[發明專利]一種近紅外VCSEL激光器的外延結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201710519191.6
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107093841A
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 張永
• 申請（專利權）人: 張永
• 主分類號: H01S5/34
• 分類號: H01S5/34;H01S5/183;H01S5/32
• 代理公司: 蘇州翔遠專利代理事務所(普通合伙)32251
• 代理人: 劉計成

技術領域

本發明涉及一種近紅外VCSEL激光器,特別涉及一種近紅外VCSEL激光器的外延結構及其制備方法。

背景技術

垂直腔表面發射激光器(VCSEL) 通過布拉格反射器（DBR）形成諧振腔，光從垂直于半導體襯底表面方向出射。相比邊發射半導體激光器，VCSEL不存在光學腔面損傷，具有低的閾值電流、動態單模工作、遠場發散角小、近圓形光斑和光方向垂直于襯底表面的特性，與光纖耦合效率高，易于集成二維陣列，所以VCSEL在光互聯、光通訊、光信號處理以及WDM光纖通訊、神經網絡、計算機芯片中有著廣泛的應用。基于VCSEL,3D人臉識別、手勢識別、虹膜識別、無人駕駛 激光雷達等等許多我們熟悉的應用都能得到實現。對應于上述應用的VCSEL要求具有這樣的特征，如高的有源層增益、高輻射功率、高可靠性和受控偏振等。例如，IEEE PHOTONICSTECHNOLOGY LETTERS，1999，Vol.11，No.12，pp.1539-1541(“非專利文獻”) 公開一種采用AlGaAs 材料的VCSEL，其輻射功率達到3mW 以上。

一般地，VCSEL由以下幾部分組成：襯底、N-DBR、有源區、氧化限制層、P-DBR、歐姆接觸層。N-DBR與P-DBR鏡面組成了VCSEL激光器的光學諧振腔，有源區為載流子增益介質，通過電泵浦實現VCSEL激光器的連續激射。為了提高激射功率，需要提高DBR的反射率，減小光子的損失；另外，需要減小電流損失，通常的作法是在發光區外采用氫離子注入（inplant工藝），使對激光激射不產生作用的區域無載流子復合。

現有近紅外VCSEL激光器的外延結構如圖1、2所示，包括包括GaAs襯底01，在GaAs襯底01上依次沉積有GaAs 緩沖層02、N型摻雜的DBR 03、有源層04、氧化限制層05、P型摻雜的DBR 06和歐姆接觸層07。如圖2所示，其中有源層04由限制層10、波導層11和量子阱12，對稱波導層13，對稱限制層14組成。其中，量子阱由6組量子壘/阱組成（圖示中，向右上方傾斜的是壘層，向左上方傾斜的是阱層），其中In0.12Ga0.88As阱層厚度為4nm, Al0.10Ga0.90As 壘層厚度為6nm。

采用這種工藝的缺陷是VCSEL光功率比較小，難以滿足大部分近紅外傳感器的應用需求。導致上述缺陷的原因是上述方法是有源區載流子增益不夠大，可能是有源區材料生長質量造成，也可能是有源區MQW結構設計不合理造成。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種能減小載流子的泄漏，增加有源區載流子的增益的近紅外VCSEL激光器的外延結構。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種近紅外VCSEL激光器的外延結構，包括GaAs襯底，在GaAs襯底上依次沉積有GaAs 緩沖層、N型摻雜的DBR、有源層、氧化限制層、P型摻雜的DBR和歐姆接觸層，所述有源層由下向上依次包括限制層，波導層、量子阱、對稱波導層和對稱限制層，所述量子阱由多組量子阱層組成，相鄰兩組量子阱層之間設有厚壘層，所述厚壘層的厚度為大于50nm。

優選的，所述厚壘層的厚度為50-100nm。

優選的，所述量子阱內插有1-5層厚壘層。

優選的，所述量子阱中量子阱層的阱厚度為3nm，壘厚度為6nm。

優選的，所述量子阱包括第一量子阱層、第一厚壘層、第二量子阱層、第二厚壘層及第三量子阱層，所述第一量子阱層包括兩組3nmIn0.12Ga0.88As阱、6nm的Al0.10Ga0.90As 壘，所述第一厚壘層包括100nm的Al0.10Ga0.90As 壘，所述第二量子阱層包括3nmIn0.12Ga0.88As阱、6nm的Al0.10Ga0.90As 壘、3nmIn0.12Ga0.88As阱，所述第二厚壘層包括100nm的Al0.10Ga0.90As 壘，所述第三量子阱層包括兩組3nmIn0.12Ga0.88As阱、6nm的Al0.10Ga0.90As 壘。