[發明專利]集成泵浦光源的長波長垂直腔面發射激光器及制作方法

無效

• 申請號: 200610086551.X
• 申請日: 2006-06-22
• 公開（公告）號: CN101093931A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 吳旭明;王小東;譚滿清
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/20;H01S5/187;H01S5/04;H01S5/343
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明是一種垂直腔面發射激光器(Vertical?CavitySurface?Emitting?Laser，VCSEL)，尤其是集成了泵浦光源(邊發射激光器)的長波長垂直腔面發射激光器。

背景技術

垂直腔面發射激光器(Vertical?Cavity?SurfaceEmitting?Laser，VCSEL)是一種很有前途的半導體激光器，它具有許多優點：

1)可以做成密集排列的二維激光陣列。

2)可從與襯底垂直方向發出細的圓形光束，與光纖的耦合效率高。

3)可以在未理解芯片之前進行測試，使成本大大降低。

4)動態單模特性好，調制帶寬較寬。由于垂直腔面發射激光器具有如此多優于傳統邊發射激光器的特點，很快就成為了研究的焦點，在光網絡、光信息處理、傳感以及其他領域產生了巨大影響。

日本的Iga教授在1977年首先提出垂直腔面發射激光器的構思，到了20世紀90年代，許多研究機構開發出了各種類型、各種波段的面發射激光器，并且積極推進各波段面發射激光器的商品化。目前為止，激射波長為0.85μm的GaAs/AlGaAs?VCSEL已經成功地實現了商業應用，而長波長的面發射激光器在商品化方面遇到巨大的困難。長波長面發射激光器的無法商品化的原因，主要是長波長激光器所常用的InGaAsP/InP材料有以下缺點：

1)InGaAsP/InP材料作為半導體布拉格反射鏡使用時，InGaAsP和InP的折射率相差較小。為使半導體布拉格反射鏡達到99％以上的反射率，必須生長InGaAsP/InP?40對左右，這對外延生長來說是不小的難題。

2)InGaAsP/InP材料的俄歇吸收以及價帶吸收較大。

3)InGaAsP和InP系在導帶上的勢壘很小，特別是在載流子濃度較高的時候很難有較好的溫度特性。

4)InGaAsP材料的熱傳導系數比較低，散熱較困難，這導致激光器功率不高。

5)InGaAsP/InP材料目前還沒有很好的電流限制方法。InGaAsP/InP材料的這些缺點使長波長面發射激光器的單模輸出功率很低，無法滿足光通訊系統的要求。

為了克服垂直腔面發射激光器的單模輸出功率低的問題，研究人員采用光取代電來泵浦長波長面發射激光器。光泵浦垂直面發射激光器的發熱顯著小于電泵浦垂直腔面發射激光器，因此能夠得到較高的單模輸出功率，但是一個外部泵浦光源的引入使器件的成本、封裝難度大為提高，難以大規模推廣。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種集成泵浦光源的長波長垂直腔面發射激光器及制作方法，具有泵浦光源和垂直腔面發射激光器之間無反射界面、成本小、出光功率大等優點。

本發明一種集成泵浦光源的長波長垂直腔面發射激光器，其特征在于，該結構包括：

一襯底，該襯底是磷化銦襯底；

一下布拉格反射鏡，該下布拉格反射鏡制作在襯底上；

一下限制層，該限制層制作在下布拉格反射鏡上，該下限制層是磷化銦材料；

一下波導層，該下波導層制作在下限制層上，該下波導層是帶隙波長為1.2微米的銦鎵砷磷材料；

一有源區，該有源區制作在下波導層上；

一上波導層，該上波導層制作在有源區上，該上波導層是帶隙波長為1.2微米的銦鎵砷磷材料；

一上限制層，該上限制層制作在上波導層上，該上限制層是磷化銦材料；

一上布拉格反射鏡，該上布拉格反射鏡制作在上限制層上面的中間；

一歐姆接觸層，該歐姆接觸層制作在上限制層上，位于上布拉格反射鏡的兩側，該歐姆接觸層是銦鎵砷材料；

一上電極，該上電極制作在歐姆接觸層上，位于上布拉格反射鏡的兩側，該上電極是金鋅金材料；

一下電極，該下電極制作在襯底的下面，該下電極是金鍺鎳材料。

其中所述下布拉格反射鏡由40對組合材料組成，每一對組合材料包括鋁鎵銦砷層和磷化銦層；該鋁鎵銦砷層/磷化銦層的材料與磷化銦晶格匹配，在磷化銦襯底上生長出來。

其中所述的有源區由兩部分構成，一部分是垂直腔面發射激光器的有源區，另一部分是泵浦激光器的有源區。

其中所述的上布拉格反射鏡由3對組合材料組成，每一對組合材料包括氧化鎂和硅。

本發明一種集成泵浦光源的長波長垂直腔面發射激光器的制作方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：