垂直腔面发射激光器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种垂直腔面发射激光器，包括：

【技术实现步骤摘要】
垂直腔面发射激光器


[0001]本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
。

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]本技术的目的在于提供一种垂直腔面发射激光器，其能够灵活拓展激射波长至
1500nm
以上
。
[0005]为实现上述目的，本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
x
Ga1‑
x
As、GaAs
x
Sb1‑
x
、Ga
x
In1‑
x
As
y
P1‑
y
、Ga
x
Al
y
In1‑
x
‑
y
As、Ga
x
Al1‑
x
As
y
Sb1‑
y
、Ga
x
In1‑
x
As
y
Sb1‑
y
。
[0009]在本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
x
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
x
Ga1‑
x
As
层或
GaAs
层
。
[0016]在本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
x
In1‑
x
As
y
P1‑
y<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，所述化合物半导体薄膜材料选自
In
x
Ga1‑
x
As、GaAs
x
Sb1‑
x
、Ga
x
In1‑
x
As
y
P1‑
y
、Ga
x
Al
y
In1‑
x
‑
y
As、Ga
x
Al1‑
x
As
y
Sb1‑
y
、Ga
x
In1‑
x
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
x
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；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；和
/
或，所述氧化层的总厚度
D3满足：
D3*N3＝
λ
/4
，其中，...

【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：新型
国别省市：