一种长波长垂直腔面发射激光器及其制备方法与流程

本发明涉及激光器技术领域，特别是涉及一种长波长垂直腔面发射激光器以及一种长波长垂直腔面发射激光器的制备方法。

背景技术：

长波长垂直腔面发射激光器(vcsel)可以从表面发射1.3-1.8um波段激光，相比于边发射激光器具有低阈值、低功耗、易集成等优点。可应用于长距(>80km)高速光通信、光互连、气体检测、激光雷达等领域，随着信息化、智能化、绿色化社会的不断发展，未来长波长垂直腔面发射激光器具有极大的应用前景。

传统的长波长垂直腔面发射激光器(vcsel)制备技术只能基于磷化铟(inp)材料体系，面临p型inp层电阻较大、发热严重并且价带内带间吸收(ivba)严重等问题，很难形成有效的光电限制。因此，找到一种新型的光电限制结构以提高长波长垂直腔面发射激光器的性能是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种长波长垂直腔面发射激光器，可以提高长波长垂直腔面发射激光器的性能；本发明的另一目的在于提供一种长波长垂直腔面发射激光器的制备方法，可以提高长波长垂直腔面发射激光器的性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种长波长垂直腔面发射激光器，包括：

n型衬底；

位于所述n型衬底表面的n型dbr反射镜；

位于所述n型dbr反射镜背向所述n型衬底一侧表面的有源层；

位于所述有源层背向所述n型衬底一侧表面的环形本征层；

至少位于所述环形本征层内侧的p型重掺杂层以及至少位于所述环形本征层内侧的n型重掺杂层；所述p型重掺杂层至少覆盖所述有源层位于所述环形本征层内侧区域表面，所述n型重掺杂层位于所述p型重掺杂层背向所述n型衬底一侧表面；

位于所述环形本征层背向所述n型衬底一侧的n型导电层；所述n型导电层覆盖所述n型重掺杂层；

位于所述n型导电层背向所述n型衬底一侧表面的p型dbr反射镜；所述p型dbr反射镜与所述环形本征层内侧区域相互对应；

与所述n型导电层电连接的p面电极，以及与所述n型衬底电连接的n面电极。

可选的，所述环形本征层的内侧呈圆柱形；所述p型dbr反射镜呈圆柱形。

可选的，所述p型重掺杂层的掺杂剂为碳，所述p型重掺杂层掺杂浓度的取值范围为5×10¹⁹cm^-3至1×10²⁰cm^-3，包括端点值；所述n型重掺杂层的掺杂剂为锌，所述n型重掺杂层掺杂浓度的取值范围为1×10¹⁹cm^-3至3×10¹⁹cm^-3，包括端点值。

可选的，所述p型重掺杂层厚度的取值范围为8nm至15nm，包括端点值；所述n型重掺杂层厚度的取值范围为15nm至30nm，包括端点值。

可选的，所述p面电极位于所述n型导电层背向所述n型衬底一侧表面，所述n面电极位于所述n型衬底背向所述n型dbr反射镜一侧表面。

可选的，所述环形本征层的厚度等于四分之一激光器激射波长除以所述环形本征层的折射率；所述p型重掺杂层和所述n型重掺杂层均仅位于所述环形本征层内侧。

可选的，所述环形本征层的厚度等于二分之一激光器驻波波长；所述p型重掺杂层还覆盖所述环形本征层背向所述n型衬底一侧表面。

本发明还提供了一种长波长垂直腔面发射激光器的制备方法，包括：

在n型衬底表面外延生长n型dbr反射镜；

在所述n型dbr反射镜背向所述n型衬底一侧表面外延生长有源层；

在所述有源层背向所述n型衬底一侧设置环形本征层、p型重掺杂层和n型重掺杂层；所述环形本征层位于所述有源层背向所述n型衬底一侧表面；所述p型重掺杂层以及所述n型重掺杂层均至少位于所述环形本征层内侧，所述p型重掺杂层至少覆盖所述有源层位于所述环形本征层内侧区域表面，所述n型重掺杂层位于所述p型重掺杂层背向所述n型衬底一侧表面；

在所述环形本征层背向所述n型衬底一侧外延生长n型导电层；所述n型导电层覆盖所述n型重掺杂层；

在所述n型导电层背向所述n型衬底一侧表面外延生长p型dbr反射镜；所述p型dbr反射镜与所述环形本征层内侧区域相互对应；

设置与所述n型导电层电连接的p面电极，以及与所述n型衬底电连接的n面电极，以制成所述长波长垂直腔面发射激光器。

可选的，所述在所述有源层背向所述n型衬底一侧设置环形本征层、p型重掺杂层和n型重掺杂层包括：

在所述有源层背向所述n型衬底一侧表面依次选择区域外延生长p型重掺杂层和n型重掺杂层；所述n型重掺杂层仅位于所述p型重掺杂层背向所述n型衬底一侧表面；

在所述有源层背向所述n型衬底一侧表面选择区域外延生长包围所述p型重掺杂层和所述n型重掺杂层的环形本征层。

可选的，所述在所述有源层背向所述n型衬底一侧设置环形本征层、p型重掺杂层和n型重掺杂层包括：

在所述有源层背向所述n型衬底一侧表面外延生长本征层；

刻蚀所述本征层表面的预设区域以形成环形本征层，暴露所述有源层背向所述n型衬底一侧表面的预设区域；

在所述环形本征层表面依次外延生长p型重掺杂层和n型重掺杂层；所述p型重掺杂层覆盖所述有源层位于所述环形本征层内侧区域表面以及覆盖所述本征层背向所述n型衬底一侧表面。

本发明所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器，在有源层背向n型衬底一侧表面设置有环形本征层，在环形本征层内侧设置有p型重掺杂层以及位于p型重掺杂层背向n型衬底一侧表面的n型重掺杂层以构成掩埋隧道结结构(btj)。通过p型重掺杂层和n型重掺杂层形成隧穿导通区，并且由于环形本征层的电导率极低，使得电流只会从环形本征层中心通过隧穿导通区通过，通过控制环形本征层中心的图形，可以形成有效的电流限制；同时通过对环形本征层厚度的控制，可以实现在环形本征层覆盖区域的光限制，从而使得长波长垂直腔面发射激光器中电流以及光线更加集中，以提高长波长垂直腔面发射激光器的性能。

本发明还提供了一种长波长垂直腔面发射激光器的制备方法，所制备而成的长波长垂直腔面发射激光器同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种具体的长波长垂直腔面发射激光器的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的另一种具体的长波长垂直腔面发射激光器的结构示意图；

图4为图3中长波长垂直腔面发射激光器内驻波分布图；

图5为本发明实施例所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器制备方法的流程图；

图6为本发明实施例所提供的一种具体的长波长垂直腔面发射激光器制备方法的流程图；

图7为本发明实施例所提供的另一种具体的长波长垂直腔面发射激光器制备方法的流程图。

图中：1.n型衬底、2.n型dbr反射镜、3.有源层、4.环形本征层、5.p型重掺杂层、6.n型重掺杂层、7.n型导电层、8.p型dbr反射镜、9.n面电极、10.p面电极、11.光电限制层。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种长波长垂直腔面发射激光器。在现有技术中，长波长垂直腔面发射激光器(vcsel)制备技术只能基于磷化铟(inp)材料体系，面临p型inp层电阻较大、发热严重并且价带内带间吸收(ivba)严重等问题，很难形成有效的光电限制。

而本发明所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器，在有源层背向n型衬底一侧表面设置有环形本征层，在环形本征层内侧设置有p型重掺杂层以及位于p型重掺杂层背向n型衬底一侧表面的n型重掺杂层以构成掩埋隧道结结构(btj)。通过p型重掺杂层和n型重掺杂层形成隧穿导通区，并且由于环形本征层的电导率极低，使得电流只会从环形本征层中心通过隧穿导通区通过，通过控制环形本征层中心的图形，可以形成有效的电流限制；同时通过对环形本征层厚度的控制，可以实现在环形本征层覆盖区域的光限制，从而使得长波长垂直腔面发射激光器中电流以及光线更加集中，以提高长波长垂直腔面发射激光器的性能。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器的结构示意图。

参见图1，在本发明实施例中，长波长垂直腔面发射激光器包括n型衬底1；位于所述n型衬底1表面的n型dbr反射镜2；位于所述n型dbr反射镜2背向所述n型衬底1一侧表面的有源层3；位于所述有源层3背向所述n型衬底1一侧表面的环形本征层4；至少位于所述环形本征层4内侧的p型重掺杂层5以及至少位于所述环形本征层4内侧的n型重掺杂层6；所述p型重掺杂层5至少覆盖所述有源层3位于所述环形本征层4内侧区域表面，所述n型重掺杂层6位于所述p型重掺杂层5背向所述n型衬底1一侧表面；位于所述环形本征层4背向所述n型衬底1一侧的n型导电层7；所述n型导电层7覆盖所述n型重掺杂层6；位于所述n型导电层7背向所述n型衬底1一侧表面的p型dbr反射镜8；所述p型dbr反射镜8与所述环形本征层4内侧区域相互对应；与所述n型导电层7电连接的p面电极10，以及与所述n型衬底1电连接的n面电极9。

上述n型衬底1通常用于承载本发明所提供的激光器中主要的功能结构，下述n型dbr反射镜2、有源层3等结构均需要在n型衬底1表面沿衬底法线方向依次设置。有关衬底的具体材质在本发明实施例中不做具体限定，视具体情况而定。通常情况下，在本发明实施例中会使用n型inp衬底作为长波长垂直腔面发射激光器的衬底。该n型inp衬底厚度的取值通常在100μm至150μm之间，包括端点值。该n型衬底1中掺杂剂通常为锌(zn)，其掺杂浓度通常在2×10¹⁸cm^-3。

上述n型dbr反射镜2具体位于述n型衬底1表面，n型dbr反射镜2通常是由多层不同反射率的膜层以周期排列相互堆叠而成，同时该n型dbr反射镜2中各个膜层通常均为n型掺杂膜层。有关n型dbr反射镜2的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。在本发明实施例中，n型dbr反射镜2具有预设的反射光波长，即n型dbr反射镜2对于预设波长的光线具有极高的反射率，该预设波长的光线即激光器所能产生激光的波长。上述n型dbr反射镜2在本发明实施例中通常包括30个周期的inalgaas/inp结构，其中in组分通常为0.53，ga组分通常为0.47，n型dbr反射镜2中每层厚度需要为四分之一激光器激射波长除以该层材料的折射率，n型dbr反射镜2的总厚度范围通常在7μm至10μm之间，包括端点值。由于本发明实施例中具体需要实现1.3μm至1.8μm微米的长波长激光，因此n型bdr反射镜的厚度也需随着激光波长的改变而改变以达到最佳效果。

上述有源层3位于n型dbr反射镜2背向n型衬底1一侧表面，该有源层3用于发射预设波长光线。载流子具体会在有源层3中发生耦合，从而产生预设波长的光线。具体的，上述有源层3在本发明实施例中，通常包括位于n型dbr反射镜2背向n型衬底1一侧表面的n型inp电子限制层、位于n型inp电子限制层背向n型衬底1一侧表面的ingaasp量子阱、位于ingaasp量子阱背向n型衬底1一侧表面的inp势垒层、位于inp势垒层背向n型衬底1一侧表面的p型inp电子限制层。

上述ingaasp量子阱通常为本征型，其厚度通常在5nm至15nm之间，包括端点值。上述inp势垒层通常也为本征型，其厚度通常在5nm至50nm之间，包括端点值。上述n型inp电子限制层厚度通常在100nm至500nm之间，包括端点值，该n型inp电子限制层的掺杂剂通常zn，掺杂浓度通常在1×10¹⁶cm^-3至1×10¹⁷cm^-3；上述p型inp电子限制层厚度通常在100nm至500nm之间，包括端点值，该p型inp电子限制层的掺杂剂通常c，掺杂浓度通常在1×10¹⁶cm^-3至5×10¹⁶cm^-3。需要说明的是，在本发明实施例中，通常需要通过调节n型inp电子限制层的厚度以及p型inp电子限制层的厚度，使得有源层3的总厚度为二分之一激光器激射波长除以有源层3有效折射率，以保证有源层3传输光线的传输。

上述环形本征层4位于有源层3背向n型衬底1一侧表面，该环形本征层4具有一定的厚度，同时该环形本征层4需要具有一通孔，该通孔即环形本征层4内侧，使得环形本征层4仅仅会覆盖部分有源层3表面，同时会裸露出对应该通孔的部分有源层3表面。有关环形本征层4的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。在本发明实施例中，上述环形本征层4的材质通常为本征inp，具有极小的导电率，可以认为该环形本征层4为绝缘层。

上述环形本征层4内侧设置有p型重掺杂层5以及n型重掺杂层6，其中p型重掺杂层5会覆盖有源层3位于环形本征层4内侧区域表面，而n型重掺杂层6具体位于p型重掺杂层5背向n型衬底1一侧表面。n型重掺杂层6和p型重掺杂层5可以构成掩埋隧道结结构(btj)，以限制电流的传输路径。具体的，上述p型重掺杂层5的掺杂剂通常为碳(c)，该p型重掺杂层5掺杂浓度的取值范围通常为5×10¹⁹cm^-3至1×10²⁰cm^-3，包括端点值；上述n型重掺杂层6的掺杂剂通常为锌(zn)，该n型重掺杂层6掺杂浓度的取值范围为1×10¹⁹cm^-3至3×10¹⁹cm^-3，包括端点值。具体的，上述p型重掺杂层5厚度的取值范围为8nm至15nm，包括端点值；所述n型重掺杂层6厚度的取值范围为15nm至30nm，包括端点值。

需要说明的是，环形本征层4内侧设置的p型重掺杂层5的形状以及n型重掺杂层6的形状需要与环形本征层4内侧通孔形状相对应。通常情况下，在本发明实施例中环形本征层4的内侧呈圆柱形，相应的上述p型重掺杂层5的形状通常为圆形，而n型重掺杂层6的形状通常也为圆形。在本发明实施例中，环形本征层4内侧直径通常在2μm至100μm之间，包括端点值；相应的上述p型重掺杂层5的直径通常在2μm至100μm之间，包括端点值；而n型重掺杂层6的直径通常也在2μm至100μm之间，包括端点值。

上述n型导电层7位于环形本征层4背向n型衬底1一侧，该n型导电层7通常需要从环形本征层4背向n型衬底1一侧遮蔽环形本征层4、p型重掺杂层5以及n型重掺杂层6。通常情况下，n型导电层7会与n型重掺杂层6相接触，该n型导电层7会覆盖n型重掺杂层6。具体的，上述n型导电层7通常为n型inp导电层，该n型inp导电层的厚度通常在500nm至3μm之间，包括端点值；该n型inp导电层的掺杂剂通常为zn，掺杂浓度通常为1×10¹⁶cm^-3至3×10¹⁸cm^-3，包括端点值。

上述p型dbr反射镜8位于n型导电层7背向n型衬底1一侧表面，p型dbr反射镜8通常是由多层不同反射率的膜层以周期排列相互堆叠而成，同时该p型dbr反射镜8中各个膜层通常均为p型掺杂膜层。有关p型dbr反射镜8的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。在本发明实施例中，p型dbr反射镜8具有预设的反射光波长，即p型dbr反射镜8对于预设波长的光线具有极高的反射率，该预设波长的光线即激光器所能产生激光的波长。相应的，该p型dbr反射镜8的反射光波长需要与n型dbr反射镜2的反射光波长相同，以保证光线可以在n型dbr反射镜2与p型dbr反射镜8之间发生振荡从而产生激光。

具体的，在本发明实施例中p型dbr反射镜8通常包括4个周期的sio2/tio2结构，其中每层膜层的厚度均为四分之一激光器激射波长除以该层材料的折射率，p型dbr反射镜8的总厚度范围通常在1.5μm至3μm之间，包括端点值。由于本发明实施例提供的是一种长波长激光器，发射1.3微米至1.8微米波长的激光，所以p型dbr反射镜8厚度应随激光波长调整至最佳厚度。

需要说明的是，在本发明实施例中p型dbr反射镜8需要与环形本征层4内侧区域相互对应。即从n型导电层7背向n型衬底1一侧，p型dbr反射镜8需要遮蔽环形本征层4的内侧区域，该p型dbr反射镜8需要与n型重掺杂层6以及p型重掺杂层5相互对准。通常情况下，p型dbr反射镜8的形状需要与本征层内侧区域的形状相互对应。具体的，在本发明实施例中，环形本征层4的内侧通常呈圆柱形，而p型dbr反射镜8通常也呈圆柱形。

还需要说明的是，上述环形本征层4、p型重掺杂层5、n型重掺杂层6、n型导电层7以及p型dbr反射镜8共同构成了光电限制层11。具体的，根据环形本征层4与p型重掺杂层5以及n型重掺杂层6之间的位置关系，以及环形本征层4具体的结构不同，可以使得光线限制层具有不同的功能。有关光电限制层11的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

上述p面电极10需要与n型导电层7电连接，而n面电极9需要与n型衬底1电连接。在使用过程中，外部的电源通常会通过n面电极9以及p面电极10向有源层3供电以产生激光。具体的，在本发明实施例中，所述p面电极10位于所述n型导电层7背向所述n型衬底1一侧表面，所述n面电极9位于所述n型衬底1背向所述n型dbr反射镜2一侧表面。将p面电极10设置在n型导电层7背向n型衬底1一侧表面，而将n面电极9设置在n型衬底1背向n型dbr反射镜2一侧表面，可以构成垂直结构的激光器。在设置p面电极10以及n面电极9时，可以避免刻蚀激光器中的功能结构，从而避免对激光器中的功能结构造成破坏，进而保证长波长垂直腔面发射激光器的性能。

本发明实施例所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器，在有源层3背向n型衬底1一侧表面设置有环形本征层4，在环形本征层4内侧设置有p型重掺杂层5以及位于p型重掺杂层5背向n型衬底1一侧表面的n型重掺杂层6以构成掩埋隧道结结构(btj)。通过p型重掺杂层5和n型重掺杂层6形成隧穿导通区，并且由于环形本征层4的电导率极低，使得电流只会从环形本征层4中心通过隧穿导通区通过，通过控制环形本征层4中心的图形，可以形成有效的电流限制；同时通过对环形本征层4厚度的控制，可以实现在环形本征层4覆盖区域的光限制，从而使得长波长垂直腔面发射激光器中电流以及光线更加集中，以提高长波长垂直腔面发射激光器的性能。

有关本发明所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图2，图2为本发明实施例所提供的一种具体的长波长垂直腔面发射激光器的结构示意图。

区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对长波长垂直腔面发射激光器的结构进行具体限定。其余内容已在上述发明实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图2，在本发明实施例中，所述环形本征层4的厚度等于四分之一激光器激射波长除以所述环形本征层4的折射率；所述p型重掺杂层5和所述n型重掺杂层6均仅位于所述环形本征层4内侧。

上述p型重掺杂层5和n型重掺杂层6均仅位于环形本征层4内侧，上述环形本征层4会在水平方向上包围p型重掺杂层5与n型重掺杂层6所构成的掩埋隧道结结构，以形成有效的电流限制。同时由于环形本征层4的厚度等于四分之一激光器激射波长除以所述环形本征层4的折射率，此时环形本征层4相当于反相层，使得当光线在环形本征层4内沿厚度方向传输时，光线相位会叠加相消。此时光线无法在环形本征层4覆盖区域维持稳定的光振荡，从而使得环形本征层4可以起到光限制的作用。

本发明实施例所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器，使环形本征层4的厚度等于四分之一激光器激射波长除以所述环形本征层4的折射率，同时将p型重掺杂层5和n型重掺杂层6均设置在环形本征层4内侧，通过环形本征层4的光线由于相位叠加相消，无法维持稳定的光振荡，从而使得环形本征层4可以起到光限制的作用，从而进一步提高激光器的性能。

有关本发明所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图3以及图4，图3为本发明实施例所提供的另一种具体的长波长垂直腔面发射激光器的结构示意图；图4为图3中长波长垂直腔面发射激光器内驻波分布图。

区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对长波长垂直腔面发射激光器的结构进行具体限定。其余内容已在上述发明实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图3，在本发明实施例中，所述环形本征层4的厚度等于二分之一激光器驻波波长；所述p型重掺杂层5还覆盖所述环形本征层4背向所述n型衬底1一侧表面。

上述p型重掺杂层5不仅仅覆盖有源层3背向n型衬底1一侧表面中位于环形本征层4内侧区域，还会覆盖环形本征层4背向n型衬底1一侧表面。通常情况下，上述p型重掺杂层5还会覆盖环形本征层4内侧壁。相应的，位于p型重掺杂层5背向n型衬底1一侧表面的n型重掺杂层6也会覆盖有源层3背向n型衬底1一侧表面中位于环形本征层4内侧区域、以及环形本征层4背向n型衬底1一侧表面，通常还会覆盖环形本征层4内侧壁。而在本发明实施例中，环形本征层4的厚度等于二分之一激光器驻波波长。

本发明实施例所提供的长波长垂直腔面发射激光器，在工作时腔内形成有驻波，请参考图4，当长波长垂直腔面发射激光器工作时，腔内驻波分布如图4所示，其中图4纵轴的外延方向即图3中激光器的厚度方向。根据长波长垂直腔面发射激光器的具体结构，可以计算得出腔内的驻波分布，进而得到一个驻波波长。上述驻波波长的取值范围为通常在100nm至500nm之间，包括端点值。在本发明实施例中，由于环形本征层4的厚度等于二分之一激光器驻波波长，使得环形本征层4内侧有源层3表面与环形本征层4背向n型衬底1一侧表面具有半个驻波波长的高度差。而在环形本征层4背向n型衬底1一侧表面通常为驻波的波腹处，在驻波波腹处光场强度最高，相应的光损耗也最高；而在环形本征层4内侧有源层3表面通常为驻波的波节处，在波节处光场强度最低，相应的光损耗也最低。

在本发明实施例中，位于环形本征层4背向n型衬底1一侧表面的p型重掺杂层5以及相应的n型重掺杂层6由于处于驻波波腹处，使得传播至环形本征层4背向n型衬底1一侧表面的光线会因为上述重掺杂层而被极大的损耗掉；反之，在环形本征层4内侧的p型重掺杂层5以及相应的n型重掺杂层6，由于处于驻波波节处，在环形本征层4内侧传输的光线不会被大量损耗掉，从而形成基于环形本征层4的高损耗区以及低损耗区，其中低损耗区对应环形本征层4内侧，而高损耗区对应环形本征层4覆盖区域，从而形成横向上的光限制，进而可以进一步提高激光器的性能。

本发明实施例所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器，使环形本征层4的厚度等于二分之一激光器驻波波长，同时让p型重掺杂层5还覆盖环形本征层4背向所述n型衬底1一侧表面，从而可以在激光器腔内形成高损耗区以及低损耗区，其中低损耗区对应环形本征层4内侧，而高损耗区对应环形本征层4覆盖区域，从而形成横向上的光限制，进而可以进一步提高激光器的性能。

下面对本发明所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器的制备方法进行介绍，下文描述的制备方法与上述描述的长波长垂直腔面发射激光器的结构可以相互对应参照。

请参考图5，图5为本发明实施例所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器制备方法的流程图。

参见图5，在本发明实施例中，所述长波长垂直腔面发射激光器的制备方法包括：

s101：在n型衬底表面外延生长n型dbr反射镜。

在本步骤中，通常会基于外延生长工艺，在n型衬底表面外延生长n型dbr反射镜。有关n型衬底以及n型dbr反射镜的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

s102：在n型dbr反射镜背向n型衬底一侧表面外延生长有源层。

在本步骤中，通常会基于外延生长工艺，在n型dbr反射镜表面外延生长有源层。有关有源层的具体结构以在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

s103：在有源层背向n型衬底一侧设置环形本征层、p型重掺杂层和n型重掺杂层。

在本发明实施例中，所述环形本征层位于所述有源层背向所述n型衬底一侧表面；所述p型重掺杂层以及所述n型重掺杂层均至少位于所述环形本征层内侧，所述p型重掺杂层至少覆盖所述有源层位于所述环形本征层内侧区域表面，所述n型重掺杂层位于所述p型重掺杂层背向所述n型衬底一侧表面。有关环形本征层、p型重掺杂层和n型重掺杂层的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

本步骤的具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

s104：在环形本征层背向n型衬底一侧外延生长n型导电层。

在本发明实施例中，所述n型导电层覆盖所述n型重掺杂层。有关n型导电层的具体结构以在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

在本步骤中，通常会基于外延生长工艺，外延生长覆盖n型重掺杂层，p型重掺杂层以及环形本征层的n型导电层。

s105：在n型导电层背向n型衬底一侧表面外延生长p型dbr反射镜。

在本发明实施例中，所述p型dbr反射镜与所述环形本征层内侧区域相互对应。有关p型dbr反射镜的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

在本步骤中，通常会基于外延生长工艺，在n型导电层表面外延生长p型dbr反射镜。

s106：设置与n型导电层电连接的p面电极，以及与n型衬底电连接的n面电极，以制成长波长垂直腔面发射激光器。

有关p面电极以及n面电极的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。有关p面电极以及n面电极具体的制备工艺可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

本发明实施例所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器的制备方法，所制备而成的长波长垂直腔面发射激光器，在有源层背向n型衬底一侧表面设置有环形本征层，在环形本征层内侧设置有p型重掺杂层以及位于p型重掺杂层背向n型衬底一侧表面的n型重掺杂层以构成掩埋隧道结结构(btj)。通过p型重掺杂层和n型重掺杂层形成隧穿导通区，并且由于环形本征层的电导率极低，使得电流只会从环形本征层中心通过隧穿导通区通过，通过控制环形本征层中心的图形，可以形成有效的电流限制；同时通过对环形本征层厚度的控制，可以实现在环形本征层覆盖区域的光限制，从而使得长波长垂直腔面发射激光器中电流以及光线更加集中，以提高长波长垂直腔面发射激光器的性能。

有关本发明所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器制备方法的具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图6，图6为本发明实施例所提供的一种具体的长波长垂直腔面发射激光器制备方法的流程图。

参见图6，在本发明实施例中，所述长波长垂直腔面发射激光器的制备方法包括：

s201：在n型衬底表面外延生长n型dbr反射镜。

s202：在n型dbr反射镜背向n型衬底一侧表面外延生长有源层。

本步骤与上述发明实施例中s101至s102基本一致，详细内容请参考上述发明实施例，在此不再进行赘述。

s203：在有源层背向n型衬底一侧表面依次选择区域外延生长p型重掺杂层和n型重掺杂层。

在本发明实施例中，所述n型重掺杂层仅位于所述p型重掺杂层背向所述n型衬底一侧表面。有关n型重掺杂层与p型重掺杂层的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行和赘述。

在本步骤中，会先通过选择区域外延工艺，在有源层背向n型衬底一侧表面生长p型重掺杂层和n型重掺杂层，以完成p型重掺杂层以及n型重掺杂层的图形化。有关选择区域外延工艺的具体内容可以参考现有技术，在此不再进行赘述。需要说明的是，上述p型重掺杂层并不整面覆盖有源层，通常仅仅覆盖有源层表面的部分区域。该p型重掺杂层覆盖的位置即本发明实施例所提供的长波长垂直腔面发射激光器中激光发射的位置。而在本发明实施例中，n型重掺杂层仅仅会覆盖p型重掺杂层背向n型衬底一侧表面，以形成掩埋隧道结结构。

s204：在有源层背向n型衬底一侧表面选择区域外延生长包围p型重掺杂层和n型重掺杂层的环形本征层。

在本步骤中，通常会通过选择区域外延工艺，在有源层背向n型衬底一侧表面生长在水平方向上包围p型重掺杂层和n型重掺杂层的环形本征层，以完成环形本征层的图形化。有关环形本征层的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。有关选择区域外延工艺的具体内容可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

需要说明的是，在本步骤中图形化后的环形本征层仅仅会在水平方向上包围p型重掺杂层和n型重掺杂层，而通常不会覆盖n型重掺杂层背向n型衬底一侧表面。在本发明实施例中，环形本征层的厚度通常等于四分之一激光器激射波长除以该环形本征层的折射率，同时由于p型重掺杂层和n型重掺杂层均仅位于环形本征层内侧，使得通过环形本征层的光线由于相位叠加相消，无法维持稳定的光振荡，从而使得环形本征层可以起到光限制的作用，从而进一步提高激光器的性能。

s205：在环形本征层背向n型衬底一侧外延生长n型导电层。

s206：在n型导电层背向n型衬底一侧表面外延生长p型dbr反射镜。

s207：设置与n型导电层电连接的p面电极，以及与n型衬底电连接的n面电极，以制成长波长垂直腔面发射激光器。

上述s205至s207与上述发明实施例中s104至s106基本一致，详细内容已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

本发明实施例所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器的制备方法，通过先图形化p型重掺杂层以及n型重掺杂层，再生长在水平方向上包围p型重掺杂层和n型重掺杂层的环形本征层，可以制成长波长垂直腔面发射激光器。当环形本征层的厚度等于四分之一激光器激射波长除以该环形本征层的折射率时，由于通过环形本征层的光线由于相位叠加相消，无法维持稳定的光振荡，从而使得环形本征层可以起到光限制的作用，从而进一步提高激光器的性能。

有关本发明所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器制备方法的具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图7，图7为本发明实施例所提供的另一种具体的长波长垂直腔面发射激光器制备方法的流程图。

参见图7，在本发明实施例中，所述长波长垂直腔面发射激光器的制备方法包括：

s301：在n型衬底表面外延生长n型dbr反射镜。

s302：在n型dbr反射镜背向n型衬底一侧表面外延生长有源层。

本步骤与上述发明实施例中s101至s102基本一致，详细内容请参考上述发明实施例，在此不再进行赘述。

s303：在有源层背向n型衬底一侧表面外延生长本征层。

在本步骤中，通常会基于外延生长工艺，在有源层背向n型衬底一侧表面生长本征层，以便在后续步骤中制备环形本征层。有关该本征层的材质与上述环形本征层的材质相同，具体以在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。在本发明实施例中，本征层的厚度通常等于二分之一激光器驻波波长，以便在后续步骤中制备的环形本征层的厚度等于二分之一激光器驻波波长。

s304：刻蚀本征层表面的预设区域以形成环形本征层，暴露有源层背向n型衬底一侧表面的预设区域。

在本步骤中，通常会基于光刻蚀工艺，在本征层表面的预设区域进行刻蚀以形成环形本征层。具体的，本步骤中刻蚀深度通常需要等于本征层的厚度，以暴露有源层背向n型衬底一侧表面的预设区域。

有关光刻蚀工艺的具体内容可以参考现有技术，在此不再进行赘述。在本发明实施例中，环形本征层的厚度等于二分之一激光器驻波波长。

s305：在环形本征层表面依次外延生长p型重掺杂层和n型重掺杂层。

在本发明实施例中，所述p型重掺杂层覆盖所述有源层位于所述环形本征层内侧区域表面以及覆盖所述本征层背向所述n型衬底一侧表面。需要说明的是，在本发明实施例中n型重掺杂层会位于p型重掺杂层背向n型衬底一侧表面，此时该n型重掺杂层也会覆盖有源层位于环形本征层内侧区域表面以及覆盖本征层背向n型衬底一侧表面。有关n型重掺杂层以及p型重掺杂层的具体结构以在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

在p型掺杂层不仅仅会覆盖环形本征层内侧暴露出的有源层表面，还会覆盖环形本征层背向n型衬底一侧表面。此时，当环形本征层的厚度等于二分之一激光器驻波波长时，位于环形本征层背向n型衬底一侧表面的p型重掺杂层以及相应的n型重掺杂层由于处于驻波波腹处，使得传播至环形本征层背向n型衬底一侧表面的光线会因为上述重掺杂层而被极大的损耗掉；反之，在环形本征层内侧的p型重掺杂层以及相应的n型重掺杂层，由于处于驻波波节处，在环形本征层内侧传输的光线不会被大量损耗掉，从而形成基于环形本征层的高损耗区以及低损耗区，其中低损耗区对应环形本征层内侧，而高损耗区对应环形本征层覆盖区域，从而形成横向上的光限制，进而可以进一步提高激光器的性能。

s306：在环形本征层背向n型衬底一侧外延生长n型导电层。

s307：在n型导电层背向n型衬底一侧表面外延生长p型dbr反射镜。

s308：设置与n型导电层电连接的p面电极，以及与n型衬底电连接的n面电极，以制成长波长垂直腔面发射激光器。

上述s306至s308与上述发明实施例中s104至s106基本一致，详细内容已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

本发明实施例所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器的制备方法，通过先图形化本征层形成环形本征层，再生长p型重掺杂层和n型重掺杂层的方式，可以制成长波长垂直腔面发射激光器。当环形本征层的厚度等于二分之一激光器驻波波长时，会形成基于环形本征层的高损耗区以及低损耗区，其中低损耗区对应环形本征层内侧，而高损耗区对应环形本征层覆盖区域，从而形成横向上的光限制，进而可以进一步提高激光器的性能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种长波长垂直腔面发射激光器以及一种长波长垂直腔面发射激光器的制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。