[發(fā)明專利]一種垂直腔面發(fā)射激光器及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010143670.4
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111313235B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁棟;張成;翁瑋呈;丁維遵;劉嵩
• 申請（專利權(quán)）人: 常州縱慧芯光半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/042
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 王華英

本發(fā)明提出一種垂直腔面發(fā)射激光器，包括，外延結(jié)構(gòu)，包括第一反射層，有源層及第二反射層；至少一個(gè)第一溝槽，形成在所述外延結(jié)構(gòu)上，并且貫穿所述外延結(jié)構(gòu)；多個(gè)第二溝槽，形成在所述多個(gè)第一溝槽之間，貫穿部分所述外延結(jié)構(gòu)，暴露出所述第一反射層，將所述外延結(jié)構(gòu)分成多個(gè)發(fā)光單元；至少兩個(gè)絕緣層，形成在所述多個(gè)第一溝槽及所述多個(gè)第二溝槽內(nèi)，且部分所述至少兩個(gè)絕緣層形成在所述多個(gè)發(fā)光單元之間；第一電極，形成在所述第一反射層的背面上；至少兩個(gè)第二電極，形成在所述多個(gè)第一溝槽及所述多個(gè)第二溝槽內(nèi)，每一所述發(fā)光單元內(nèi)的多個(gè)發(fā)光子單元通過所述第二電極連接。本發(fā)明提出的垂直腔面發(fā)射激光器應(yīng)用頻率快。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種垂直腔面發(fā)射激光器及其制造方法。

背景技術(shù)

垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)是以砷化鎵半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)研制，有別于LED(發(fā)光二極管)和LD(Laser Diode，激光二極管)等其他光源，具有體積小、圓形輸出光斑、單縱模輸出、閾值電流小、價(jià)格低廉、易集成為大面積陣列等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于光通信、光互連、光存儲(chǔ)等領(lǐng)域。

垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)是一種垂直表面出光的新型激光器，與傳統(tǒng)邊發(fā)射激光器不同的結(jié)構(gòu)帶來了許多優(yōu)勢：圓形對稱的遠(yuǎn)、近場分布使其與光纖的耦合效率大大提高，而不需要復(fù)雜昂貴的光束整形系統(tǒng)，現(xiàn)已證實(shí)與多模光纖的耦合效率竟能大于90％；光腔長度極短，導(dǎo)致其縱模間距拉大，可在較寬的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)單縱模工作，動(dòng)態(tài)調(diào)制頻率高；腔體積減小使得其自發(fā)輻射因子較普通端面發(fā)射激光器高幾個(gè)數(shù)量級，這導(dǎo)致許多物理特性大為改善；可以在晶圓上片測試，極大地降低了開發(fā)成本；出光方向垂直襯底，可以很容易地實(shí)現(xiàn)高密度二維面陣的集成，實(shí)現(xiàn)更高功率輸出，并且因?yàn)樵诖怪庇谝r底的方向上可并行排列著多個(gè)激光器，所以非常適合應(yīng)用在并行光傳輸以及并行光互連等領(lǐng)域，它以空前的速度成功地應(yīng)用于單通道和并行光互聯(lián)，以它很高的性能價(jià)格比，在寬帶以太網(wǎng)、高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中得到了大量的應(yīng)用；最吸引人的是它的制造工藝與發(fā)光二極管(LED)兼容，大規(guī)模制造的成本很低。

傳統(tǒng)VCSEL采用的是共陰極方式，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無法選擇體積更小，速度更快的N-MOS driver，這些因素都嚴(yán)重制約了器件的高頻高速使用。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出一種垂直腔面發(fā)射激光器及其制造方法與應(yīng)用，以降低發(fā)光單元的面積，同時(shí)可以選擇體積更小，速度更快的N-MOS driver，提高器件的應(yīng)用頻率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他目的，本發(fā)明提出一種垂直腔面發(fā)射激光器，包括，

外延結(jié)構(gòu)，包括第一反射層，有源層及第二反射層；

至少一個(gè)第一溝槽，形成在所述外延結(jié)構(gòu)上，并且貫穿所述外延結(jié)構(gòu)；

多個(gè)第二溝槽，形成在所述多個(gè)第一溝槽之間，貫穿部分所述外延結(jié)構(gòu)，暴露出所述第一反射層，將所述外延結(jié)構(gòu)分成多個(gè)發(fā)光單元；

至少兩個(gè)絕緣層，形成在所述多個(gè)第一溝槽及所述多個(gè)第二溝槽內(nèi)，且部分所述至少兩個(gè)絕緣層形成在所述多個(gè)發(fā)光單元之間；

第一電極，形成在所述第一反射層的背面上；

至少兩個(gè)第二電極，形成在所述多個(gè)第一溝槽及所述多個(gè)第二溝槽內(nèi)，每一所述發(fā)光單元內(nèi)的多個(gè)發(fā)光子單元通過所述第二電極連接；

其中，每一所述發(fā)光子單元包括一發(fā)光孔，所述第二電極圍繞在所述發(fā)光孔的外周。

進(jìn)一步地，部分所述絕緣層位于所述第一反射層的背面上，部分所述絕緣層位于所述第二反射層上，部分所述絕緣層位于所述第一反射層的正面上。

進(jìn)一步地，部分所述第二電極在所述第一溝槽內(nèi)從所述第一反射層延伸至所述第二反射層，且覆蓋所述第二反射層上的絕緣層與所屬第二反射層連接。