[發明專利]垂直腔面發射激光器及其制作方法

有效

• 申請號: 201210279632.7
• 申請日: 2012-08-08
• 公開（公告）號: CN102790354A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 寧永強;張祥偉;秦莉;劉云;王立軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明屬于半導體光電子學技術領域，具體涉及一種垂直腔面發射激光器及其制作方法。

背景技術

垂直腔面發射激光器的高功率、單縱模、輸出圓形光斑、長壽命還有易于二維集成等特點，使得高功率垂直腔面發射激光器的商業應用越來越廣泛，尤其在電信領域、激光顯示領域、激光點火、泵浦原和激光加工等等。經過全世界幾十年堅持不懈的努力，VCSEL的市場正在變的越來越大。大功率垂直腔面發射激光器的高的閾值電流，低的光電轉換效率等缺點已經的到很好的改善。長期以來，垂直腔面發射半導體激光器（VCSEL）一直處于低功率水平，使這種器件的應用受到極大的制約。直到最近幾年VCSEL材料生長與制備技術的發展才使其功率水平開始得到大幅度的提高，從而為VCSEL激光器的應用發展開辟了廣闊的前景。然而，隨著VCSEL激光功率不斷得到提高，其激光模式問題的解決則變得日益迫切和重要，因為到目前為止VCSEL激光功率的提高不僅沒有改善激光模式，而且在獲取基模上產生不利的影響。這同樣制約了VCSEL激光器在很多重要應用領域發揮作用。因此，在解決VCSEL激光器功率問題的同時必須解決其光學模式問題才能夠發展真正適合于應用的優質VCSEL激光器，這是目前國內外半導體激光領域面臨的一個重要的課題。而本項目正是為了解決大功率VCSEL激光器的單橫模單偏振問題這一國際性前沿課題首次提出一種新的研究思路和方法，我們期望通過本項目的工作能夠揭示VCSEL激光器單橫模單偏振形成的物理機制，在實現高功率VCSEL激光器上取得突破性進展。這對于發展VCSEL激光器的應用，特別是在解決空間探測技術中的微型載荷激光測距、空間通信、目標識別與跟蹤制導等應用所需要的優質微型激光器方面具有重要的意義。

自從側氧化限制結構的出現，器件的閾值電流、調制速度、和光電轉換效率得到很大的改善。似乎這種結構表現的近乎完美了，但是這種結構也存在自身無法消除的缺陷，那就是在側氧化之后絕緣層的邊緣的電流密度會比中心區域高的現象。無法消除光模式的增益重疊的現象，即使電流在氧化限制層完美均勻注入，大部分電流也會集中在氧化限制層邊界上，主要是因為面積是半徑的平方的關系。因此光模式在中心達到最大，這樣的結果就會導致孔徑10μm及以上的器件的閾值電流的增大、效率的降低還有空間燒孔變的更嚴重。即使孔徑縮小到3μm左右的單模尺寸，增益重疊可以得到改善但這種缺陷仍然不能消除，載流子在小孔徑外的幾微米范圍內擴散從而增加了閾值電流和寄生電容從而光的散射也相應的被擴大。

發明內容

本發明針對現有技術中的垂直腔面發射激光器具有偏振開關效應的缺點，提出一種無需側氧化無需腐蝕臺面，可以解決光模式的增益重疊缺陷并能強制電流線性注入的，垂直腔面發射激光器及其制作方法。

為實現上述目的，本發明的垂直腔面發射激光器及其制作方法的技術方案具體如下：

一種垂直腔面發射激光器，由上至下依次為：襯底、緩沖層、N型分布布拉格反射鏡組、有源區、氧化限制層、P型分布布拉格反射鏡組和歐姆接觸層；

所述氧化限制層內的載流子注入孔徑的形狀為透光區和不透光區間隔排列的光柵條紋形狀。

上述技術方案中，所述載流子注入孔徑的光柵條紋寬度為0.5-1.5μm。

上述技術方案中，所述有源區包括：空間層和激活區。

上述技術方案中，所述氧化限制層為AlAs層。

上述技術方案中，所述有源區、氧化限制層、P型分布布拉格反射鏡組和歐姆接觸層的外側，均設有厚度為100～250nm的AlN鈍化層。

上述技術方案中所述的垂直腔面發射激光器的制作方法，該垂直腔面發射激光器的氧化限制層的形成包括以下步驟：

步驟i：通過光刻成形出氧化限制層；

步驟ii：在所述氧化限制層上方生長二氧化硅薄膜，然后將其光刻為光柵條紋形狀；

步驟iii：對所述氧化限制層進行氧化，形成光柵條紋形狀的載流子注入孔徑；

步驟iv：去除掉步驟ii中形成的所述二氧化硅薄膜。

上述技術方案中，所述步驟iii中對所述圓形氧化限制層進行氧化的氧化深度為所述氧化限制層的厚度。

上述技術方案中，所述步驟ii中，在所述圓形氧化限制層上方生長二氧化硅薄膜的厚度為50～250nm。

本發明的垂直腔面發射激光器及其制作方法的有益效果是：