一种垂直腔表面发射激光器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种垂直腔表面发射激光器及其制备方法，垂直腔表面发射激光器包括由下至上依次设置的衬底、n

【技术实现步骤摘要】
一种垂直腔表面发射激光器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种垂直腔表面发射激光器及其制备方法，属于垂直腔表面发射激光器


技术介绍

[0002]垂直腔表面发射激光器(VCSEL)具有低阈值、高速率、波长温漂系数小、耦合效率高、易于二维集成以及制作成本较低等诸多优点，广泛应用在光通信、三维传感和激光雷达领域。普通VCSEL出光一般为多模，远场光斑呈甜甜圈形状。随着应用场景的不断升级，市场端对VCSEL性能提出了更高的需求，高斯圆形远场光斑、小发散角便是其中重要的需求指标。
[0003]在实现VCSEL高斯圆形远场光斑的研究中，表面刻蚀(SurfaceRelief)是一种行之有效的方法。目前表面刻蚀使用较多的方法是通过刻蚀表层的GaAs层，使得出光孔中心区和外侧环形区的GaAs层厚度不同，从而使VCSEL的高阶模的损耗变大，最终VCSEL稳定工作在基膜激射的状态，实现高斯圆形远场光斑和小的发散角。然而此方法有些不足之处，如下：
[0004]1.表层GaAs刻蚀的深度难以精度控制，随工艺条件波动较大，不利于产品的量产。
[0005]2.刻蚀后的GaAs表面粗糙度不如外延生长的表面，出光孔中心刻蚀方案会产生较大的散射损耗。
[0006]3.DBR层中含有AlxGa1
‑
xAs，一但刻蚀工艺使得含Al层暴露，表层易氧化发黑，将会对VCSEL的外观和可靠性产生不利影响。此方法对表层材料有一定的要求，普适性一般。

技术实现思路

[0007]为了克服上述问题，本专利技术提供一种垂直腔表面发射激光器及其制备方法，本专利技术无需在外延片的表面刻蚀，使得外延片整体结构得以保留，表层含Al层无暴露风险，器件的制作工艺更加的稳健，而且具有更强的普适性。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]第一方面
[0010]一种垂直腔表面发射激光器，包括由下至上依次设置的衬底、n
‑
DBR、有源层、p
‑
DBR和p
‑
Cap；所述p
‑
Cap上设置有环形的接触电极，所述接触电极内部设置有出光口中心区，所述接触电极和所述出光口中心区之间的区域为环形区；所述p
‑
Cap和所述接触电极上方覆盖有第一介质层，且所述中心区或所述环形区上方未覆盖所述第一介质层；所述第一介质层上方覆盖第二介质层，且所述第二介质层覆盖所述中心区和所述环形区；所述第一介质层和所述第二介质层的材料相同。
[0011]进一步的，所述第一介质层的厚度为λ/(4n)的奇数倍，其中，λ为该垂直腔表面发射激光器的激射波长，n为所述第一介质层的折射率的实部。
[0012]进一步的，所述出光口中心区上方覆盖的所述第一介质层和所述第二介质层的厚
度之和为λ/n。
[0013]进一步的，所述出光口中心区为圆形或椭圆形。
[0014]进一步的，所述有源层所述p
‑
DBR之间还包括氧化层。
[0015]进一步的，所述第一介质层和所述第二介质层的材料为氮化硅或二氧化硅。
[0016]第二方面
[0017]一种垂直腔表面发射激光器的制备方法，用于制备第一方面所述垂直腔表面发射激光器，其特征在于，包括：
[0018]在衬底上依次外延生长n
‑
DBR、有源层、p
‑
DBR和p
‑
Cap；
[0019]在所述p
‑
Cap上制备所述接触电极；
[0020]在所述p
‑
Cap和所述接触电极上生长所述第一介质层；
[0021]通过光刻制备所述出光口中心区或所述环形区，包括：
[0022]若光刻制备所述出光口中心区，则通过干法刻蚀去掉所述出光口中心区上方的所述第一介质层；
[0023]若光刻制备所述环形区，则通过干法刻蚀去掉所述环形区上方的所述第一介质层；
[0024]在所述接触电极、所述第一介质层、所述出光口中心区和所述环形区上生长所述第二介质层。
[0025]进一步的，生长所述第二介质层后进行台面光刻，通过干法刻蚀形成台面，再进行湿法氧化
[0026]进一步的，所述湿法氧化的氧化孔直径不大于10μm，所述出光口中心区的小于所述氧化孔；所述环形区的外径不小于所述接触电极的内径。
[0027]本专利技术具有如下有益效果：
[0028]本专利技术无需在外延片的表面刻蚀，使得外延片整体结构得以保留，表层含Al层无暴露风险，器件的制作工艺更加的稳健，而且具有更强的普适性。本专利技术通过控制表面钝化层不同区域的厚度，具体为出光孔中心区和外侧环形区介质层的厚度不同，使得高阶模和基膜对应的损耗存在差异，从而调控VCSEL的激射模式。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例的垂直腔表面发射激光器的上部结构示意图。
[0030]图2为本专利技术实施例的垂直腔表面发射激光器制备过程示意图。
[0031]图3为本专利技术实施例的垂直腔表面发射激光器制备方法流程示意图。
[0032]图中附图标记表示为：
[0033]21、n
‑
DBR；22、有源层；23、p
‑
DBR；24、p
‑
Cap；25、接触电极；26、第一介质层；27、第二介质层。
具体实施方式
[0034]下面结合附图和具体实施例来对本专利技术进行详细的说明。
[0035]第一方面
[0036]参考图1和2，一种垂直腔表面发射激光器，包括由下至上依次设置的衬底、n
‑
DBR21、有源层22、p
‑
DBR23和p
‑
Cap24；所述p
‑
Cap24上设置有环形的接触电极25，所述接触电极25内部设置有出光口中心区，所述接触电极25和所述出光口中心区之间的区域为环形区；所述p
‑
Cap24和所述接触电极25上方覆盖有第一介质层26，且所述中心区或所述环形区上方未覆盖所述第一介质层26；所述第一介质层26上方覆盖第二介质层27，且所述第二介质层27覆盖所述中心区和所述环形区；所述第一介质层26和所述第二介质层27的材料相同。
[0037]在本专利技术的一种实施方式中，所述第一介质层26的厚度为λ/(4n)的奇数倍，其中，λ为该垂直腔表面发射激光器的激射波长，n为所述第一介质层26的折射率的实部。
[0038]在本专利技术的一种实施方式中，所述出光口中心区上方覆盖的所述第一介质层26和所述第二介质层27的厚度之和为λ/n。此时对应的外延设计为同相设计。
[0039]在本专利技术的一种实施方式中，所述出光口中心区为圆形或椭圆形。
[0040]在本专利技术的一种实施方式中，所述有源层22所述p
‑
DBR23之间还包括氧化层。
[0041]在本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔表面发射激光器，其特征在于，包括由下至上依次设置的衬底、n
‑
DBR(21)、有源层(22)、p
‑
DBR(23)和p
‑
Cap(24)；所述p
‑
Cap(24)上设置有环形的接触电极(25)，所述接触电极(25)内部设置有出光口中心区，所述接触电极(25)和所述出光口中心区之间的区域为环形区；所述p
‑
Cap(24)和所述接触电极(25)上方覆盖有第一介质层(26)，且所述中心区或所述环形区上方未覆盖所述第一介质层(26)；所述第一介质层(26)上方覆盖第二介质层(27)，且所述第二介质层(27)覆盖所述中心区和所述环形区；所述第一介质层(26)和所述第二介质层(27)的材料相同。2.根据权利要求1所述垂直腔表面发射激光器，其特征在于，所述第一介质层(26)的厚度为λ/(4n)的奇数倍，其中，λ为该垂直腔表面发射激光器的激射波长，n为所述第一介质层(26)的折射率的实部。3.根据权利要求2所述垂直腔表面发射激光器，其特征在于，所述出光口中心区上方覆盖的所述第一介质层(26)和所述第二介质层(27)的厚度之和为λ/n。4.根据权利要求1所述垂直腔表面发射激光器，其特征在于，所述出光口中心区为圆形或椭圆形。5.根据权利要求1所述垂直腔表面发射激光器，其特征在于，所述有源层(22)所述p
‑
DBR(23)之间还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昭，张立宇，项平林，钟杏丽，林中晞，苏辉，
申请(专利权)人：闽都创新实验室，
类型：发明
国别省市：