结构更薄，因而在同样电压下，垂直面发射激光器量子阱内的调节电场强度更强，可以充分发挥电调节的技术思路。本专利技术提出的器件结构简单，制造工艺易于实现，成本可控。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例提供的一种电调节垂直面发射氮化镓激光器的侧视剖面图；图2为本专利技术实施例提供的一种电调节垂直面发射氮化镓激光器的俯视视角示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种电调节垂直面发射氮化镓激光器的仰视视角示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种电调节垂直面发射氮化镓激光器的氮化镓晶胞结构图（示意外加电场施加方向）；图5为本专利技术实施例提供的一种电调节垂直面发射氮化镓激光器通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法计算的氮化镓材料能带结构图；图6为本专利技术实施例提供的一种电调节垂直面发射氮化镓激光器通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法计算的外加电场对氮化镓能带带隙的影响的示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种电调节垂直面发射氮化镓激光器通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法计算的外加电场对氮化镓材料发射光波长的影响的示意图；附图标记中：101
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顶部DBR层，102
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顶部电极，103
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上部绝缘层，104
‑ꢀ
p型GaN层，105
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InGaN量子阱有源层，106
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中间绝缘层，107
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中间电极，108
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中间导电层，109
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n型GaN层，110
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底部DBR层，111
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下部绝缘层，112
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底部电极。
具体实施方式
[0016]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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]请参阅图1、图2和图3，本专利技术实施例提供一种电调节垂直面发射氮化镓激光器，包括本体，沿所述本体的高度方向，所述本体依次具有顶部DBR层101、p型GaN层104、InGaN量子阱有源层105以及n型GaN层109，所述顶部DBR层101周围环绕设有顶部电极102，所述n型GaN层109上的中间导电层108上设有中间电极107，所述n型GaN层109的下方设有底部电极112，所述顶部电极102和所述底部电极112之间施加有工作电压，所述中间电极107与所述顶部电极102之间或者所述中间电极107与所述底部电极112之间施加有调节电压。优选的，本激光器还包括包覆部分所述中间导电层108的中间绝缘层106、环绕设置于所述p型GaN层104周围的上部绝缘层103、环绕设置于所述n型GaN层109周围的下部绝缘层111以及设于所述n型GaN层109内部的底本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电调节垂直面发射氮化镓激光器，包括本体，其特征在于：沿所述本体的高度方向，所述本体依次具有顶部DBR层、p型GaN层、InGaN量子阱有源层以及n型GaN层，所述顶部DBR层周围环绕设有顶部电极，所述n型GaN层上的中间导电层上设有中间电极，所述n型GaN层的下方设有底部电极，所述顶部电极和所述底部电极之间施加有工作电压，所述中间电极与所述顶部电极之间或者所述中间电极与所述底部电极之间施加有调节电压。2.如权利要求1所述的一种电调节垂直面发射氮化镓激光器，其特征在于：还包括包覆部分所述中间导电层的中间绝缘层，所述中间导电层未被包覆的部位上设有所述中间电极，所述中间导电层通过所述中间绝缘层分别与所述InGaN量子阱有源层、所述p型GaN层和所述n型GaN层绝缘。3.如权利要求2所述的一种电调节垂直面发射氮化镓激光器，其特征在于：所述中间绝缘层的厚度大于所述InGaN量子阱有源层的厚度，并围绕在所述InGaN量子阱有源层周围。4.如权利要求2所述的一种电调节垂直面发射氮化镓激光器，其特征在于：还包括环绕设置于所述p型GaN层周围的上部绝缘层以及环绕设置于所述n型GaN层周围的下部绝缘层。5.如权利要求4所述的一种电调节垂直面发...

【专利技术属性】
技术研发人员：印新达，张振锋，齐林，
申请(专利权)人：武汉鑫威源电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：