一种940nm垂直腔面发射激光器外延片的制作方法

1.本实用新型属于激光器技术领域，尤其涉及一种940nm垂直腔面发射激光器外延片。


背景技术：

2.垂直腔面发射激光器(vcsel)是一种光学谐振腔与衬底垂直，能够实现芯片表面激光出射的半导体激光器，具有尺寸小、效率高、调制贷款达、寿命长以及成本低等优点。一般地，vcsel由分布式布拉格反射镜、量子阱有源区、间隔层、氧化限制层等组成。在vcsel工作时，通过把载流子注入到有源区的量子阱中，便发生辐射复合跳跃产生光子，光子经过由dbr结构作为腔镜的谐振腔中振荡选择模式，进而在垂直于衬底方向上发射圆形的激光光束。外延片指的是在一块加热至适当温度的衬底基片上，所生长出来的特定单晶薄膜。940nm vcsel的应用前景非常广阔，如能够用在vr(虚拟现实)/ar(增强现实)/mr(混合现实)的手势侦测、手势识别、动作捕捉、环境感知与建模、激光雷达、头部追踪、视觉安全系统等。
3.目前，大多数外延片成本较高，生长难度较高、光散射度较高，影响激光质量；其次，现有的多量子阱层基本上为势阱层和势垒层的组合，而势阱层和势垒层之间容易出现铟偏析，对电子的有效质量具有消极影响，进而影响到外延片的可靠性。


技术实现要素：

4.本实用新型针对上述的外延片所存在的技术问题，提出一种设计合理、结构简单、可靠性较强且利用率较高的一种940nm垂直腔面发射激光器外延片。
5.为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为，本实用新型提供的一种940nm垂直腔面发射激光器外延片，包括衬底，所述衬底上由下至上依次设置有缓冲层、光栅层、隔离层、覆盖层、下限制层、下渐变波导层、多量子阱层、上渐变波导层、上限制层、上包层和欧姆接触层，所述衬底为蓝宝石，所述缓冲层和覆盖层均为gan，所述光栅层的材料为ingaasp，厚度为20～30nm，所述多量子阱层包括ingaas势阱层和algaas势垒层，所述ingaas势阱层与algaas势垒层之间设置有gaas插入层。
6.作为优选，所述ingaas势阱层为6nm的in
0.15
ga
0.85
as，所述algaas势垒层为8nm的al
0.3
ga
0.7
as，所述gaas插入层的厚度为6nm。
7.作为优选，所述下渐变波导层和上渐变波导层均为inalgaas且厚度分别为20～35nm。
8.与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：
9.1、本实用新型提供的一种940nm垂直腔面发射激光器外延片，以蓝宝石为衬底生长gan，具有易获得以及成本低的优点；而ingaasp的光栅层具有易刻蚀和完整性型较高的优点；利用gaas插入层不仅可以有效改变基态与第一激发态的子带间跃迁，还可以改变电子的声子散射和有效质量，而且gaas材料不包含随机分布的杂质原子，带隙较小，不易被氧
化，降低了有源区中载流子散射的可能性。本实用新型提供的一种940nm垂直腔面发射激光器外延片具有设计合理、结构简单、可靠性较高和激射能力较强的优点，而且利用率较高，适合大规模推广。
附图说明
10.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。
11.图1为实施例提供的一种940nm垂直腔面发射激光器外延片的结构示意图；
12.以上各图中，1、衬底；2、缓冲层；3、光栅层；4、隔离层；5、覆盖层；6、下限制层；7、下渐变波导层；8、多量子阱层；9、上渐变波导层；10、上限制层；11、上包层；12、欧姆接触层。
具体实施方式
13.为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
14.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
15.实施例，如图1所示，本实用新型提供的一种940nm垂直腔面发射激光器外延片，包括衬底1，所述衬底1上由下至上依次设置有缓冲层2、光栅层3、隔离层4、覆盖层5、下限制层6、下渐变波导层7、多量子阱层8、上渐变波导层9、上限制层10、上包层11和欧姆接触层12，衬底1为蓝宝石，缓冲层2和覆盖层5均为gan，所述光栅层3的材料为ingaasp，厚度为20～30nm，所述多量子阱层8包括ingaas势阱层和algaas势垒层，所述ingaas势阱层与algaas势垒层之间设置有gaas插入层。其中，下限制层6和上限制层10分别限制以其为外层的内层结构的抗氧化性；下渐变波导层7和上渐变波导层9可以保证有源区具有合理折射率和散射率，并且能够以较薄的厚度和较小的光场损耗来提高本产品的可靠性；欧姆接触层12不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变，令相应组件在操作时，大部分的电压降在活动区而不在接触面，以满足激光器的性能指标要求。gan基材料也称为iii族氮化物材料(包括inn、gan、aln、ingan、algan等，其禁带宽度范围为0.7-6.2ev)，其光谱覆盖了近红外到深紫外波段。
16.进一步地，全gan衬底本身价格较为昂贵，而以蓝宝石为衬底1在其c面生长gan，具有易获得以及成本低的优点；而ingaasp的光栅层3具有易刻蚀的优点，在加上缓冲层2的缓冲以及隔离层4的隔离作用能够令光栅层3具有较高的完整性型。gaas插入层不仅可以有效改变基态与第一激发态的子带间跃迁，还可以改变电子的声子散射和有效质量，而且gaas材料不包含随机分布的杂质原子，带隙较小，不易被氧化，降低了有源区中载流子散射的可能性。本实用新型提供的一种940nm垂直腔面发射激光器外延片具有设计合理、结构简单、
可靠性较高和激射能力较强的优点，而且利用率较高。
17.为了减少载流子散射并增加光学增益，本实用新型提供的ingaas势阱层为6nm的in
0.15
ga
0.85
as，所述algaas势垒层为8nm的al
0.3
ga
0.7
as，所述gaas插入层的厚度为6nm。势阱层中的in组分和势阱层厚度对激射波长均具有较大的影响，而6nm的in
0.15
ga
0.85
as能够令增益波长向长波长方向移动，进而实现目标波长的激射。再者，太深的阱会削弱量子阱对泵浦的吸收能力，降低激光器的内量子效率，产生多余热量，而且al组分大于0.45时，algaas材料转变为间接带隙半导体，间接带隙半导体材料的电光转化效率低，不适合用作光电子器件。所以采用8nm的al
0.3
ga
0.7
as可以减少由激光器的有源区自热效应和串联电阻产生的焦耳热，减少载流子散射，提高光子密度。6nm的gaas可以有效减小非均匀界面的散射损耗，与6nm的in
0.15
ga
0.85
as和8nm的al
0.3
ga
0.7
as共同提高本产品的激射强度，进而满足激光器应用场景的指标要求。
18.进一步地，本实用新型提供的下渐变波导层7和上渐变波导层9均为四元化的inalgaas且厚度分别为20～35nm，能够充分保证有源区具有较高折射率与较低散射率，并且能够以较薄的厚度和较小的光场损耗来提高本产品的可靠性，并在一定程度上延长本产品的实际使用寿命。
19.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。