一种单模低发散角垂直腔面发射激光器的制作方法

本发明涉及半导体激光器，尤其涉及一种单模低发散角垂直腔面发射激光器。

背景技术：

1、垂直腔面发射激光器，简称(vcsel)，它具有低阈值电流、圆形光斑、高调制带宽、单纵模激射、易于实现高密度二维阵列、制作成本较低等诸多优点，在许多领域中都具有广泛得应用，特别是在光纤通讯领域扮演着重要的角色。vcsel由于横向宽度较大，器件通常为多横模激射，导致输出激光的相干性较差，并且发散角较大。为了实现基模激射，常用的方法是通过制作小的电流注入孔径来限制高阶横模，一般可采用湿氮氧化、质子轰击或掩埋异质结等方式。但仅通过缩小电流的注入孔径控制模式的方法会极大地增大器件的串联电阻，导致器件发热失效。并且，减小电流注入区的面积不利于vcsel实现高功率激射。还有一些其它的vcsel模式控制方法，例如表面浮雕结果、反波导结构等。这些方法普遍存在的问题是将控制模式的微结构做在了器件的表面，虽然制作工艺简单，但对模式间引入的损耗差异偏小。导致vcsel在工作过程中，随着电流的增大，高阶模容易获得更高的增益从而激射形成多模。如何通过使用有效的、可靠的、简单的结构、工艺等方式，使vcsel具有基模、低发散角的输出特性，是本领域技术人员所要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供一种单模低发散角垂直腔面发射激光器。

2、本发明目的在于提供一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，包括由下至上依次紧密堆叠的衬底、n型dbr层、多量子阱有源区、电流限制层、间隔层、凹面刻蚀层和凹面介质膜dbr层；

3、所述凹面刻蚀层与所述凹面介质膜dbr层向所述间隔层方向凹陷，共同形成凹面反射镜，用于滤除高阶模式；

4、所述凹面刻蚀层上设有p型接触电极，所述p型接触电极作为正极；所述n型接触电极层叠于所述衬底背离所述n型dbr层的一侧表面，形成负极。

5、优选的，凹面反射镜的焦点与所述电流限制层的氧化孔的中心在一条直线上。

6、优选的，电流限制层的材料为氧化的alxga1-xas，用于限制注入载流子的流动路径；所述电流限制层的氧化孔的孔径大于4微米。

7、优选的，凹面刻蚀层的材料为gaas。

8、优选的，间隔层的材料为alxga1-xas，用于调整腔内光场分布情况，使所述多量子阱有源区处于腔内光场强的位置，增大光场的限制因子。

9、优选的，多量子阱有源区的材料为gaas/alxga1-xas。

10、优选的，n型dbr层为高低al组分的alxga1-xas半导体材料。

11、优选的，凹面介质膜dbr层为氧化物介质膜，按照高低折射率周期排布，每层厚度按照四分之一光学厚度生长；所述凹面介质膜dbr层的材料包括si、sio2、hfo2和al2o3中的两种；所述周期为8～9。

12、优选的，衬底为ⅲ-ⅴ族半导体材料。

13、优选的，p型接触电极为ti/pt/au的三层结构。

14、优选的，n型接触电极为au-ge/ni/au结构。

15、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

16、本发明技术方案通过在vcsel腔内部设置凹面反射镜，对高阶模式进行发散，增大高阶模式的损耗，且在vcsel的腔内模式间作用较强，使得高阶模式获得的损耗较大，进一步抑制高阶模式的产生，而基模由于发散角较小，模式分布处于光轴附近，使得凹面结构对基模几乎不产生损耗，因此降低了发散角；同时，由于凹面反射镜具有很强的抑制高阶模式，相对现有技术，可以增大氧化孔的尺寸、加大vcsel注入电流，进而增大vcsel的功率。

技术特征：

1.一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，其特征在于：包括由下至上依次紧密堆叠的衬底、n型dbr层、多量子阱有源区、电流限制层、间隔层、凹面刻蚀层和凹面介质膜dbr层；

2.根据权利要求1所述的一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述凹面反射镜的焦点与所述电流限制层的氧化孔的中心在一条直线上。

3.根据权利要求2所述的一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述电流限制层的材料为氧化的alxga1-xas，用于限制注入载流子的流动路径；所述电流限制层的氧化孔的孔径大于4微米。

4.根据权利要求3所述的一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述凹面刻蚀层的材料为gaas。

5.根据权利要求4所述的一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述间隔层的材料为alxga1-xas，用于调整腔内光场分布情况，使所述多量子阱有源区处于腔内光场强的位置，增大光场的限制因子。

6.根据权利要求5所述的一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述多量子阱有源区的材料为gaas/alxga1-xas。

7.根据权利要求6所述的一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述n型dbr层为高低al组分的alxga1-xas半导体材料。

8.根据权利要求7所述的一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述凹面介质膜dbr层为氧化物介质膜，按照高低折射率周期排布，每层厚度按照四分之一光学厚度生长；所述凹面介质膜dbr层的材料包括si、sio2、hfo2和al2o3中的两种；所述周期为8～9。

9.根据权利要求8所述的一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述衬底为ⅲ-ⅴ族半导体材料。

10.根据权利要求9所述的一种单模低发散角垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述p型接触电极为ti/pt/au的三层结构；所述n型接触电极为au-ge/ni/au结构。

技术总结
本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种单模低发散角垂直腔面发射激光器。包括由下至上依次紧密堆叠的衬底、N型DBR层、多量子阱有源区、电流限制层、间隔层、凹面刻蚀层和凹面介质膜DBR层；凹面刻蚀层与凹面介质膜DBR层向间隔层方向凹陷，共同形成凹面反射镜，用于滤除高阶模式；凹面刻蚀层上设有P型接触电极，P型接触电极作为正极；N型接触电极层叠于衬底背离N型DBR层的一侧表面，形成负极。优点在于：通过在VCSEL腔内部设置凹面反射镜，加大高阶模式的损耗，抑制高阶模式的产生，降低了发散角；同时，由于凹面反射镜有很强的抑制高阶模式，相对于现有技术，可以增大氧化孔的尺寸、提高VCSEL的功率。

技术研发人员：王小龙,佟存柱,蒋宁,于舒睿,高士涵
受保护的技术使用者：吉光半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15