[發明專利]一種雙共振腔VCSEL激光器及其制作方法

在審

• 申請號: 202010711057.8
• 申請日: 2020-07-22
• 公開（公告）號: CN112310809A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 蔡文必;曾評偉;范綱維
• 申請（專利權）人: 廈門市三安集成電路有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/187
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;陳淑嫻

本發明公開了一種雙共振腔VCSEL激光器，包括由下至上按序設置的第一DBR、第一共振腔、中間DBR組、第二共振腔和第二DBR，其中中間DBR組由下至上包括第三DBR和第四DBR；第一共振腔用于生成第一光束，第二共振腔用于生成第二光束，第一光束的波長小于或等于第二光束的波長，第一共振腔產生的第一光束垂直耦合至第二共振腔。本發明還公開了上述激光器的制作方法。本發明采用垂直配置的雙共振腔結構，其中一個作為慢光源，產生的光束透過垂直光耦合到主要工作共振腔中，使導帶載子獲得補充，提高了VCSEL激光器的操作帶寬，增加了信號傳輸速度。

技術領域

本發明涉及半導體激光器的技術領域，尤其涉及一種雙共振腔VCSEL激光器及其制作方法。

背景技術

垂直共振腔面射型激光器(VCSEL)是一種垂直于頂面射出激光的半導體器件。常見的VCSEL由兩面分散式布拉格反射器(DBR)平行于一個芯片主動反應區表面，此主動區是由一到數個量子阱所構成，使激光光帶存在于其中。一個平面的DBR是由幾層不同高低折射率的透鏡所組成。每層透鏡的厚度為四分之一的激光波長，并給予高反射強度。面射型激光器具有體積小、單縱模輸出、閾值電流小、光電轉換效率高、造價低等特點，可以廣泛應用于光通信、光互聯、光存儲等領域。

VCSEL應用在短波長光通訊從155Mbps到25Gbps，器件速度的提升越來越困難。限制VCSEL操作帶寬的因素包括：(1)器件中的電學寄生效應，包括了DBR、有源區產生的電阻以及氧化層和電極之間的電容等，這些寄生電阻/電容在器件內部形成一個低通濾波器，從而限制了器件的操作帶寬；(2)量子阱中的導帶電子消耗較快，使載子補充不及，因此影響器件的共振頻率，進而限制了器件的操作帶寬。上述因素限制了高速VCSEL的發展和應用。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中載子補充不及的不足，提供一種雙共振腔VCSEL激光器及其制作方法。

為了實現以上目的，本發明的技術方案為：

一種雙共振腔VCSEL激光器，包括由下至上按序設置的第一DBR、第一共振腔、中間DBR組、第二共振腔和第二DBR，其中所述中間DBR組由下至上包括第三DBR和第四DBR；所述第一共振腔用于生成第一光束，所述第二共振腔用于生成第二光束，所述第一光束的波長小于或等于所述第二光束的波長，所述第一共振腔產生的第一光束垂直耦合至所述第二共振腔。

可選的，還包括第一電極、第二電極、第三電極和第四電極；所述第一電極連接于襯底；第二電極、第三電極和第四電極一一對應的與所述第一DBR、第二DBR、第三DBR和第四DBR電連接，其中第一電極和第三電極組成一組P/N電極，第二電極和第四電極組成另一組P/N電極。

可選的，所述第一電極和第三電極連接DC電源以驅動所述第一共振腔，所述第二電極和第四電極連接RF電源以驅動所述第二共振腔。

可選的，所述中間DBR組還包括由下至上按序設于所述第三DBR和第四DBR之間的第一接觸層、蝕刻停止層和第二接觸層；所述第一接觸層的上表面形成有第一臺面，所述第三電極設于所述第一臺面上；所述第二接觸層的上表面形成有二臺面，所述第四電極設于所述第二臺面上。

可選的，所述第三DBR和第四DBR是AlGaAs系DBR，所述第一接觸層和第二接觸層的材料是AlGaAs，所述蝕刻停止層的材料是InGaP。

可選的，還包括設于所述第一DBR之下的襯底和設于所述第二DBR之上的第三接觸層，所述第一電極設于所述襯底的底面，所述第三接觸層的頂面作為出光面，所述第三電極設于所述第三接觸層的頂面。

可選的，所述第一DBR和第二DBR是N型DBR，所述第三DBR和第四DBR是P型DBR；或，所述第一DBR和第二DBR是P型DBR，所述第三DBR和第四DBR是N型DBR。

可選的，所述第三DBR和第四DBR中分別設有氧化限制層