[發(fā)明專(zhuān)利]半導(dǎo)體層疊板和垂直腔面發(fā)射激光器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310187942.0
• 申請(qǐng)日: 2013-03-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103311805A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 原敬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 株式會(huì)社理光
• 主分類(lèi)號(hào): H01S5/183
• 分類(lèi)號(hào): H01S5/183;H01S5/343
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 張祥

發(fā)明領(lǐng)域

在此，本發(fā)明主要涉及一種半導(dǎo)體層疊板和一種垂直腔面發(fā)射激光器。

背景技術(shù)

固體激光器比如Nd:GdVO4、Nd:YAG等具有有限的波長(zhǎng)，而半導(dǎo)體激光器卻能發(fā)射不同波長(zhǎng)的激光，因?yàn)檎{(diào)整活性材料的構(gòu)成是比較容易的。因此，這預(yù)計(jì)將應(yīng)用于需要高輸出量激光的領(lǐng)域。特別地，一種垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)具有不受跳模影響的波長(zhǎng)可控的優(yōu)越特性。

這樣一種半導(dǎo)體激光器能在一個(gè)特定能隙下通過(guò)電流注入有源層或光激發(fā)載流子注入來(lái)發(fā)射預(yù)定波長(zhǎng)的光。為有效實(shí)施載流子注入，一種量子阱有源層被廣泛用于有源層結(jié)構(gòu)中。并且，為獲得高輸出量，多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)被普遍使用，其中多量子阱層被阻擋層分隔開(kāi)。

例如，非專(zhuān)利文件1中公開(kāi)了一種結(jié)構(gòu)，其中三個(gè)8納米厚的由砷磷化鎵銦形成的量子阱層被10納米厚的由磷化鎵銦形成的阻擋層分隔開(kāi)。

此外，為了以垂直腔面發(fā)射激光獲得更高的輸出量，要滿(mǎn)足幾個(gè)要求，比如，有效的載流子限制、提高的增益以及對(duì)于產(chǎn)生于有源層的熱量的優(yōu)越的熱輻射特性。

專(zhuān)利文件1公開(kāi)了一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)通過(guò)在阻擋層外側(cè)形成一個(gè)具有更寬能隙的層而具有提高的載流子限制效果，這些阻擋層之間層疊了量子阱層，該量子阱層被描述為載流子泄漏預(yù)防層。

專(zhuān)利文件2公開(kāi)了一種使用光激發(fā)來(lái)獲得更高輸出量的外部反射鏡垂直腔面發(fā)射激光器。具體地，在專(zhuān)利文件2中公開(kāi)的結(jié)構(gòu)中，厚度為λ/2(λ：振蕩波長(zhǎng))的磷化鎵銦層被提供于諧振器的兩個(gè)表面上，以提高載流子限制效果。并且，在上述結(jié)構(gòu)中，具有壓縮畸變的砷化鎵銦材料被用作量子阱層，并且由具有拉伸畸變的砷磷化鎵(銦)材料形成的多個(gè)層被用來(lái)補(bǔ)償壓縮畸變。

然而，在發(fā)明文件1中公開(kāi)的結(jié)構(gòu)具有小能隙差別，由此不能期望獲得更高的輸出量。此外，由于半導(dǎo)體激光器的振蕩波長(zhǎng)范圍是780納米，Al_0.2Ga_0.8As被用作位于上層半導(dǎo)體分布布拉格反射鏡(DBR)和下層DBR上的高折射率層，而Al_0.4Ga_0.6As被用于上層覆層和下層覆層上。然而，如果以更高輸出量作為目標(biāo)，在半導(dǎo)體激光器上使用這些材料并不是優(yōu)選的，因?yàn)檫@些材料具有低熱導(dǎo)率。

同樣，專(zhuān)利文件2和3中公開(kāi)的結(jié)構(gòu)使用磷化鎵銦層或由砷磷化鎵(銦)材料形成的層。然而，同樣，如果以更高輸出量作為目標(biāo)，在半導(dǎo)體激光器上使用磷化鎵銦或砷磷化鎵(銦)材料并不可取，因?yàn)檫@些材料具有低熱導(dǎo)率。并且，在制造專(zhuān)利文件2中公開(kāi)的結(jié)構(gòu)時(shí)，如果砷磷化鎵(銦)材料生長(zhǎng)于砷化鎵上，或砷化鎵生長(zhǎng)于砷磷化鎵(銦)上，必須將生長(zhǎng)氣氛從砷氣氛改為磷/砷混合氣氛，或從磷/砷混合氣氛改為砷氣氛。在這種情況下，砷或磷原子趨向于變成分離，從而在界面處產(chǎn)生晶格缺陷，增加對(duì)激光的吸收，以及阻止更高輸出量。

非專(zhuān)利文件3公開(kāi)了具有不同光激發(fā)結(jié)構(gòu)的垂直腔面發(fā)射激光器。作為例子，公開(kāi)了一種結(jié)構(gòu)，其中層疊了五個(gè)層，五個(gè)層中的每一個(gè)都包含一對(duì)2QW量子阱層和位于這對(duì)2QW量子阱層之間的載流子阻礙層。然而，不能期待獲得有效的載流子限制效果，因?yàn)樽钃鯇拥母叨榷际且粯拥摹Ａ硗猓?QW量子阱層是均勻分布的，其中作為光激發(fā)的一種有源層結(jié)構(gòu)不能被識(shí)別出另一個(gè)特點(diǎn)是，當(dāng)多量子阱有源層內(nèi)的量子阱層朝向表面移動(dòng)以阻止靠近表面的有源層處的載流子溢流時(shí)，該多量子阱有源層內(nèi)的量子阱層的數(shù)量增加。然而，對(duì)于高輸出量來(lái)說(shuō)，這并不是一個(gè)適合的結(jié)構(gòu)，因?yàn)橥瑯拥兀嗔孔于鍖又g的載流子阻礙層上的阻擋層的高度都是一樣的。

同樣，非專(zhuān)利文件4公開(kāi)了一種結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中當(dāng)量子阱層朝向表面移動(dòng)時(shí)，其數(shù)量增加。同樣，載流子阻礙層中的阻擋層的高度都是一樣的。

同樣，非專(zhuān)利文件5公開(kāi)了一種使用紅光發(fā)射材料的光激發(fā)垂直腔面發(fā)射激光器晶片的結(jié)構(gòu)。一般而言，使用紅光發(fā)射磷化銦鋁鎵材料來(lái)獲得高輸出量是很困難的，因?yàn)樗荒芡ㄟ^(guò)勢(shì)壘壁材料獲得充分的帶偏量。此處，盡管層疊了多個(gè)量子阱層以實(shí)現(xiàn)特定水平的輸出量，獲得更高輸出量仍然是困難的，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)中固有的低載流子限制效果依然未發(fā)生改變。