一种压电调制垂直腔半导体激光器结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种压电调制垂直腔半导体激光器结构，其包括：单晶片衬底(1)、缓冲层(2)、n型DBR反射镜(3)、载流子下限制层(4)、增益区(5)、载流子上限制层(6)、光电限制层(7)、p型DBR反射镜(8)、欧姆电极接触层(9)、第一透明电极(10)、两个第二金层(11)、SiO2增透膜(12)、两个SiN绝缘层(13)、第二透明电极(14)、两个第三金层(15)、第一金层(16)。其在加电工作时利用SiO2增透膜的压电特性使垂直腔半导体激光器的腔发生不同程度的形变，从而实现对垂直腔半导体激光器输出功率的压电调制。
【专利说明】一种压电调制垂直腔半导体激光器结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体激光器件【技术领域】，尤其涉及一种压电调制垂直腔半导体激光器结构。
【背景技术】
[0002]目前，垂直腔半导体激光器输出功率的调制主要依靠改变施加的电流来实现，调制方式单一。通常，在垂直腔半导体激光器的输出端面需要镀S12增透膜，来提高微分量子效率且增强光透过率，而S12是具有压电特性的材料。因此可以利用增透膜S12的压电特性，使激光器的腔由平面稳定腔变为非平面非稳腔，从而实现对垂直腔半导体激光器输出功率的调制。
[0003]压电材料是一类具有压电物理特性的电介质，一般被制成转换元件广泛应用于压电式传感器上。当在某些电介质的极化方向上施加交变电场时，这些电介质会发生机械形变，电场去掉后，电介质的机械变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。逆压电效应将电能转换为机械能。
[0004]S12为正六面体，有三个坐标轴，z轴是晶体的对称轴，称为光轴，在这个方向上没有压电效应；χ轴称为电轴，垂直于X轴晶面上的压电效应最明显；Y轴称为机械轴，在电场力的作用下沿此轴方向的形变最显著。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明提供一种压电调制垂直腔半导体激光器结构，通过使S12增透膜两侧都镀有电极的巧妙设计，实现了对垂直腔半导体激光器输出功率的调制。
[0006]本发明的压电调制垂直腔半导体激光器结构，其包括:
[0007]单晶片衬底(I)、缓冲层(2)、η型DBR反射镜(3)、载流子下限制层⑷、增益区
(5)、载流子上限制层(6)、光电限制层(7)、ρ型DBR反射镜(8)、欧姆电极接触层(9)、第一透明电极(10)、两个第二金层(ll)、Si02增透膜(12)、两个SiN绝缘层(13)、第二透明电极(14)、两个第三金层(15)、第一金层(16)；
[0008]其中，单晶片衬底⑴、缓冲层(2)、11型081?反射镜(3)、载流子下限制层⑷、增益区(5)、载流子上限制层(6)、光电限制层(7)、P型DBR反射镜⑶和欧姆电极接触层(9)
等宽；
[0009]且，所述第一金层(16)蒸镀于所述单晶片衬底(I)下方；所述单晶片衬底(I)上方依次生成缓冲层(2)、n型DBR反射镜(3)、载流子下限制层(4)、增益区(5)、载流子上限制层(6)、光电限制层(7)、p型DBR反射镜⑶和欧姆电极接触层(9)；
[0010]进一步的，所述第一透明电极(10)蒸镀于所述欧姆电极接触层(9)的中心区域；所述两个第二金层(11)分别蒸镀于所述欧姆电极接触层(9)上且位于所述第一透明电极
(10)两侧；且所述第一透明电极(10)和所述两个第二金层(11)的总宽度与单晶片衬底
(I)宽度相同；
[0011]所述S12增透膜(12)生于所述第一透明电极(10)上，且所述S12增透膜(12)与所述第一透明电极(10)等宽、两侧分别与所述第一透明电极(10)两侧在同一垂直平面；
[0012]所述两个SiN绝缘层(13)分别生于所述两个第二金层(11)上且位于所述S1jI透膜(12)两侧；
[0013]所述第二透明电极(14)蒸镀于所述S12增透膜(12)上，且所述第二透明电极
[14]与所述S12增透膜(12)等宽，且两侧分别与所述S12增透膜(12)两侧在同一垂直平面；
[0014]所述两个第三金层(15)分别生于所述两个SiN绝缘层上且位于所述第二透明电极(14)两侧，所述两个第三金层(15)与所述两个SiN绝缘层(13)等宽。
[0015]进一步的，所述单晶片衬底⑴是宽度为250um的n-GaAs(lOO) (S1: 2xl018/cm2)；
[0016]所述缓冲层⑵是厚度为0.5um的n-GaAs (S1: 2xl018/cm2)；
[0017]所述η型DBR反射镜(3)是由20对λ /4周期重复的Al0.9Ga0.,As (81.7nm) /GaAs (69.6nm) (S1: 2xl018/cm2)组成；
[0018]所述载流子下限制层⑷是厚度为?2.3nm的n-Ala2GaQ.8As (S1:1 X 1018/cm3)；
[0019]所述增益区(5)包括3个量子阱，且阱材料为Ina2Gaa8As厚度为8nm，势垒材料为GaAs厚度为1nm ；
[0020]所述载流子上限制层(6)是厚度为72.3nm 的 p-AlQ.2GaQ.8AS (C:1 X 1018/cm3)；
[0021]所述光电限制层(7)是厚度为30nm的AlAs (C: 2 X 1018/cm3)；
[0022]所述P 型 DBR 反射镜(8)由 29.5 对 λ /4 周期重复的 Al0.9Ga0.,As (81.7nm) /GaAs (69.6nm) (C: 2 X 1018/cm3)构成；
[0023]所述欧姆电极接触层(9)是厚度为139.2nm的p型GaAs (C:4X 1019/cm3)欧姆电极接触层。
[0024]所述第一透明电极(10)是宽度为50um、厚度为0.3um的氧化铟锡透明电极；
[0025]所述两个第二金层(11)厚0.3um、宽度为10um ；
[0026]所述S12增透膜(12)厚度为λ /4 ；
[0027]所述两个SiN绝缘层(13)宽度为50um、厚度为λ /4 ；
[0028]第二透明电极(14)是厚度为0.3um的氧化铟锡透明电极；
[0029]两个第三金层(15)厚度为0.3um。
[0030]进一步的，所述第二透明电极(14)出光口为圆形或方形。
[0031]进一步的，所述第一透明电极(10)和所述第二透明电极(14)为ZnO透明电极。
[0032]有益效果:
[0033]本发明的压电调制垂直腔半导体激光器结构，其改变为使S12增透膜两侧都镀有电极，而普通垂直腔半导体激光器的S12增透膜只有一侧有电极。因为出光面增透膜S12具有压电特性，当在其上下表面加电压时，S12增透膜会发生形变，从而使得垂直腔半导体激光器的腔由平面稳定腔变为非平面非稳腔，改变垂直腔半导体激光器的输出功率。随着施加电压的不同，增透膜的形变程度发生变化，激光器腔的形变程度随之发生变化，实现了对垂直腔半导体激光器输出功率的调制。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是本发明的压电调制垂直腔半导体激光器结构示意图。
[0035]其中附图标记为:
[0036]单晶片衬底-1;
[0037]缓冲层-2 ；
[0038]η 型 DBR 反射镜 _3 ；
[0039]载流子下限制层-4;
[0040]增益区-5 ;
[0041]载流子上限制层-6;
[0042]光电限制层-7;
[0043]P 型 DBR 反射镜-8 ；
[0044]欧姆电极接触层-9 ；
[0045]第一透明电极-10;
[0046]第二金层-11;
[0047]S12 增透膜-12 ；
[0048]SiN 绝缘层-13 ；
[0049]第二透明电极-14;
[0050]第三金层-15 ；
[0051]第一金层-16。
【具体实施方式】
[0052]本发明采用的压电调制垂直腔半导体激光器结构是:采用M0CVD(金属有机化学气相沉积)外延生长方法。如图1所示:
[0053]在宽度为250um的n-GaAs(lOO) (S1:2xl018/cm2)单晶片衬底I上生长厚度为
0.5um 的 n-GaAs (S1: 2xl018/cm2)缓冲层 2 ；
[0054]在n-GaAs (S1:2xl018/cm2)缓冲层2上生长20对λ/4周期重复的Al0 9Ga0.,As (81.7nm) /GaAs (69.6nm) (S1: 2xl018/cm2)，形成 η 型 DBR 反射镜 3 ；
[0055]在η型反射镜3上生长厚度为72.3nm的n-Ala2GaQ.8As (S1:1 X 1018/cm3)载流子下限制层4 ；
[0056]在载流子下限制层4上生长具有3个量子阱的增益区5 (阱材料为Ina2Gaa8As厚度为8nm，势垒材料为GaAs厚度为1nm)；
[0057]在增益区5上生长厚度为72.3nm的p-AlQ.2GaQ.8As (C:1 X 1018/cm3)载流子上限制层6 ；
[0058]在载流子上限制层6上生长厚度为30nm的AlAs (C: 2 X 1018/cm3)光电限制层7 ；
[0059]在光电限制层7上生长29.5对λ /4周期重复的Ala9Gaa ,As (81.7nm) /GaAs (69.6nm) (C: 2 X 1018/cm3)，形成 p 型 DBR 反射镜 8 ；
[0060]在P型DBR反射镜8上生长厚度为139.2nm高掺杂p型GaAs (C:4X 1019/cm3)欧姆电极接触层9 ；
[0061]在欧姆电极接触层9的中心区域蒸镀宽度为50um、厚度为0.3um的IT0(氧化铟锡)透明电极10 ；
[0062]在透明电极10两侧与衬底I下方分别蒸镀0.3um厚的第二金层11、第一金层16，衬底下方第一金层16与衬底等宽，透明电极两侧第二金层11宽度为10um ；
[0063]在第一透明电极10上溅射与透明电极等宽，两侧分别与第一透明电极两侧在同一垂直平面、厚度为λ /4的S12增透膜12 ；
[0064]在S12增透膜12的两侧二次外延生长宽度为50um、厚度为λ /4的SiN绝缘层13 ；
[0065]在S12增透膜12上蒸镀与增透膜等宽，两侧分别与增透膜两侧在同一垂直平面、厚度为0.3um的ITO (氧化铟锡)第二透明电极14 ；
[0066]在第二透明电极14两侧蒸镀0.3um厚的第三金层15，完成压电调制垂直腔半导体激光器的生长。
[0067]其中29.5对八1。.办(|.#/^八8((::2\10170113)入/4周期重复形成p型DBR反射镜，反射谱中心波长为980nm，反射率为99.9%。所述第二透明电极(14)出光口可以制成圆形、方形等各种形状；
[0068]因为出光面增透膜S12具有压电特性，当在其上下表面加电压时，S12增透膜会发生形变，从而改变使得垂直腔半导体激光器的腔由平面稳定腔变为非平面非稳腔，改变垂直腔半导体激光器的输出功率。随着施加电压的不同，增透膜的形变程度发生变化，激光器腔的形变程度随之发生变化，实现对垂直腔半导体激光器输出功率的调制。因此在工作时，在S12两侧的电极加电压，通过调节电压值得大小，即可实现对垂直腔半导体激光器输出功率的调制。
[0069]当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种压电调制垂直腔半导体激光器结构，其特征在于，包括: 单晶片衬底(I)、缓冲层(2)、n型DBR反射镜(3)、载流子下限制层(4)、增益区(5)、载流子上限制层(6)、光电限制层(7)、p型DBR反射镜(8)、欧姆电极接触层(9)、第一透明电极(10)、两个第二金层(ll)、Si02增透膜(12)、两个SiN绝缘层(13)、第二透明电极(14)、两个第三金层(15)、第一金层(16)； 其中，单晶片衬底(I)、缓冲层(2)、η型DBR反射镜(3)、载流子下限制层(4)、增益区(5)、载流子上限制层(6)、光电限制层(7)、P型DBR反射镜⑶和欧姆电极接触层(9)等宽； 且，所述第一金层(16)蒸镀于所述单晶片衬底(I)下方；所述单晶片衬底(I)上方依次生成缓冲层(2)、η型DBR反射镜(3)、载流子下限制层(4)、增益区(5)、载流子上限制层(6)、光电限制层(7)、ρ型DBR反射镜⑶和欧姆电极接触层(9)； 进一步的，所述第一透明电极(10)蒸镀于所述欧姆电极接触层(9)的中心区域；所述两个第二金层(11)分别蒸镀于所述欧姆电极接触层(9)上且位于所述第一透明电极(10)两侧；且所述第一透明电极(10)和所述两个第二金层(11)的总宽度与单晶片衬底(I)宽度相冋； 所述S12增透膜(12) 二次外延生长于所述第一透明电极(10)上，且所述S12增透膜(12)与所述第一透明电极(10)等宽、两侧分别与所述第一透明电极(10)两侧在同一垂直平面； 所述两个SiN绝缘层(13)分别生于所述两个第二金层(11)上且位于所述S12增透膜(12)两侧； 所述第二透明电极(14)蒸镀于所述S12增透膜(12)上，且所述第二透明电极(14)与所述S12增透膜(12)等宽，且两侧分别与所述S12增透膜(12)两侧在同一垂直平面；所述两个第三金层(15)分别生于所述两个SiN绝缘层上且位于所述第二透明电极(14)两侧，所述两个第三金层(15)与所述两个SiN绝缘层(13)等宽。
2.如权利要求1所述的压电调制垂直腔半导体激光器结构，其特征在于， 所述单晶片衬底⑴是宽度为250um的n-GaAs(lOO) (S1: 2xl018/cm2)； 所述缓冲层⑵是厚度为0.5um的n-GaAS(S1:2X1018/Cm2)； 所述η型DBR反射镜(3)是由20对λ /4周期重复的Ala9Gaa # (81.1xm)/GaAs (69.6nm) (S1: 2xl018/cm2)组成； 所述载流子下限制层(4)是厚度为72.3nm的n_Al0.2Ga0.8As (S1:1 X 1018/cm3)； 所述增益区(5)包括3个量子阱，且阱材料为Ina2Gaa8As厚度为8nm，势垒材料为GaAs厚度为1nm ； 所述载流子上限制层(6)是厚度为72.3nm的p-Al0.2Ga0.8As (C:1 X 11Vcm3)； 所述光电限制层(7)是厚度为30nm的AlAs(C:2X1018/Cm3)； 所述P型DBR反射镜⑶由29.5对λ /4周期重复的Ala9Gaa # (81.1xm)/GaAs (69.6nm) (C: 2 X 1018/cm3)构成； 所述欧姆电极接触层(9)是厚度为139.2nm的P型GaAs (C: 4X 11Vcm3)欧姆电极接触层。
3.如权利要求2所述的压电调制垂直腔半导体激光器结构，其特征在于，所述第一透明电极(10)是宽度为50um、厚度为0.3um的氧化铟锡透明电极；所述两个第二金层(11)厚0.3um、宽度为10um ；所述S12增透膜(12)厚度为λ /4 ；所述两个SiN绝缘层(13)宽度为50um、厚度为λ /4 ；第二透明电极(14)是厚度为0.3um的氧化铟锡透明电极；两个第三金层(15)厚度为0.3um。
4.如权利要求1所述的压电调制垂直腔半导体激光器结构，其特征在于，所述第二透明电极(14)出光口为圆形或方形。
5.如权利要求1所述的压电调制垂直腔半导体激光器结构，其特征在于，所述第一透明电极(10)和所述第二透明电极(14)为ZnO透明电极或其他透明电极。
【文档编号】H01S5/183GK104377545SQ201410759292
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】王智勇, 吕朝蕙, 李军, 尧舜, 邱运涛, 贾冠男, 高祥宇, 雷宇鑫 申请人:北京工业大学