[發明專利]一種電流導引型VCSEL及其制備方法

在審

• 申請號: 201810673115.5
• 申請日: 2018-06-26
• 公開（公告）號: CN108539577A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 王智勇;周廣正;李穎;蘭天
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/187;H01S5/323;H01S5/343
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種電流導引型VCSEL及其制備方法，屬于半導體技術領域。所述的VCSEL包括一導電GaAs襯底、n型GaAs緩沖層、n型AlGaAs/AlAs的DBR、AlGaAs下限制層、多量子阱發光區、AlGaAs上限制層、一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR、質子注入柵格結構、二次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR、p型GaAs歐姆接觸層、n面電極和p面電極。所述的質子注入柵格結構包含3?5對DBR厚度，既能提供有效的電流和增益限制，又能很好的控制質子注入深度；質子注入柵格寬度由中心向兩邊遞減，整體光增益分布與單橫模高斯分布相匹配，實現穩定地單橫模激射。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及電流導引型VCSEL的制備方法。

背景技術

垂直腔面發射激光器(VCSEL)以其功耗低、易于二維集成、圓形光斑易與光纖耦合、在片測試節省成本等優勢，廣泛應用于3D感測、激光打印、光通信和光存儲等領域。VCSEL一般包括柱狀的諧振器結構，其中緩沖層、下DBR、下限制層、量子阱發光層、上限制層、上DBR和歐姆接觸層。為了降低閾值電流，采用氧化或質子注入形成電流限制結構。在接觸層和襯底被面分別制作電極，電流從電極注入到量子阱發光區，由于電子-空穴復合在量子阱中發光，經上、下DBR反射，從諧振器結構的頂部發射激光。在激光輻射區域中，基橫模振蕩主要產生在中心區域中，而高階橫模振蕩主要產生在周邊區域。一般單橫模VCSEL主要是氧化限制型VCSEL，然而VCSEL氧化使器件的可靠性下降。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明目的在于提出一種電流導引型VCSEL，實現高功率單橫模激光輸出。本發明采用的技術方案如下：

一種電流導引型VCSEL，自下而上依次包括一導電GaAs襯底、n型GaAs緩沖層、n型AlGaAs/AlAs的DBR、AlGaAs下限制層、多量子阱發光區、AlGaAs上限制層；在AlGaAs上限制層為一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR和質子注入柵格結構交叉間隔排列組合；在一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR和質子注入柵格結構交叉間隔排列組合上依次為二次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR、p型GaAs歐姆接觸層；在導電GaAs襯底的背面設有n面電極，在p型GaAs歐姆接觸層上設有p面電極。

一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR和質子注入柵格結構均為圓環結構，上述一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR和質子注入柵格結構交叉間隔排列組合方案中，中心為一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR圓，向外依次為質子注入柵格結構圓環和一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR圓環交叉間隔排列，且最外環為質子注入柵格結構。

一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR：DBR是由3-5對λ₀/4光學厚度的Al_0.12Ga_0.88As/AlAs構成，摻雜濃度為1E18-3E18cm^-3；

上述一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR和質子注入柵格結構交叉間隔排列組合方案中的質子注入柵格結構，質子注入柵格結構包含3-5對DBR厚度，既能提供有效的電流和增益限制，又能很好的控制質子注入深度；多個質子注入柵格結構的排列，質子注入柵格寬度由中心向兩邊逐漸遞減。

上述方案中，二次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR，DBR是由16-18對λ₀/4光學厚度的Al_0.12Ga_0.88As/AlAs構成，摻雜濃度為2E18cm^-3；

本發明還提供了上述一種電流導引型VCSEL的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：