垂直腔面发射激光器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种垂直腔面发射激光器及其制作方法，垂直腔面发射激光器包括：衬底；谐振腔，形成于所述衬底上，所述谐振腔包括依次形成于衬底上的非掺杂DBR、扩展腔层、n掺杂DBR、内腔区和p掺杂DBR，所述扩展腔层用于调节激光器的有效腔长，满足：D*n1＝mλ/4，其中，D为扩展腔层的厚度，n1为扩展腔层的光学折射率，λ为激光器的波长，m为大于等于3的自然数。本发明专利技术由于引入了扩展腔结构，激光器有效腔长增加，利于减小出射光的线宽，扩展腔所增加的串联电阻与吸收损耗会增加自热效应并提高阈值电流，采用介质层DBR与腔内接触来降低上述影响，可使激光器获得窄线宽的同时保持较低的阈值电流。阈值电流。阈值电流。

【技术实现步骤摘要】
垂直腔面发射激光器及其制作方法


[0001]本专利技术是关于半导体激光器
，特别是关于一种垂直腔面发射激光器及其制作方法。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器(VCSEL)由于易制造、低功耗、封装简单、可在低电流下高速调制等特点，已广泛用于短距离光通信与数据中心。这些激光器通常在多模下工作，而在有的应用领域需要更高光谱纯度、更高相干性与聚焦能力的光源，这时需要激光器在单模状态下工作。在原子物理的研究与应用中，芯片原子钟与原子磁力计用于原子光学检测的VCSEL激光器，激光器发射波长与所利用的原子谱线必须精确匹配，通过基模激射偏振稳定的激光，通常要求线宽小于100MHz、边模抑制比大于20dB。
[0003]相比边发射激光器，由分布式布拉格反射镜(DBR)所构成的仅支持单个波长的短谐振腔结构容易获得单纵模。在横向光学限制上，原生单模VCSEL采用离子注入或高铝层氧化来构成足够窄的波导，仅支持基模激射而防止高阶模式达到阈值。由此形成的小孔径通常会导致较高的串联电阻，器件工作时大电流引起的自热效应会限制输出功率。此外孔径过小还会增加制造难度，降低可靠性。
[0004]公开于该
技术介绍
部分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

[0005]本专利技术的目的在于提供一种垂直腔面发射激光器及其制作方法，其能够克服现有技术中出射光线宽大的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的实施例提供了一种垂直腔面发射激光器，包括：
[0007]衬底；
[0008]谐振腔，形成于所述衬底上，所述谐振腔包括依次形成于衬底上的非掺杂DBR、扩展腔层、n掺杂DBR、内腔区和p掺杂DBR，
[0009]所述扩展腔层用于调节激光器的有效腔长，满足：D*n1＝mλ/4，
[0010]其中，D为扩展腔层的厚度，n1为扩展腔层的光学折射率，λ为激光器的波长，m为大于等于3的自然数。
[0011]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述扩展腔层的材料为AlGaAs。
[0012]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述谐振腔还包括形成于所述p掺杂DBR上的介质层DBR。
[0013]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述介质层DBR的材料选自SiO2、Si3N4或TiO2。
[0014]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述谐振腔具有暴露所述p掺杂DBR顶面的第一台面，所述第一台面上设置有p区金属电极。
[0015]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述谐振腔还具有暴露所述扩展腔层顶面的第二台面，所述第二台面上设置有n区金属电极。
[0016]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述内腔区包括上包覆层、下包覆层、以及设置于上包覆层和下包覆层之间的多量子阱有源区。
[0017]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述内腔区的厚度需要L满足：L*n2＝λ/2的整数倍，其中，n2为内腔区的空间平均折射率。
[0018]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述谐振腔还包括形成于所述p掺杂DBR内的氧化限制层，所述p掺杂DBR和氧化限制层的材料均为AlGaAs，且氧化限制层中Al组分的含量高于p掺杂DBR中Al组分的含量。
[0019]为实现上述目的，本专利技术的实施例还提供了一种垂直腔面发射激光器的制作方法，包括：
[0020]提供衬底；
[0021]在衬底上依次外延生长非掺杂DBR、扩展腔层、n掺杂DBR、下包覆层、多量子阱有源区、上包覆层和p掺杂DBR；
[0022]在p掺杂DBR上沉积介质层DBR；
[0023]刻蚀介质层DBR至扩展腔层的表面形成第二台面；
[0024]刻蚀介质层DBR至p掺杂DBR的表面形成第一台面；
[0025]在第一台面和第二台面上分别制作p区金属电极和n区金属电极。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有点至少包括：
[0027]1、由于引入了扩展腔结构，激光器有效腔长增加，利于减小出射光的线宽；
[0028]2、由于采用了介质DBR结构，使得反射率光谱在一定的光学阻带范围内都能获得99％以上的反射率。
[0029]3、较少的掺杂布拉格反射镜与腔内接触可以进一步减小吸收损耗并降低阈值电流。
附图说明
[0030]图1是根据本专利技术一实施方式的垂直腔面发射激光器的结构示意图；
[0031]图2是根据本专利技术实施例1的激光器结构光学反射谱；
[0032]图3是根据本专利技术实施例1的895nm入射光下激光器结构中的光学驻波分布。
具体实施方式
[0033]下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0034]除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
[0035]如图1所示，根据本专利技术优选实施方式的一种垂直腔面发射激光器10，包括衬底11以及形成于衬底11上的谐振腔12。
[0036]衬底11采用GaAs材料。
[0037]谐振腔12包括依次形成于衬底11上的非掺杂DBR121、扩展腔层122、n掺杂DBR123、内腔区124和p掺杂DBR125。
[0038]非掺杂DBR121、n掺杂DBR123、p掺杂DBR125由高反射率材料与低反射率材料交替生长而成，用于对光场进行分布反馈。
[0039]构成DBR的每层的材料采用Al
x
Ga1‑
x
As，每层的厚度需要满足：每层DBR的厚度与DBR光学折射率的乘积为光学共振波长的1/4。
[0040]n掺杂DBR123中，n型掺杂浓度为1E18～5E18cm
‑3；p掺杂DBR125中，p型掺杂浓度为5E18～1E19cm
‑3。
[0041]扩展腔层122用于调节激光器10的有效腔长，满足：D*n1＝mλ/4，其中，D为扩展腔层122的厚度，n1为扩展腔层122的光学折射率，λ为激光器10的波长，m为大于等于3的自然数。一实施例中，所述扩展腔层122的材料为Al
x
Ga1‑
x
As。
[0042]扩展腔层122采用n型掺杂，n型掺杂浓度为1E18～5E18cm
‑3。
[0043]本实施例中，由于引入了扩展腔结构，激光器有效腔长增加，利于减小出射光的线宽。而且使用扩展腔结构可以在大氧化孔径的条件下实现单横模激射，因为在较长的扩展腔中高阶模式的衍射损耗，只有基横模易于获得稳定传输。
[0044]但是，扩展腔的引入增加了激光器的电流路径与串联电阻，在传统的上下电极与掺杂DBR结构中，不可避免的造成损耗增加与阈值电流上升，导致激本文档来自技高网...

【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：衬底；谐振腔，形成于所述衬底上，所述谐振腔包括依次形成于衬底上的非掺杂DBR、扩展腔层、n掺杂DBR、内腔区和p掺杂DBR，所述扩展腔层用于调节激光器的有效腔长，满足：D*n1＝mλ/4，其中，D为扩展腔层的厚度，n1为扩展腔层的光学折射率，λ为激光器的波长，m为大于等于3的自然数。2.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述扩展腔层的材料为AlGaAs。3.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述谐振腔还包括形成于所述p掺杂DBR上的介质层DBR。4.如权利要求3所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述介质层DBR的材料选自SiO2、Si3N4或TiO2。5.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述谐振腔具有暴露所述p掺杂DBR顶面的第一台面，所述第一台面上设置有p区金属电极。6.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述谐振腔还具有暴露所述扩展腔层顶面的第二台面，所述第二台面上设置有n区金属电...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊敏，董旭，朱杰，
申请(专利权)人：苏州镓港半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：