[發明專利]一種紅光VCSEL芯片及其制備方法

在審

• 申請號: 202111275259.3
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN114122911A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 張新勇;劉浩飛;苑匯帛;楊紹林;鄭鑫;張彬;宋世金
• 申請（專利權）人: 威科賽樂微電子股份有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/343
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 黃宗波

本發明公開了一種紅光VCSEL芯片及其制備方法，涉及激光芯片技術領域。本發明的一種紅光VCSEL芯片，包括包括襯底，緩沖層、底部反射層、有源層、氧化限制層、頂部反射層和鈍化層；所述底部反射層包括第一BOTTOM DBR層和第二BOTTOM DBR層，所述第一BOTTOM DBR層包括重疊生長的多對第一復合層，第二BOTTOM DBR層包括重疊生長的多對第二復合層，所述頂部反射層包括第一TOP DBR層和第二TOP DBR層，所述第一TOP DBR層包括重疊生長的多對第三復合層，第二TOP DBR層包括重疊生長的多對第四復合層。本發明公開了一種紅光VCSEL芯片及其制備方法，利用復合DBR層，僅使用較少DBR的周期數就可獲得高的反射率，從而降低因DBR材料晶格不匹配形成的應力和禁帶差異引起的電阻，進而提升紅光VCSEL的光電轉換效率。

技術領域

本發明涉及激光芯片技術領域，尤其涉及一種紅光VCSEL芯片及其制備方 法。

背景技術

垂直腔面發射激光器(VCSEL)在新的光電子領域中起著越來越重要的作用。 與傳統的邊發射激光器不同，VCSEL是光從垂直于半導體襯底表面方向出射的一 種新型半導體激光器，具有單縱模、發散角小、圓形對稱光斑、耦合效率高、閾 值低、調制速率高、體積小、可二維集成、可在片測試、價格便宜等很多優點。

垂直腔面發射激光器的核心是諧振腔，激光在腔體內產生，通過受激輻射實 現光的放大，該腔體由一對反射鏡(即頂部反射層和底部反射層)隔開，提供光 反饋，這是產生激光的先決條件。VCSEL中的諧振腔只有幾微米厚，腔長極短， 比傳統的EEL的諧振腔厚度薄數百倍，如此短的腔體使得VCSEL能夠快速地開啟 和關閉，但缺點是需要高反射率的反射層才能產生激光。

目前紅光VCSEL大多數都是使用MOCVD設備在GaAs襯底上交替生長AlGaAs 層和AlAs層，得到反射層DBR，但是AlGaAs與AlAs的折射率差較小，這就要 求DBR需要生長較多的周期(一般為20對及以上)才可以獲得所需要的反射率， 而周期數的增多，不僅會因為晶格不匹配而在外延層中形成較大應力，導致晶體 質量變差，外延片翹曲變大，且還會因為AlGaAs與AlAs的禁帶不同形成的勢壘 導致較高的電阻，嚴重影響紅光VCSEL的光電轉換效率。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于公開一種紅光VCSEL芯片及其制備方法， 利用復合DBR層，僅使用較少DBR的周期數就可獲得高的反射率，從而降低因 DBR材料晶格不匹配形成的應力和禁帶差異引起的電阻，進而提升紅光VCSEL的 光電轉換效率。

具體的，本發明的一種紅光VCSEL芯片，包括襯底，緩沖層、底部反射層、 有源層、氧化限制層、頂部反射層和鈍化層；

所述底部反射層包括第一BOTTOM DBR層和第二BOTTOM DBR層，所述第一 BOTTOMDBR層包括重疊生長的多對第一復合層，所述第一復合層包括Al_xGa_(1-x) As層和Al₂O₃層，第二BOTTOM DBR層包括重疊生長的多對第二復合層，所述第二 復合層包括Al_xGa_(1-x)As層和Al_yGa_(1-y)As層，

所述頂部反射層包括第一TOP DBR層和第二TOP DBR層，所述第一TOP DBR 層包括重疊生長的多對第三復合層，所述第三復合層包括Al_xGa_(1-x)As層和Al_yGa _(1-y)As層，第二TOP DBR層包括重疊生長的多對第四復合層，所述第四復合層 包括Al₂O₃層和Al_xGa_(1-x)As層。

進一步，所述x的取值范圍為0.4-0.6，所述y的取值范圍為0.7-0.9。優 選的為x＝0.5，y＝0.9