[發(fā)明專利]一種垂直腔面發(fā)射激光器、列陣及制作方法

有效

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• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111293585B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設計）人: 張星
• 申請（專利權）人: 長春中科長光時空光電技術有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/323
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權代理有限公司 11227
• 代理人: 劉新雷

本發(fā)明公開了一種垂直腔面發(fā)射激光器、陣列以及制作方法，垂直腔面發(fā)射激光器制作方法。將泵浦光源插入發(fā)射光源諧振腔中，利用GaAs材料實現(xiàn)短波800nm至1100nm的泵浦光發(fā)射，泵浦光水平振蕩；垂直耦合器結(jié)構，具備將泵浦光耦合至垂直表面輸出及釋放InP緩沖層在GaAs上異質(zhì)外延過程中的晶格失配應力兩個方面的作用，從結(jié)構上完全避免了傳統(tǒng)的InP基長波長垂直腔面發(fā)射激光器面臨的DBR反射鏡折射率差小、熱阻大、缺乏有效的光電限制結(jié)構，P型InP層電阻較大、發(fā)熱嚴重等問題，提高了器件的性能以及可靠性。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體激光器領域，特別是涉及一種垂直腔面發(fā)射激光器、陣列及制作方法。

背景技術

長波長垂直腔面發(fā)射激光器是一種可以從表面發(fā)射長波波段激光(1.3-1.8um)的半導體激光器，具有低閾值、低功耗、易集成等優(yōu)點。可應用于長距(80km)高速光通信、光互連、氣體檢測、激光雷達等領域，隨著信息化、智能化、綠色化社會的不斷發(fā)展，未來長波長垂直腔面發(fā)射激光器具有極大的應用前景。

傳統(tǒng)的長波長垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)制備技術基于磷化銦(InP)材料體系，相比于成熟的砷化鎵(GaAs)基垂直腔面發(fā)射激光器，InP基長波長VCSEL面臨DBR反射鏡折射率差小、熱阻大，缺乏有效的光電限制結(jié)構，P型InP層電阻較大、發(fā)熱嚴重等問題，嚴重制約長波長VCSEL器件的輸出性能。當前技術中多采用在VCSEL中制作掩埋隧道結(jié)結(jié)構(BTJ)形成光電限制，需要二次外延工藝及超高(～e20/cm-³)的摻雜濃度，制備過程復雜，成品率低。

因此，找到一種新型的長波長面發(fā)射激光器的結(jié)構及工藝制備方法就成了長波長垂直腔面發(fā)射激光器領域技術人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種垂直腔面發(fā)射激光器、陣列及制作方法，提高了器件的性能，降低了工藝難度。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的一種垂直腔面發(fā)射激光器制作方法，包括：

S1，在N型GaAs襯底上依次沉積生長下DBR反射鏡層、N型波導層、泵浦光有源層、P型波導層、氧化限制層、P型GaAs蓋層制備出第一外延晶片，作為泵浦器；

S2，對所述外延晶片的P型GaAs蓋層預定區(qū)域進行光刻，獲得垂直耦合器結(jié)構；

S3，在所述第一外延晶片的上表面依次沉積異質(zhì)外延InP緩沖層、發(fā)射光有源層、InP波導層，得到第二外延晶片，作為發(fā)光器，所述泵浦器通過所述垂直耦合器結(jié)構與所述發(fā)光器實現(xiàn)光學耦合；

S4，對所述第二外延晶片上表面刻蝕，制作出發(fā)光器臺面；

S5，在所述發(fā)光器臺面上表面生長上DBR反射鏡層；

S6，對所述上DBR反射鏡層刻蝕形成圓形上DBR反射鏡層；

S7，在所述第二外延晶片上表面與所述發(fā)光器臺面預定距離處設置P面電極層以及在所述第一外延晶片的下表面設置N面電極層；

還包括：對所述發(fā)光器臺面的短邊所在面鍍高反射膜層；

所述垂直耦合器結(jié)構為一組周期性分布的槽型結(jié)構，所述槽型結(jié)構中的槽寬與相鄰槽型間距的比值為0.5～0.95。

其中，所述泵浦器的臺面長度與所述垂直耦合器結(jié)構的長度差為60μm～80μm，所述泵浦器的臺面的寬度為所述泵浦器臺面寬度減去50μm。

其中，所述泵浦器的臺面長度為200μm～1000μm，寬度為100μm～800μm，所述泵浦器的臺面長度與寬度的比值為1:1～5:1。

其中，所述P面電極層包括相互連接的與所述垂直耦合器結(jié)構長邊平行的橫向電極片和與短邊平行的縱向電極片。