一种单模低发散角垂直腔面发射激光器制造技术

本发明专利技术涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种单模低发散角垂直腔面发射激光器

【技术实现步骤摘要】
一种单模低发散角垂直腔面发射激光器


[0001]本专利技术涉及半导体激光器
，尤其涉及一种单模低发散角垂直腔面发射激光器
。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器，简称
(VCSEL)
，它具有低阈值电流
、
圆形光斑
、
高调制带宽
、
单纵模激射
、
易于实现高密度二维阵列
、
制作成本较低等诸多优点，在许多领域中都具有广泛得应用，特别是在光纤通讯领域扮演着重要的角色
。VCSEL
由于横向宽度较大，器件通常为多横模激射，导致输出激光的相干性较差，并且发散角较大
。
为了实现基模激射，常用的方法是通过制作小的电流注入孔径来限制高阶横模，一般可采用湿氮氧化
、
质子轰击或掩埋异质结等方式
。
但仅通过缩小电流的注入孔径控制模式的方法会极大地增大器件的串联电阻，导致器件发热失效
。
并且，减小电流注入区的面积不利于
VCSEL
实现高功率激射
。
还有一些其它的
VCSEL
模式控制方法，例如表面浮雕结果
、
反波导结构等
。
这些方法普遍存在的问题是将控制模式的微结构做在了器件的表面，虽然制作工艺简单，但对模式间引入的损耗差异偏小
。
导致
VCSEL
在工作过程中，随着电流的增大，高阶模容易获得更高的增益从而激射形成多模
。
如何通过使用有效的
、
可靠的
、
简单的结构
、
工艺等方式，使
VCSEL
具有基模
、
低发散角的输出特性，是本领域技术人员所要解决的技术问题
。

技术实现思路

[0003]本专利技术为解决上述问题，提供一种单模低发散角垂直腔面发射激光器
。
[0004]本专利技术目的在于提供一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，包括由下至上依次紧密堆叠的衬底
、N
型
DBR
层
、
多量子阱有源区
、
电流限制层
、
间隔层
、
凹面刻蚀层和凹面介质膜
DBR
层；
[0005]所述凹面刻蚀层与所述凹面介质膜
DBR
层向所述间隔层方向凹陷，共同形成凹面反射镜，用于滤除高阶模式；
[0006]所述凹面刻蚀层上设有
P
型接触电极，所述
P
型接触电极作为正极；所述
N
型接触电极层叠于所述衬底背离所述
N
型
DBR
层的一侧表面，形成负极
。
[0007]优选的，凹面反射镜的焦点与所述电流限制层的氧化孔的中心在一条直线上
。
[0008]优选的，电流限制层的材料为氧化的
Al
x
Ga1‑
x
As
，用于限制注入载流子的流动路径；所述电流限制层的氧化孔的孔径大于4微米
。
[0009]优选的，凹面刻蚀层的材料为
GaAs。
[0010]优选的，间隔层的材料为
Al
x
Ga1‑
x
As
，用于调整腔内光场分布情况，使所述多量子阱有源区处于腔内光场强的位置，增大光场的限制因子
。
[0011]优选的，多量子阱有源区的材料为
GaAs/Al
x
Ga1‑
x
As。
[0012]优选的，
N
型
DBR
层为高低
Al
组分的
Al
x
Ga1‑
x
As
半导体材料
。
[0013]优选的，凹面介质膜
DBR
层为氧化物介质膜，按照高低折射率周期排布，每层厚度
按照四分之一光学厚度生长；所述凹面介质膜
DBR
层的材料包括
Si、SiO2、HfO2和
Al2O3中的两种；所述周期为8～
9。
[0014]优选的，衬底为
Ⅲ‑Ⅴ
族半导体材料
。
[0015]优选的，
P
型接触电极为
Ti/Pt/Au
的三层结构
。
[0016]优选的，
N
型接触电极为
Au
‑
Ge/Ni/Au
结构
。
[0017]与现有技术相比，本专利技术能够取得如下有益效果：
[0018]本专利技术技术方案通过在
VCSEL
腔内部设置凹面反射镜，对高阶模式进行发散，增大高阶模式的损耗，且在
VCSEL
的腔内模式间作用较强，使得高阶模式获得的损耗较大，进一步抑制高阶模式的产生，而基模由于发散角较小，模式分布处于光轴附近，使得凹面结构对基模几乎不产生损耗，因此降低了发散角；同时，由于凹面反射镜具有很强的抑制高阶模式，相对现有技术，可以增大氧化孔的尺寸
、
加大
VCSEL
注入电流，进而增大
VCSEL
的功率
。
附图说明
[0019]图1是根据本专利技术实施例提供的基模垂直腔面发射激光器结构示意图
。
[0020]附图标记：
[0021]1、
衬底；
2、N
型
DBR
层；
3、
多量子阱有源区；
4、
电流限制层；
5、
间隔层；
6、
凹面刻蚀层；
7、
凹面介质膜
DBR
层；
8、P
型接触电极；
9、N
型接触电极
。
具体实施方式
[0022]在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例
。
在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示
。
在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同
。
因此，将不重复其详细描述
。
[0023]为了使本专利技术的目的
、
技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明
。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制
。
[0024]本专利技术提供一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，包括由下至上依次紧密堆叠的衬底
、N
型
DBR
层
、
多量子阱有源区
、
电流限制层...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，其特征在于：包括由下至上依次紧密堆叠的衬底
、N
型
DBR
层
、
多量子阱有源区
、
电流限制层
、
间隔层
、
凹面刻蚀层和凹面介质膜
DBR
层；所述凹面刻蚀层与所述凹面介质膜
DBR
层向所述间隔层方向凹陷，共同形成凹面反射镜，用于滤除高阶模式；所述凹面刻蚀层上设有
P
型接触电极，所述
P
型接触电极作为正极；所述
N
型接触电极层叠于所述衬底背离所述
N
型
DBR
层的一侧表面，形成负极
。2.
根据权利要求1所述的一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述凹面反射镜的焦点与所述电流限制层的氧化孔的中心在一条直线上
。3.
根据权利要求2所述的一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述电流限制层的材料为氧化的
Al
x
Ga1‑
x
As
，用于限制注入载流子的流动路径；所述电流限制层的氧化孔的孔径大于4微米
。4.
根据权利要求3所述的一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述凹面刻蚀层的材料为
GaAs。5.
根据权利要求4所述的一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述间隔层的材料为
Al
x
Ga1‑
x...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小龙，佟存柱，蒋宁，于舒睿，高士涵，
申请(专利权)人：吉光半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：