[發(fā)明專利]垂直腔表面發(fā)射激光器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580051823.X
• 申請日: 2015-09-03
• 公開（公告）號: CN106797107B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P.H.格拉奇;R.A.賈格
• 申請（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 景軍平;陳嵐

本發(fā)明描述了一種垂直腔表面發(fā)射激光器和一種制造這種垂直腔表面發(fā)射激光器的方法。該垂直腔表面發(fā)射激光器包括第一電觸點(diǎn)（105,405,505,605,705）、襯底（110,410,610,710）、第一分布式布拉格反射器（115,415,615,715）、有源層（120,420,620,720）、分布式異質(zhì)結(jié)雙極光電晶體管（125,425,625,725）、第二分布式布拉格反射器（130,430,630,730）和第二電觸點(diǎn)（135,435,535,635,735），分布式異質(zhì)結(jié)雙極光電晶體管（125,425,625,725）包括集電極層（125a）、光敏層（125c）、基極層（125e）和發(fā)射極層（125f），其中所述分布式異質(zhì)結(jié)雙極光電晶體管（125,425,625,725）被布置為使得在有源層（120,420,620,720）和分布式異質(zhì)結(jié)雙極光電晶體管（125,425,625,725）之間存在光學(xué)耦合，以用于借助于分布式異質(zhì)結(jié)雙極光電晶體管（125,425,625,725）提供有源載流子限制，使得垂直腔表面發(fā)射激光器的光學(xué)模式在垂直腔表面發(fā)射激光器的操作期間是根據(jù)有源載流子限制而自定位的。本發(fā)明的意圖是提供一種VCSEL，其可以通過集成分布式異質(zhì)結(jié)雙極光電晶體管（125,425,625,725）而容易且可靠地進(jìn)行處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及包括分布式異質(zhì)結(jié)雙極光電晶體管的垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）和制造這種VCSEL的對應(yīng)方法。

背景技術(shù)

例如在US5596595中描述的當(dāng)前技術(shù)水平的垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）需要用于電氣和光學(xué)限制的電流孔徑。這通常通過高含鋁層的橫向氧化來實(shí)現(xiàn)。橫向氧化可能引起可靠性問題。

US2012/0128020A1公開了將光電晶體管層結(jié)構(gòu)集成到垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）的層堆疊中。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有改進(jìn)的可靠性的VCSEL。

根據(jù)第一方面，提供了一種垂直腔表面發(fā)射激光器。垂直腔表面發(fā)射激光器包括第一電觸點(diǎn)、襯底、第一分布式布拉格反射器（DBR）、有源層、分布式異質(zhì)結(jié)雙極光電晶體管、第二分布式布拉格反射器（DBR）和第二電觸點(diǎn)。分布式異質(zhì)結(jié)雙極光電晶體管包括集電極層、光敏層、基極層和發(fā)射極層。分布式異質(zhì)結(jié)雙極光電晶體管被布置為使得在有源層和分布式異質(zhì)結(jié)雙極光電晶體管之間存在光學(xué)耦合，以用于借助于分布式異質(zhì)結(jié)雙極光電晶體管提供有源載流子限制，使得垂直腔表面發(fā)射激光器的光學(xué)模式是在垂直腔表面發(fā)射激光器的操作期間根據(jù)有源載流子限制而自定位的。

術(shù)語“層”不排除該層包括兩個(gè)或更多個(gè)子層。使用靠近有源區(qū)的單片集成分布式異質(zhì)結(jié)雙極光電晶體管（HBT）可以通過根據(jù)激光發(fā)射（lasing）模式的實(shí)際分布（profile）的局部強(qiáng)度控制載流子注入來使得能夠?qū)崿F(xiàn)高效的載流子限制。作為結(jié)果，載流子注入可以局部地適配于激光發(fā)射模式的需求，并且反之亦然。此外，可以設(shè)計(jì)具有光敏集電極-基極結(jié)的HBT，使得可以利用發(fā)射極層中的適度摻雜濃度實(shí)現(xiàn)很少的光學(xué)吸收和高電流增益。光敏層可以是量子阱層或體層。體層例如是具有10nm或更大厚度的均質(zhì)層，其中可以忽略量子力學(xué)效應(yīng)。

HBT布置在VCSEL內(nèi)，使得對于借助于與由第一和第二DBR提供的光學(xué)諧振器結(jié)合的VCSEL的有源層產(chǎn)生的光的靈敏度足夠高。HBT可以例如是pnp HBT，其直接布置在有源層上方，即在有源層的遠(yuǎn)離通常n導(dǎo)電襯底的一側(cè)。在可替換方法中，可以有可能將npn HBT直接布置在有源層下方。在這方面，直接意味著pnp HBT或npn HBT被布置為盡可能接近有源層。這不排除存在改善例如VCSEL的性能和/或可靠性可能需要的一個(gè)或多個(gè)中間層。還可以有可能在例如三對或五對鏡層之后將HBT堆疊在第一或第二DBR中。HBT的層結(jié)構(gòu)甚至可以集成在DBR之一中。所述HBT層中的一個(gè)或多個(gè)HBT層的厚度可以適配于VCSEL（四分之一波長層）的發(fā)射波長。在這種情況下，HBT的一個(gè)或多個(gè)層可以用于增加相應(yīng)DBR的反射率。甚至可以有可能使用兩個(gè)HBT，一個(gè)在有源層下方，一個(gè)在有源層上方。