【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体激光器，具体涉及一种垂直腔面发射激光器外延结构。
技术介绍
1、本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、塑胶光纤成本低、中心核线半径大、易结合及操作，在短程光纤通信领域正取代石英光纤，成为光纤通信最后一米。塑料光纤在650nm波长左右存在一个最低损失窗，与常规边发射半导体激光器相比，垂直腔面发射激光器(vcsel)的光学谐振腔与半导体芯片的衬底垂直，能够实现芯片表面的激光发射，均匀的圆形光束可以极大地降低光场的复杂性，也可以减小光束后期的应用成本，有阈值电流低、稳定单波长工作、易二维集成、无腔面阈值损伤、圆形对称光斑和光纤耦合效率高等优点，因此650nm vscel具有较强的应用前景。
3、目前，市面常见的vscel器件主要集中在808-1550nm波段，650nm vscel应用研究难度较大，其原因在于：(1)由于650nm波段吸收损耗，algaas dbr中al组分限制在0.5-1.0范围，热阻较大，特别是p型dbr由于空穴有效质量大，同型异质结在较大的势垒形成较高的串联电阻。(2)650nm vscel的发光区主要由algainp材料组成，由于algaas/algainp晶格常数及热膨胀系数不同，晶体生长方向上的in原子的表面偏析会导致晶体表面的in原子浓度大于下表面和晶体内部的浓度，增加了表面粗糙度，导致生长方式由二维向三维岛状生长模式转变，生长界面易出
技术实现思路
1、本专利技术提供一种垂直腔面发射激光器(vscel)外延结构，其通过对vscel结构、组分的设计有效克服了650nm vscel存在的诸多缺陷，有助于促进650nm vscel的实际应用。为实现上述目的，本专利技术公开如下所示的技术方案。
2、一种垂直腔面发射激光器外延结构，其从下到上依次包括：衬底1、缓冲层2、第一高折射率差algaas dbr层3、第一低折射率差algaas dbr层4、下algaasp过渡层5、下algainp dbr层6，下algainp垒层7、gainp/algainp多量子阱垒层8、上algainp垒层9，上algainp dbr层10、上algaasp过渡层11、第二低折射率差algaas dbr层12、第二高折射率差algaas dbr层13、gaas帽层14。其中：
3、所述第一高折射率差algaas dbr层3从下到上为交替分布的alx1ga1-x1as层、alx2ga1-x2as层，其中，0.9≤x1≤1、0≤x2≤0.3。所述dbr层3折射率差越大，越容易得到高反射率dbr。
4、所述第一低折射率差algaas dbr层4从下到上为交替分布的alx3ga1-x3as层、alx4ga1-x4as层，其中，0.9≤x3≤1、0.5≤x4≤0.7。本专利技术的这种dbr层可有效减少650nm光吸收损耗。
5、所述下algaasp过渡层5的组分为alx7ga1-x7asy3p1-y3，其中，0.5≤x7≤0.7、0.85≤y3≤0.99。本专利技术的这种下algaasp过渡层5，可以实现algaas中as气氛到algainp中p气氛切换，避免界面无序相，减少有源区缺陷密度，提高可靠性。
6、所述下algainp dbr层6从下到上为交替分布的(alx5ga1-x5)y1in1-y1p层和(alx6ga1-x6)y2in1-y2p层，两者对数为5-15对。其中，0.9≤x5≤1、0.4≤y1≤0.6、0≤x6≤0.3、0.4≤y2≤0.6。可选地，所述(alx5ga1-x5)y1in1-y1p层、(alx6ga1-x6)y2in1-y2p厚度均为λ/4n，所述n为相应材料层的650nm波长光学折射率，λ为相应材料层的波长。本专利技术利用所述下algainp dbr层6有效避免了algaas dbr后直接生长algainp有源区容易在有源区界面形成as/p复合物的问题，避免了对激光器件可靠性的影响。
7、所述下algainp dbr层6中，利用tmal、tmga流量变化，实现al组分渐变生长，由渐变层实现不同al组分的生长，渐变层厚度10-30nm，降低不同材料界面势垒高度差。
8、所述下algainp垒层7的材质为(alx8ga1-x8)y4in1-y4p，其中，0.4≤x8≤0.7、0.4≤y4≤0.6。可选地，所述下algainp垒层7的厚度小于λ/4，所述λ为量子阱发光波长。本专利技术利用所述下algainp垒层7与多量子阱垒组合形成谐振腔。
9、所述gainp/algainp多量子阱垒8从下到上为交替分布的gax10in1-x10p层、(alx9ga1-x9)y5in1-y5p层，其中，0.4≤x10≤0.5、0.1≤x9≤0.5、0.4≤y5≤0.6。可选地，所述gainp/algainp多量子阱垒8的总厚度小于λ/4，所述λ为该多量子阱垒8的波长。本专利技术的gainp/algainp多量子阱垒8的激射波长为650nm，其能够与所述下algainp垒层7组成谐振腔，实现势垒层应变补偿，减少有源区应力累积，提高阈值增益，减少位错等缺陷产生。
10、所述上algainp dbr层10与下algainp dbr层6相同。所述上algaasp过渡层11与下algaasp过渡层5相同。所述第二低折射率差algaas dbr层12与第一低折射率差algaas dbr层4相同。所述第二高折射率差algaas dbr层13与第一高折射率差algaas dbr层3相同。
11、进一步地，所述缓冲层2中掺杂有si原子。优选地，所述掺杂浓度为2e18-7e18个原子/cm3。所述gaas缓冲层2的厚度为0.1-0.5μm。
12、进一步地，所述第一高折射率差algaas dbr层3中掺杂有si原子。优选地，所述掺杂浓度为1e18-7e18个原子/cm3。alx1ga1-x1as层、alx2ga1-x2as层的对数为3-15对。采用高掺杂有利于降低势垒高度差，减少电阻。
13、进一步地，所述第一低折射率差algaas dbr层4中掺杂有si原子。优选地，所述掺杂浓度为1e18-7e18个原子/cm3，对数为20-35对。采用高掺杂有利于降低势垒高度差，减少电阻。
14、进一步地，所述下algaasp过渡层5中掺杂有si原子。优选地，所述掺杂浓度为1e18-7e18个原子/cm3。
15、进一步地，所述下algainp dbr层6中掺杂有si原子。优选地，所述掺杂浓度为2e17-1e18/cm3，对数为5-15对。所述下algainp dbr层6靠近有源区，采用低掺杂有利于降低吸收损耗，避免掺杂剂扩散导致阈值本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种垂直腔面发射激光器外延结构，其中，所述外延结构从下到上依次包括：衬底、缓冲层、第一高折射率差AlGaAs DBR层、第一低折射率差AlGaAs DBR层、下AlGaAsP过渡层、下AlGaInP DBR层，下AlGaInP垒层、GaInP/AlGaInP多量子阱垒层、上AlGaInP垒层，上AlGaInP DBR层、上AlGaAsP过渡层、第二低折射率差AlGaAs DBR层、第二高折射率差AlGaAsDBR层、GaAs帽层；其中：
2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器外延结构，其特征在于，所述下AlGaInPDBR层中，(Alx5Ga1-x5)y1In1-y1P层、(Alx6Ga1-x6)y2In1-y2P层厚度均为λ/4n，所述n为相应材料层的650nm波长光学折射率，λ为相应材料层的波长；
3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器外延结构，其特征在于，所述第一高折射率差AlGaAs DBR层中掺杂有Si原子；优选地，所述掺杂浓度为1E18-7E18个原子/cm3；对数为3-15对。
4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光
5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器外延结构，其特征在于，所述下AlGaInPDBR层中掺杂有Si原子；优选地，所述掺杂浓度为2E17-1E18/cm3，对数为5-15对；
6.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器外延结构，其特征在于，所述GaInP/AlGaInP多量子阱垒层的阱宽厚度为3-7nm；优选地，该多量子阱垒层的厚度为4-8nm。
7.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器外延结构，其特征在于，所述上AlGaInPDBR层中掺杂有Mg原子；优选地，所述掺杂浓度为2E17-1E18/cm3，对数为5-15对；
8.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器外延结构，其特征在于，所述第二低折射率差AlGaAs DBR层中掺杂有Mg原子；优选地，所述掺杂浓度为7E17-5E18个原子/cm3，对数为15-30对。
9.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器外延结构，其特征在于，所述第二高折射率差AlGaAs DBR层中掺杂有Mg原子；优选地，所述掺杂浓度为7E17-5E18个原子/cm3，对数为3-10对。
10.根据权利要求1-9任一项所述的垂直腔面发射激光器外延结构，其特征在于，所述GaAs缓冲层中掺杂有Si原子；优选地，所述掺杂浓度为2E18-7E18个原子/cm3；优选地，所述GaAs缓冲层的厚度为0.1-0.5μm；
...【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面发射激光器外延结构，其中，所述外延结构从下到上依次包括：衬底、缓冲层、第一高折射率差algaas dbr层、第一低折射率差algaas dbr层、下algaasp过渡层、下algainp dbr层，下algainp垒层、gainp/algainp多量子阱垒层、上algainp垒层，上algainp dbr层、上algaasp过渡层、第二低折射率差algaas dbr层、第二高折射率差algaasdbr层、gaas帽层；其中：
2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器外延结构，其特征在于，所述下algainpdbr层中，(alx5ga1-x5)y1in1-y1p层、(alx6ga1-x6)y2in1-y2p层厚度均为λ/4n，所述n为相应材料层的650nm波长光学折射率，λ为相应材料层的波长；
3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器外延结构，其特征在于，所述第一高折射率差algaas dbr层中掺杂有si原子；优选地，所述掺杂浓度为1e18-7e18个原子/cm3；对数为3-15对。
4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器外延结构，其特征在于，所述第一低折射率差algaas dbr层中掺杂有si原子；优选地，所述掺杂浓度为1e18-7e18个原子/cm3，对数为20-35对；
5.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱振，刘飞，李志虎，
申请(专利权)人：山东华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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