【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种窄线宽大功率垂直腔面发射激光器及制备方法，属于激光器。
技术介绍
1、不同于边发射激光器（eel）侧面出光的特点，垂直腔面发射激光器(vcsel)为面上出光，具有单纵模、低阈值、易于二维集成等特点，在三维传感与光通讯领域有广泛应用。
2、垂直腔面发射激光器外延结构自上而下分别为p型欧姆接触层、p-dbr层、氧化限制层、有源区、n-dbr层、n型欧姆接触层、gaas衬底。
3、vcsel芯片制作中，通过刻蚀形成双台面结构，再通过湿法氧化对氧化限制层进行氧化，形成对光场的限制，再加入p面电极与n面电极形成欧姆接触。
4、vcsel芯片在工作中多表现出单纵模、多横模的特性，而在实际应用中，为提升光束质量，多要求vcsel呈现基横模特性，即窄线宽的光谱性能。目前最常用的制备窄线宽vcsel的方法为减少氧化孔径、减小有源区体积、表面浮雕结构或制备光子晶体，然而由于有源区体积、出光面积、或出射模式的减少，vcsel的出射功率至少减少一半以上。因此大功率与窄线宽特性在传统结构下难以兼得。
5、申请号为cn202310737321.9的专利技术专利申请公开了一种单模高功率、低热阻垂直腔面发射激光器及制备方法，该方法通过制备表面浮雕结构得到垂直腔面发射激光器，虽然能够实现窄线宽输出，但这种方式不能将高阶模式稳定抑制，时常会出现跳模状态，并且浮雕结构本身出光面积不大，无法通过增大出光面积实现大功率的性能。
技术实现思路
1、为了克服上述
2、本专利技术的技术方案如下：
3、第一方面
4、一种窄线宽大功率垂直腔面发射激光器，包括外延层，所述外延层包括自上到下的p型欧姆接触层、p-dbr层、氧化限制层、有源区、n-dbr层、n型欧姆接触层，所述外延层上设置有若干环形且同心的第一沟槽，所述第一沟槽贯穿所述p型欧姆接触层、所述p-dbr层、所述氧化限制层和所述有源区，并进入所述n-dbr层预设深度；
5、相邻的所述第一沟槽之间的区域和最内侧的所述第一沟槽围合的区域被设置为发射台；
6、各所述发射台的氧化限制层均包括氧化孔，所述氧化孔直径为2.5~3μm；
7、所述第一沟槽的底部、所述发射台的侧壁和顶部被绝缘钝化层覆盖；
8、所述发射台顶部的绝缘钝化层开有钝化层开窗；
9、所述外延层上设置有电极，所述电极沿所述第一沟槽设置，且覆盖所述发射台顶部的边缘，所述电极通过所述钝化层开窗与所述发射台的发射区电连接。
10、进一步地，还包括若干连接相邻所述第一沟槽的第二沟槽，所述电极沿所述第一沟槽和所述第二沟槽布置。
11、进一步地，所述第二沟槽为条形沟槽，所述第二沟槽沿所述第一沟槽的径向设置；各所述第二沟槽均连接所有第一沟槽，且所述第二沟槽沿所述第一沟槽的环形方向等间隔布置。
12、进一步地，所述钝化层开窗沿所述发射台的顶部边缘设置，且所述钝化层开窗距离所述发射台的顶部边缘1~3μm。
13、进一步地，所述第一沟槽的数量为2~1000。
14、进一步地，所述第一沟槽的宽度为3~6μm，所述发射台的台面宽度为10~15μm，所述第一沟槽进入所述n-dbr层的深度为3~4μm，所述钝化层开窗的宽度为1~2μm。
15、第二方面
16、一种窄线宽大功率垂直腔面发射激光器的制备方法，包括以下步骤：
17、在基底上依次生长n型欧姆接触层、n-dbr层、有源区、氧化限制层、p-dbr层与p型欧姆接触层，作为垂直腔表面发射激光器的外延层；
18、通过icp刻蚀工艺在所述外延层上制作若干环形且同心的第一沟槽，所述第一沟槽贯穿所述p型欧姆接触层、所述p-dbr层、所述氧化限制层和所述有源区，并进入所述n-dbr层预设深度；
19、相邻的所述第一沟槽之间的区域和最内侧的所述第一沟槽围合的区域被设置为发射台；
20、对所述发射台的氧化限制层进行氧化，形成氧化孔；
21、在所述第一沟槽的底部、所述发射台的侧壁和顶部，分别沉积绝缘钝化层；
22、通过rie刻蚀工艺在所述发射台的顶部边缘处对钝化层进行开窗，得到钝化层开窗；
23、通过镀膜的方式在所述第一沟槽和所述发射台的顶部边缘处生成p型金属层，所述p型金属层覆盖所述钝化层开窗，所述p型金属层作为电极。
24、进一步地，还包括通过icp刻蚀工艺在所述外延层上制作若干连接相邻的所述第一沟槽的第二沟槽。
25、进一步地，通过镀膜的方式在所述第一沟槽和所述发射台的顶部边缘处生成p型金属层，具体为通过磁控溅射沉积与电镀的组合镀膜方式在所述第一沟槽和所述发射台的顶部边缘处生成p型金属层。
26、本专利技术具有如下有益效果：
27、该激光器通过icp刻蚀工艺在外延层上设置若干同心环形沟槽，沟槽将外延层隔离形成环绕中心的弧形发射台阵列。并通过湿法氧化工艺将发射台中的氧化限制层部分氧化形成小尺寸（3um）氧化孔，以保证出射激光的窄线宽性能。并可以通过增加环形沟槽的圈数，增加激光器的出射功率。
28、该激光器还通过设置若干长条形沟槽与各环沟槽相连并延伸至圆心，以保证圆环电极电流密度的均匀性。
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1.一种窄线宽大功率垂直腔面发射激光器，包括外延层（1），所述外延层（1）包括自上到下的P型欧姆接触层、P-DBR层、氧化限制层（7）、有源区、N-DBR层、N型欧姆接触层，其特征在于，所述外延层（1）上设置有若干环形且同心的第一沟槽（3），所述第一沟槽（3）贯穿所述P型欧姆接触层、所述P-DBR层、所述氧化限制层（7）和所述有源区，并进入所述N-DBR层预设深度；相邻的所述第一沟槽（3）之间的区域和最内侧的所述第一沟槽（3）围合的区域被设置为发射台（2）；各所述发射台（2）的氧化限制层（7）均包括氧化孔（8），所述氧化孔（8）直径为2.5~3μm；所述第一沟槽（3）的底部、所述发射台（2）的侧壁和顶部被绝缘钝化层（5）覆盖；所述发射台（2）顶部的绝缘钝化层（5）开有钝化层开窗（6）；所述外延层（1）上设置有电极（4），所述电极（4）沿所述第一沟槽（3）设置，且覆盖所述发射台（2）顶部的边缘，所述电极（4）通过所述钝化层开窗（6）与所述发射台（2）的发射区电连接。
2.根据权利要求1所述窄线宽大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于，还包括若干连接相邻所述第一沟槽（3）的
3.根据权利要求2所述窄线宽大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第二沟槽为条形沟槽，所述第二沟槽沿所述第一沟槽（3）的径向设置；各所述第二沟槽均连接所有第一沟槽（3），且所述第二沟槽沿所述第一沟槽（3）的环形方向等间隔布置。
4.根据权利要求1所述窄线宽大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述钝化层开窗（6）沿所述发射台（2）的顶部边缘设置，且所述钝化层开窗（6）距离所述发射台（2）的顶部边缘1~3μm。
5.根据权利要求1所述窄线宽大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一沟槽（3）的数量为2~1000。
6.根据权利要求1-5任一所述窄线宽大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一沟槽（3）的宽度为3~6μm，所述发射台（2）的台面宽度为10~15μm，所述第一沟槽（3）进入所述N-DBR层的深度为3~4μm，所述钝化层开窗（6）的宽度为1~2μm。
7.一种窄线宽大功率垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述窄线宽大功率垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，还包括通过ICP刻蚀工艺在所述外延层（1）上制作若干连接相邻的所述第一沟槽（3）的第二沟槽。
9.根据权利要求7所述窄线宽大功率垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，通过镀膜的方式在所述第一沟槽（3）和所述发射台（2）的顶部边缘处生成P型金属层，具体为通过磁控溅射沉积与电镀的组合镀膜方式在所述第一沟槽（3）和所述发射台（2）的顶部边缘处生成P型金属层。
...【技术特征摘要】
1.一种窄线宽大功率垂直腔面发射激光器，包括外延层（1），所述外延层（1）包括自上到下的p型欧姆接触层、p-dbr层、氧化限制层（7）、有源区、n-dbr层、n型欧姆接触层，其特征在于，所述外延层（1）上设置有若干环形且同心的第一沟槽（3），所述第一沟槽（3）贯穿所述p型欧姆接触层、所述p-dbr层、所述氧化限制层（7）和所述有源区，并进入所述n-dbr层预设深度；相邻的所述第一沟槽（3）之间的区域和最内侧的所述第一沟槽（3）围合的区域被设置为发射台（2）；各所述发射台（2）的氧化限制层（7）均包括氧化孔（8），所述氧化孔（8）直径为2.5~3μm；所述第一沟槽（3）的底部、所述发射台（2）的侧壁和顶部被绝缘钝化层（5）覆盖；所述发射台（2）顶部的绝缘钝化层（5）开有钝化层开窗（6）；所述外延层（1）上设置有电极（4），所述电极（4）沿所述第一沟槽（3）设置，且覆盖所述发射台（2）顶部的边缘，所述电极（4）通过所述钝化层开窗（6）与所述发射台（2）的发射区电连接。
2.根据权利要求1所述窄线宽大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于，还包括若干连接相邻所述第一沟槽（3）的第二沟槽，所述电极（4）还沿所述第二沟槽布置。
3.根据权利要求2所述窄线宽大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第二沟槽为条形沟槽，所述第二沟槽沿所述第一沟槽（3）的径向设置；各所述第二沟槽均连接所...
【专利技术属性】
技术研发人员：张立宇，钟杏丽，林中晞，苏辉，
申请(专利权)人：闽都创新实验室，
类型：发明
国别省市：
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