一种垂直腔面发射激光器制造技术

本申请公开了一种垂直腔面发射激光器，涉及半导体激光器领域，包括衬底；设于衬底上表面的VCSEL外延结构；设于VCSEL外延结构上表面的绝缘层；设于开关电极外侧的测温电极，用于施加与开关电极相反的电压；测温电极包括设于VCSEL外延结构上表面的第一测温电极，以及设于隔离沟道底部的第二测温电极；设于绝缘层上表面且位于测温电极外侧的消磁线圈电极，用于通入电流以产生与开关电极、测温电极和垂直腔面发射激光器产生的总磁场大小相等、方向相反的磁场。本申请通过设置测温电极和消磁线圈电极，使VCSEL实现自身温度测试和整体无磁性，无需借助额外的部件，降低制作成本、提升制作效率，且体积仍为芯片级体积。且体积仍为芯片级体积。且体积仍为芯片级体积。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直腔面发射激光器


[0001]本申请涉及半导体激光器领域，特别是涉及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(vertical
‑
cavity surface
‑
emitting laser，VCSEL)可以应用在量子精密测量技术中，例如可以作为原子陀螺中抽运和检测光源，和原子气室进行一体化封装。
[0003]VCSEL的测试电极和开关电极在工作时内部均有电流流动，不可避免的会产生磁场，磁场方向及大小与电流流动方向及大小相关，最终形成一个总的磁场。而典型的原子陀螺和原子磁强计等利用核磁共振原理工作量子精密测量仪器，需要检测磁场的变化信息，因此要求仪器本身不具有磁性。因此需要对VCSEL进行额外的模块化封装，通过额外的基板产生与VCSEL自身磁场方向可相互抵消的磁场实现无磁化封装。另外，为了为实现紧凑封装降低仪器体积，VCSEL必须工作在与原子气室温度接近的环境中，原子气室的温度通常≥70℃，但是目前的VCSEL自身并不能实现温度测量，需要通过额外的测温装置来实现。上述抵消VCSEL自身磁场以及测量VCSEL温度的方式，均需要借助额外的部件，不仅导致VCSEL的制作成本增加、制作效率降低，而且使VCSEL从芯片体积(μm3)大小变为模块体积大小(cm3)，导致量子精密测量仪器原子陀螺和原子磁强计目前还无法实现芯片化。
[0004]因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是提供一种垂直腔面发射激光器，使垂直腔面发射激光器自身不具有磁性、实现测温的条件下，降低制作成本、提升制作效率并减小体积。
[0006]为解决上述技术问题，本申请提供一种垂直腔面发射激光器，包括：
[0007]衬底；
[0008]设于所述衬底上表面的VCSEL外延结构；
[0009]设于所述VCSEL外延结构上表面的绝缘层；
[0010]设于开关电极外侧的测温电极，用于施加与所述开关电极相反的电压；所述测温电极包括设于所述VCSEL外延结构上表面的第一测温电极，以及设于隔离沟道底部的第二测温电极；
[0011]设于所述绝缘层上表面且位于所述测温电极外侧的消磁线圈电极，用于通入电流以产生与所述开关电极、所述测温电极和所述垂直腔面发射激光器产生的总磁场大小相等、方向相反的磁场。
[0012]可选的，还包括：
[0013]设于所述VCSEL外延结构上表面的椭圆形微透镜；
[0014]设于所述椭圆形微透镜表面的介质膜层；
[0015]其中，所述椭圆形微透镜的长轴与[110]、[
‑
110]晶向的夹角均为45
°
，所述椭圆形
微透镜、所述介质膜层和所述VCSEL外延结构中的P型DBR层共同作为所述垂直腔面发射激光器的顶部反射镜。
[0016]可选的，所述P型DBR层中包括的膜层的数量在20对以下。
[0017]可选的，所述介质膜层包括交替层叠的二氧化硅层和氮化硅层。
[0018]可选的，还包括：
[0019]设于所述绝缘层上表面且位于所述消磁线圈电极内侧的加热线圈电极，用于通入电流产生热量，以加热所述垂直腔面发射激光器。
[0020]可选的，所述VCSEL外延结构中的P型盖层包括由下至上层叠的掺杂型GaAs层和本征GaAs层，其中，所述本征GaAs层的厚度为光学厚度的四分之三。
[0021]可选的，所述开关电极、所述测温电极、所述消磁线圈电极的形状均为环形。
[0022]本申请所提供的一种垂直腔面发射激光器，包括：衬底；设于所述衬底上表面的VCSEL外延结构；设于所述VCSEL外延结构上表面的绝缘层；设于开关电极外侧的测温电极，用于施加与所述开关电极相反的电压；所述测温电极包括设于所述VCSEL外延结构上表面的第一测温电极，以及设于隔离沟道底部的第二测温电极；设于所述绝缘层上表面且位于所述测温电极外侧的消磁线圈电极，用于通入电流以产生与所述开关电极、所述测温电极和所述垂直腔面发射激光器产生的总磁场大小相等、方向相反的磁场。
[0023]可见，本申请中的垂直腔面发射激光器设置有测温电极，测温电极包括设于VCSEL外延结构上表面的第一测温电极以及设于隔离沟道底部的第二测温电极，在第一测温电极和第二测温电极两侧施加与开关电极相反的电压，利用VCSEL外延结构的PN结特性，使得第一测温电极和第二测温电极之间形成半导体帕尔贴效应，当垂直腔面发射激光器内部的温度发生变化时，第一测温电极和第二测温电极两侧将产生相应的电流变化，通过检测第一测温电极和第二测温电极之间的反向电流变化的大小即可实现垂直腔面发射激光器自身温度测试。另外，本申请中还在测温电极和开关电极外侧设置有消磁线圈电极，利用电磁感应原理在消磁线圈电极通入电流后产生磁场，该磁场与测温电极和开关电极产生的总磁场大小相等、方向相反，从而使得垂直腔面发射激光器整体无磁。即，本申请中的垂直腔面发射激光器无需借助额外的部件实现测温和消磁，降低制作成本、提升制作效率，同时使其体积仍然为芯片级体积。
附图说明
[0024]为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本申请实施例所提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图；
[0026]图2为本申请实施例所提供的另一种垂直腔面发射激光器的结构示意图；
[0027]图3为图2所示垂直腔面发射激光器的俯视图；
[0028]图4为本申请实施例所提供的另一种垂直腔面发射激光器的结构示意图；
[0029]图5为图4所示垂直腔面发射激光器的俯视图；
[0030]图中，1.衬底，2.N型DBR层，3.有源层，4.氧化层，5.P型DBR层，6.P型盖层，7.隔离
沟道，8.氧化孔径，9.绝缘层，10.消磁线圈电极，11.第一测温电极，12.第二测温电极，13.P型开关电极，14.N型开关电极，15.椭圆形微透镜，16.介质膜层，17.加热线圈电极。
具体实施方式
[0031]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0032]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是本技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似推广，因此本技术不受下面公开的具体实施本文档来自技高网...

【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；设于所述衬底上表面的VCSEL外延结构；设于所述VCSEL外延结构上表面的绝缘层；设于开关电极外侧的测温电极，用于施加与所述开关电极相反的电压；所述测温电极包括设于所述VCSEL外延结构上表面的第一测温电极，以及设于隔离沟道底部的第二测温电极；设于所述绝缘层上表面且位于所述测温电极外侧的消磁线圈电极，用于通入电流以产生与所述开关电极、所述测温电极和所述垂直腔面发射激光器产生的总磁场大小相等、方向相反的磁场。2.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，还包括：设于所述VCSEL外延结构上表面的椭圆形微透镜；设于所述椭圆形微透镜表面的介质膜层；其中，所述椭圆形微透镜的长轴与[110]、[
‑
110]晶向的夹角均为45
°
，所述椭圆形微透镜、所述介质膜层和所述VCS...

【专利技术属性】
技术研发人员：张星，
申请(专利权)人：长春中科长光时空光电技术有限公司，
类型：新型
国别省市：