一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器制造技术

一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器,属于激光器技术领域。该激光器为一种利用具有DBR结构的垂直腔面发射激光器的外延结构从下向上的顺序依次包括衬底、N型掺杂层、N型DBR层、多量子阱层、P型DBR层、光刻胶、Al

【技术实现步骤摘要】
一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器
本技术涉及Ⅲ-Ⅴ族(如GaAs)激光器材料的激光器及制备
，具体为一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器及其制备方法。
技术介绍
垂直腔面发射激光器是当前激光
最活跃的研究课题之一，其广泛应用与光通信、红外照明等领域。垂直腔面发射激光器的主要结构包括衬底、N型掺杂层、N型DBR、量子阱层、P型DBR、P型掺杂层。为了将电流和激光限制在很小的孔径之内，在量子阱层和P型DBR之间会生长一层或多层高折射率高Al组分的AlGaAs外延层，Al的组分大于等于0.95，然后利用选择氧化技术将高Al组分的AlGaAs从四周向内氧化成低折射率的Al2O3，中间一定孔径内的AlGaAs不被氧化。由于Al2O3是绝缘材料，故在通电时能将电流限制在中间孔径之内，另外由于Al2O3的折射率小于AlGaAs，故可将光波限制在中间孔径之内，这样，产生的光子就从中间孔径之内激射出去，形成圆形且发散角小的激光束。在高Al组分的AlGaAs被氧化成Al2O3的过程中，会产生体积收缩效应，氧化后的外延层会产生空洞，使得氧化层很容易塌陷变形，从而导致器件失效。另外氧化过程中产生的副产物中有剧毒的As、As2O3，不利于环境保护。选择氧化技术是目前制造垂直腔面发射激光器的关键激光器，其原理是在300℃～500℃温度下，用氮气携带水蒸气经过样品时，高Al组分的AlGaAs和H2O反应会形成透明的自然氧化层。反应生成物包括Al的氧化物Al2O3以及As的化合物AsH3，As2O3等。这些As的化合物易挥发，可以被氮气带出氧化层，经过严格的处理后排放到大气中。由于高Al组分的AlGaAs与H2O反应生成物众多，其氧化过后会在高Al组分的AlGaAs层内形成大量空洞，导致被氧化的AlGaAs层开裂、体积收缩，会影响到整个器件的性能。
技术实现思路
为解决上述的技术问题，本专利技术提出一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器。本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现，一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器及其制备方法。一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述激光器从下向上的顺序依次包括：衬底(1)、N型掺杂层(2)、N型DBR层(3)、多量子阱层(4)，多量子阱层(4)上为中间有中心孔的孔状Al2O3薄膜层(7)，即孔状Al2O3薄膜层(7)为中间设有孔的环状结构Al2O3薄膜层，孔状Al2O3薄膜层(7)位于多量子阱层(4)上；孔状Al2O3薄膜层(7)的中心孔内满设P型DBR，且P型DBR向上再覆盖住孔状Al2O3薄膜层(7)形成一整平层，孔状Al2O3薄膜层(7)对应的孔内的P型DBR和孔状Al2O3薄膜层(7)上的一整平层P型DBR为一体化结构称为P型DBR层(8)，P型DBR层(8)的上面为P型掺杂GaAs层(9)。每一层的厚度分别如下：N型掺杂层(2)的厚度为20nm，材料为本领域常规的N型掺杂材料，如N型掺杂的GaAs。N型DBR层(3)的厚度为67.9nm，材料为本领域常规的N型DBR；如AlGaAs；量子阱层(4)的厚度为10.6nm，材料为本领域常规的多量子阱材料，如GaAsP；孔状Al2O3薄膜层(7)的厚度为30nm，中间孔的尺寸为50μm(对应的为平行层方向的尺寸)孔状Al2O3薄膜层(7)上面P型DBR层(8)对应的厚度为76.3nm，P型DBR层(8)材料为本领域常规的P型DBR材料，如AlGaAs。P型掺杂GaAs层(9)的厚度为200nm所述的Al2O3薄膜层为致密的Al2O3层，是原始利用PECVD技术生长的Al2O3薄膜层。该激光器的制备方法，包括以下具体步骤：步骤一，将衬底(1)依次经过清洗溶液清洗；步骤二，在衬底(1)上利用MOCVD技术生长一层N型掺杂层(2)；步骤三，在N型掺杂层(2)上利用MOCVD技术生长一定对数的N型DBR层(3)；步骤四，在N型DBR层(3)上利用MOCVD技术生长一层或多层多量子阱层(4)；步骤五，在量子阱层(4)上利用PECVD技术生长一整层Al2O3薄膜层(5)；步骤六，利用光刻技术在整层Al2O3薄膜层(5)上的周向上制作环状光刻胶(6)；步骤七，利用刻蚀技术将整层Al2O3薄膜层(5)刻蚀成环状光刻胶(6)的形状即整层Al2O3薄膜层(5)的中间被刻蚀，周向依旧为Al2O3薄膜层，最终形成孔状Al2O3薄膜层(7)；步骤八，利用二次外延技术从孔状Al2O3薄膜层(7)中心孔位置的多量子阱层(4)上生长一定对数的P型DBR外延层并一直生长到并盖过孔状Al2O3薄膜层(7)一整层，从而形成P型DBR层(8)；步骤九，在P型DBR层(8)上再生长一层P型掺杂GaAs层(9)。当给上述激光器正电极注入电流，电流通过氧化孔径注入到有源区，满足受激辐射的条件后，多量子阱层内产生的光子会在N型DBR层和P型DBR层之前来回反射形成稳定的驻波，由于孔状Al2O3薄膜层的折射率小于P型DBR层，根据光的波导理论及光传输过程中的全反射原理，激光只会限制在孔状Al2O3薄膜层中间无Al2O3薄膜的位置，最终沿着中间无Al2O3薄膜的位置从上表面激射出去。制备方法与已公开的技术相比，本专利技术存在以下优点：本专利技术中利用二次外延技术将氧化后应力变得很脆弱的高Al组分AlGaAs外延层换成致密的Al2O3薄膜层，使得此Al2O3层及其上的外延层中变得坚固且密度均匀，刻蚀时速率更易控制且不会存在通过湿法氧化而导致的影响器件性能的因素，另外不会产生As及As2O3等剧毒物质，有利于环境保护，也不需要复杂的湿法氧化过后含As废弃物的处理系统，有利于节约成本。附图说明图1为本专利技术方法的步骤一-四生长示意图。图2为本专利技术方法的步骤五生长示意图。图3为本专利技术方法的步骤六生长示意图。图4为本专利技术方法的步骤七生长示意图。图5为本专利技术方法的步骤八生长示意图。图6为本专利技术方法的步骤九生长示意图。图7为本装置的原理图。衬底(1)、N型掺杂层(2)、N型DBR层(3)、多量子阱层(4)、整层Al2O3薄膜层(5)、环状光刻胶(6)、孔状Al2O3薄膜层(7)、P型DBR层(8)、P型掺杂GaAs层(9)。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1当给利用上述制备方法做出的激光器加上电流之后，多量子阱层4内产生的光子会在N型DBR层3和P型DBR层8之前来回反射，由于孔状Al2O3薄膜层7的折射率小于P型DBR层8，根据光的波导理论及光传输过程中的全反射原理，激光只会限制在孔状Al2O3薄膜层7中间无Al2O3薄膜的位置，最终沿着中间无Al2O3薄膜的位置从上表面激射出去。其原理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述激光器从下向上的顺序依次包括：衬底(1)、N型掺杂层(2)、N型DBR层(3)、多量子阱层(4)，多量子阱层(4)上为中间有中心孔的孔状Al

【技术特征摘要】
1.一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述激光器从下向上的顺序依次包括：衬底(1)、N型掺杂层(2)、N型DBR层(3)、多量子阱层(4)，多量子阱层(4)上为中间有中心孔的孔状Al2O3薄膜层(7)，即孔状Al2O3薄膜层(7)为中间设有孔的环状结构Al2O3薄膜层，孔状Al2O3薄膜层(7)位于多量子阱层(4)上；孔状Al2O3薄膜层(7)的中心孔内满设P型DBR，且P型DBR向上再覆盖住孔状Al2O3薄膜层(7)形成一整平层，孔状Al2O3薄膜层(7)对应的孔内的P型DBR和孔状Al2O3薄膜层(7)上的一整平层P型DBR为一体化结构称为P型DBR层(8)，P型DBR层(8)的上面为P型掺杂GaAs层(9)。


2.按照权利要求1所述的一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器，其特征在于，N型掺杂层(2)的厚度为20nm。


3.按照权利要求1所述的一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器，其特征在于，N...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智勇，徐晟，李冲，王聪聪，黄瑞，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11