本发明涉及一种长波长垂直腔面发射激光器，在光纤通讯领域中有重要应用，属于半导体激光器领域。
背景技术：
垂直腔面发射激光器具有圆形的输出光斑、发散角小、低阈值电流、高传输速率、高功率转换效率、低电功率损耗、高工作温度、高可靠性和低成本等优点，而且它与光线耦合效率高，易于制成二位阵列，可在位检测，非常适合大规模生产，是国际上公认的光纤通讯领域最有潜力的低成本激光光源之一。
首先，基于材料体系的发展、开发难易程度和器件成本的考量，最初局域网采用的是GaAs基的850nm垂直腔面发射激光器，传输速率为0.1～10Gbit/s。该器件采用同样的激光输出功率时，100Mbit/s速率下的传输距离是7-8km；当传输速率提高至10Gbit/s时，其传输距离仅为50m。光纤在该波长时衰减最小约为2dB/km，所以850nm垂直腔面发射激光器已不能满足高速局域网的通讯要求。而长波长如1310nm波段时，光纤衰减最小约为0.5dB/km，1550nm波段时衰减为0.2dB/km。可见长波长垂直腔面发射激光器是光纤通讯领域发展的必然趋势。
其次，因特网和“互联网+”的高速增长，极大的推动了城域网、局域网和光互联等高速光通讯领域对带宽的需求。
所以，长波长的高速垂直腔面发射激光器(VCSEL)越来越成为最主流的高速光源之一。量子阱有源区和器件寄生参数等内外两方面因素对垂直腔面发射激光器器件的高速特产生影响。而器件的结构直接决定器件电路中的寄生电阻和电容。所以器件结构是影响高速特性比较重要的因素。
目前，传统的长波长的垂直腔面发射激光器一般采用磷化铟(InP)材料衬底，(1)在衬底上生长n-DBR结构，通常选用InGaAsP或AlInGaAs四元半导体材料体系与InP晶格匹配，制备n-DBR结构。为满足垂直腔面发射激光器的激射条件，制备分布布拉格反射镜需要生长几十对甚至上百对的不同组分的材料，(2)生长DBR与有源区的过渡层，也是器件波导层，(3)生长器件有源层，通常为3-7对量子阱，(4)生长DBR与有源区的过渡层，(5)生长p型DBR，p型DBR同n型DBR一样需要生长几十对甚至上百对的不同组分的材料。
通常结构n型结构作为基底，刻蚀出有源区的台状结构，再刻蚀出p型DBR的结构。在n型衬底底面蒸镀电极与p型DBR生长电极。注入载流子流经回路是路程为，注入载流子从接触电极到半导体的欧姆接触电阻，从金属电极运动到刻蚀圆台边缘的横向电阻，流经有源区的纵向电阻，n型DBR电阻。由于长波长DBR需要对数较多，垂直腔面发射激光器的串联电阻影响较大，影响器件的高速特性。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种长波长垂直腔面发射激光器，以减小长波长垂直腔面发射激光器内部的串联电阻，增加注入载流子的效率，实现器件的高速特性的改进。
(二)技术方案
本发明提供了一种长波长垂直腔面发射激光器，该长波长垂直腔面发射激光器由下至上依次包括衬底8、n型DBR6、n型空间层5、有源区4、p型空间层3、出光孔9和p面电极2，其中p面电极2蒸镀于p型空间层3上，并包围出光孔9，n型DBR6中间设有电流限制层10，电流限制层10上形成有圆形电流限制孔11，其特征在于，
所述衬底8和n型DBR6为等直径的圆台型结构，其直径大于所述出光孔9的直径，小于长波长垂直腔面发射激光器最终解离芯片横向尺寸。
其中，该长波长垂直腔面发射激光器还包括：n面电极7，其蒸镀于所述衬底8和n型DBR6形成的等直径的圆台型结构的底面和侧面。
其中，所述衬底8为InP材料。
其中，所述n型DBR6为半导体材料或者介电材料。
其中，所述半导体材料为AlxInyGa(1-x-y)As/InP或者InxGa(1-x)AsyP(1-y)/InP，所述介电材料为α-Si/Al2O3、MgO/α-Si、CaF2/α-Si或者CaF2/ZnS。
其中，所述n型空间层5材料为InP或者与InP匹配的三元或四元半导体材料。
其中，所述有源区4是单个量子阱或多对量子阱结构。
其中，所述单个量子阱或多对量子阱结构，其量子阱材料组分为AlxInyGa(1-x-y)As/AlxInyGa(1-x-y)As或InxGa(1-x)AsyP(1-y)/InxGa(1-x)AsyP(1-y)，所述量子阱个数为3-7个。
其中，所述p型空间层3材料为InP或者与InP匹配的三元或四元半导体材料。
其中，所述p面电极2材料为Cr/Au金属。
其中，所述P型DBR1为半导体材料或者介电材料。
其中，所述半导体材料为AlxInyGa(1-x-y)As/InP或InxGa(1-x)AsyP(1-y)/InP，所述介电材料为α-Si/Al2O3、MgO/α-Si、CaF2/α-Si或者CaF2/ZnS。
其中，所述n面电极7为包围所述n型DBR6和衬底8的圆台型结构的环包型结构，所述n面电极7材料为Au/Ge/Ni金属。
其中，所述电流限制孔11直径小于所述n型DBR6和衬底8圆台型结构的直径和所述出光孔9的直径。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明通过采用等直径的圆台型结构的衬底和n型DBR可以减小长波长垂直腔面发射激光器内部的串联电阻，增加注入载流子的效率，实现器件的高速特性的改进。
附图说明
图1是本发明的一种具体实施例的长波长垂直腔面发射激光器结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的一种具体实施例的长波长垂直腔面发射激光器结构示意图。如图1所示，该结构从下至上包括衬底8、n型DBR6、n型空间层5、有源区4、p型空间层3、出光孔9，p面电极2蒸镀于p型空间层3上，并包围出光孔9，n型DBR6中间设有电流限制层10，电流限制层10上形成有圆形电流限制孔11，其中，所述衬底8和n型DBR6为等直径的圆台型结构，其直径大于所述出光孔9的直径，小于长波长垂直腔面发射激光器最终解离芯片横向尺寸。长波长垂直腔面发射激光器的结构中还包括n面电极7，其蒸镀于衬底8和n型DBR6的底面和侧面，n面电极7为包围衬底8和n型DBR6圆台型结构的环包型结构。
本发明的一种具体实施例的长波长垂直腔面发射激光器，其结构的制作工艺、工艺流程、各部分结构所用的材料、材料厚度等参数如下所示：
衬底8，为n型InP材料，厚度为150μm；在衬底8上，采用分子束外延(MBE)蒸镀n型DBR 6，n型DBR6为42对Al0.235Ga0.235In0.53As/InP，Al0.23sGa0.235In0.53As的厚度为103.4nm，InP的厚度为91nm，掺杂浓度为3e18cm-3。
在n型DBR6中，设有电流限制层10，电流限制层10为n型DBR6中的1对Al0.235Ga0.235In0.53As/InP，距离n型DBR6顶部3对DBR位置，电流限制层10上采用离子注入形成圆形电流限制孔11，离子注入剂量为1×1015cm-2，能量为450KeV，电流限制孔11为不导电的区域层，对电流和光的双重限制，为了实现高速特性，电流限制孔11的孔径为13μm。
自衬底8背面向上采用干法刻蚀的方法依次刻蚀衬底8和n型DBR6且不刻透n型DBR6形成等直径的圆台型结构，刻蚀深度至电流限制孔11下方3对DBR的位置，刻蚀直径为50μm。
在n型DBR 6上，为n型空间层5，n型空间层5材料为InP，或者与InP匹配的三元或四元半导体材料，本实施例采用InP材料，n型空间层5为InP材料的厚度为177nm。
在n型空间层5上，为有源区4，有源区4为组分Al0.161Ga0.102In0.74As/Al0.267Ga0.203In0.53As的应变量子阱构成，Al0.161Ga0.102In0.74As为非掺杂材料，厚度为8nm，Al0.267Ga0.203In0.53As为非掺杂材料，厚度为9nm，量子阱个数为4个，其激射波长为1310nm。
在有源区4上，为p型空间层3，p型空间层3为InP材料或者与InP匹配的三元或四元半导体材料，本实施例采用InP材料，材料的厚度为177nm。
在p型空间层3上，为p型DBR1，p型DBR1为3对CaF2/ZnS，采用电子束蒸发法蒸镀CaF2的厚度903nm，ZnS的厚度为374nm；将p型DBR1进行刻蚀，使其中心形成圆形台面，该圆形台面即为出光孔9，出光孔9的直径为30μm，厚度为p型DBR1的总厚度，即刻蚀深度到p型空间层3上表面。
解理p型空间层3、有源区4、n型空间层5及电流限制层10后形成的长波长垂直腔面发射激光器芯片小方块，小方块的变成尺寸为220μm。
p面电极2，蒸镀于p型空间层3上，并包围出光孔9，p面电极2材料为Cr/Au金属，为了形成良好的欧姆接触，其厚度选为0.05μm。
n面电极7采用Au/Ge/Ni金属，系自衬底8背面蒸镀于等直径的圆台型结构的底面和侧面，形成包围衬底8和n型DBR6的底面和侧面的圆台型结构的环包型结构，为了形成良好的欧姆接触，其厚度选为0.05μm。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。