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一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，涉及半导体激光器技术领域，用于解决现有技术中垂直腔面发射激光器的光谱线宽较宽，制备工艺复杂的问题。所述垂直腔面发射激光器包括：衬底；依次形成在衬底上的第一反射镜结构、无源延长结构、有源层、氧化层、第二反射镜结构、接触电极层以及正面电极结构；形成在衬底背离第一反射镜结构一侧的背面电极结构；其中，无源延长结构包括层叠设置的无源延长腔层以及中间反射镜结构。所述垂直腔面发射激光器的制备方法用于制备上述技术方案所述的垂直腔面发射激光器。述的垂直腔面发射激光器。述的垂直腔面发射激光器。

【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]本专利技术涉及半导体激光器
，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)具有单纵模、低阈值、圆形光斑、易于形成二维阵列等特点。在许多领域中，如低功率的原子传感系统，光谱学、激光打印、光存储、长距离光互连，都需要VCSEL具有单模输出。但是，由于VCSEL的横向尺寸较大，非常容易出现多横模工作，致使光谱线宽较大。
[0003]目前，为了实现VCSEL单基模工作，现有技术中多采用表面浮雕、反相光栅、光子晶体、反波导等技术。但这些方法需要更加精确的工艺以及二次外延，增加了工艺复杂度和制备成本，可重复性较差。另外，利用这些方法得到的VCSEL的线宽仍然较宽，一般大于100Mhz，在很多领域的应用仍会受到限制。

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备方法，用于解决现有技术中垂直腔面发射激光器的光谱线宽较宽，制备工艺复杂的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种垂直腔面发射激光器，包括：
[0007]衬底；
[0008]依次形成在衬底上的第一反射镜结构、无源延长结构、有源层、氧化层、第二反射镜结构、接触电极层以及正面电极结构；
[0009]形成在衬底背离第一反射镜结构一侧的背面电极结构；
[0010]其中，无源延长结构包括层叠设置的无源延长腔层以及中间反射镜结构。
[0011]与现有技术相比，本专利技术提供的垂直腔面发射激光器中，衬底作为基底，第一反射镜结构、无源延长结构、有源层、氧化层、第二反射镜结构、接触电极层以及正面电极结构依次形成在衬底上，背面电极结构形成在衬底背离第一反射镜结构的一侧。基于此，本专利技术提供的垂直腔面发射激光器通过在第一反射镜结构和有源层之间增加层叠设置的无源延长腔层以及中间反射镜结构，通过增加中间反射镜结构，能够增加光子的谐振时间以及谐振次数，进而增加光子的循环周期，减少光谱线宽。同时，通过增加无源延长腔层，可以增加垂直腔面发射激光器的厚度，从而进一步增加了光子的谐振腔长，最终减小了垂直腔面发射激光器的线宽，以实现窄光谱线宽的垂直腔面发射激光器。
[0012]此外，本专利技术提供的垂直腔面发射激光器仅通过增加中间反射镜结构和无源延长腔层就能够实现压窄光谱线宽的目的，不会增加额外的工艺难度，在一定程度上也简化了制备工艺。
[0013]第二方面，本专利技术还提供一种垂直腔面发射激光器的制备方法，所述制备方法包
括：
[0014]提供一衬底；
[0015]在衬底上依次形成第一反射镜结构、无源延长结构、有源层、氧化层、第二反射镜结构、接触电极层以及正面电极结构；其中，无源延长结构包括层叠设置的无源延长腔层以及中间反射镜结构；
[0016]在衬底背离第一反射镜结构一侧形成背面电极结构。
[0017]与现有技术相比，本专利技术提供的垂直腔面发射激光器的制备方法的有益效果与上述技术方案所述的垂直腔面发射激光器的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
[0018]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0019]图1为本专利技术实施例中提供的垂直腔面发射激光器的结构示意图；
[0020]图2为本专利技术实施例中提供的垂直腔面发射激光器的制备方法的流程图；
[0021]图3～图9为本专利技术实施例中提供的垂直腔面发射激光器的制备过程中的剖面结构图。
[0022]附图标记：
[0023]1‑
衬底，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2‑
第一反射镜结构；
[0024]3‑
无源延长结构，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
31
‑
无源延长腔层；
[0025]32
‑
中间反射镜层，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4‑
有源层；
[0026]5‑
氧化层，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
51
‑
高铝层；
[0027]52
‑
氧化孔，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ6‑
第二反射镜结构；
[0028]7‑
接触电极层，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ8‑
钝化层；
[0029]9‑
正面电极结构，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10
‑
背面电极结构。
具体实施方式
[0030]为了便于清楚描述本专利技术实施例的技术方案，在本专利技术的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
[0031]需要说明的是，本专利技术中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本专利技术中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
[0032]本专利技术中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组
合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
[0033]如图1所示，本专利技术实施例提供一种垂直腔面发射激光器，包括：
[0034]衬底1；
[0035]依次形成在衬底1上的第一反射镜结构2、无源延长结构3、有源层4、氧化层5、第二反射镜结构6、接触电极层7以及正面电极结构9；
[0036]形成在衬底1背离第一反射镜结构2一侧的背面电极结构10；
[0037]其中，无源延长结构3包括层叠设置的无源延长腔层31以及中间反射镜结构。
[0038]通过上述垂直腔面发本文档来自技高网...

【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；依次形成在所述衬底上的第一反射镜结构、无源延长结构、有源层、氧化层、第二反射镜结构、接触电极层以及正面电极结构；形成在所述衬底背离所述第一反射镜结构一侧的背面电极结构；其中，所述无源延长结构包括层叠设置的无源延长腔层以及中间反射镜结构。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，所述中间反射镜结构包括间隔设置的至少一层中间反射镜层；每相邻的两层所述中间反射镜层之间填充有至少一层所述无源延长腔层。3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述氧化层上开设有氧化孔，所述氧化孔的直径小于等于10微米。4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述无源延长腔层的材质包括Al
x
Ga1‑
x
As、GaAs、InP、In
x
Ga1‑
x
As以及Ga
x
In1‑
x
N
y
As1‑
y
中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述无源延长腔层的厚度为h，0＜h≤20微米。6.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器还包括钝化层，其中：所述钝化层覆盖在所述有源层、所述氧化层、所述接触电极层以及所述第二反射镜结构的外周；所述接触电极层通过所述钝化层上的至少一个通孔与所述正面电极结构接触。7.一种垂直腔面发...

【专利技术属性】
技术研发人员：荀孟，潘冠中，孙昀，赵壮壮，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：