一种垂直腔面发射激光器及制备方法与流程

本发明涉及光电器件，更具体地说，涉及一种垂直腔面发射激光器及制备方法。

背景技术：

1、垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser，简称vcsel)是一种半导体微腔激光器，相较于传统的边发射激光器，垂直腔面发射激光器由于具有低阈值电流、体积小、圆对称光斑易于光纤耦合、高光束质量、单纵模、面发射易于集成等优势，使其在近年来得到了迅猛的发展，广泛应用于人脸识别等三维传感、光通信、激光雷达、无人驾驶等领域中。

2、目前发展最为成熟和得到广泛应用的是氧化限制型的vcsel，其结构由有源区、限制层、上下反射镜、氧化限制层和上下电极组成，有源层由量子阱组成；有源层上下两侧是限制层，限制层既起到限制载流子的作用又起到调节腔长的作用，限制层上下两侧分别是p型dbr反射层和n型dbr反射层，p型dbr反射层和n型dbr反射层分别是用折射率不同的两种材料以1/4光学波长厚度反复堆积而成，可以通过调节两种材料折射率差及对数可使反射率达99％以上；在有源层与p型dbr反射层之间设置氧化限制层，氧化限制层由高铝组分材料构成，该氧化限制层在经过后续湿法选择氧化工艺后形成氧化限制窗口，实现对电流和光场的限制；p型dbr反射层和n型dbr反射层两侧是金属欧姆接触形成电极，并根据器件是顶发射结构还是底发射结构分别在p面和n面开辟出光窗口。

3、现有的垂直腔面发射激光中，p型dbr反射层需要设置一定掺杂来降低串联电阻，但是现有的掺杂会导致一定程度的吸收损耗，尤其是掺杂越高吸收损耗越大。

4、基于此，设计一种吸收损耗较低的p型dbr反射层是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供了一种垂直腔面发射激光器及制备方法，技术方案如下：

2、一种垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器包括：

3、衬底；

4、位于所述衬底一侧且在第一方向上依次层叠设置的n型dbr反射层、谐振腔层以及p型dbr反射层；所述第一方向垂直于所述衬底，且由所述衬底指向所述p型dbr反射层；

5、所述p型dbr反射层包括在所述第一方向上依次层叠设置的n组p型掺杂层组，n＞2，且n为正整数；

6、所述p型掺杂层组包括在所述第一方向上依次层叠设置的第一p型掺杂层与第二p型掺杂层；所述第一p型掺杂层为alxgaas层，所述第二p型掺杂层为alygaas层，其中x＜y；所述第一p型掺杂层的掺杂浓度小于所述第二p型掺杂层的掺杂浓度。

7、可选的，在上述垂直腔面发射激光器中，所述第一p型掺杂层的掺杂浓度的范围为5e17cm-3-1e19cm-3；

8、所述第二p型掺杂层的掺杂浓度的范围为5e17cm-3-1e19cm-3。

9、可选的，在上述垂直腔面发射激光器中，第i-1组所述p型掺杂层组中的所述第一p型掺杂层的掺杂浓度小于第i组所述p型掺杂层组中的所述第一p型掺杂层的掺杂浓度，1＜i≤n，i为正整数。

10、可选的，在上述垂直腔面发射激光器中，第i-1组所述p型掺杂层组中的所述第二p型掺杂层的掺杂浓度小于第i组所述p型掺杂层组中的所述第二p型掺杂层的掺杂浓度，1＜i≤n，i为正整数。

11、可选的，在上述垂直腔面发射激光器中，所述p型掺杂层组还包括：

12、位于所述第一p型掺杂层面向所述谐振腔层一侧的第一过渡层；

13、位于所述第一p型掺杂层与所述第二p型掺杂层之间的第二过渡层。

14、可选的，在上述垂直腔面发射激光器中，所述p型掺杂层组中，所述第一过渡层的掺杂浓度大于所述第二过渡层的掺杂浓度。

15、可选的，在上述垂直腔面发射激光器中，在所述p型掺杂层组中，所述第一过渡层的掺杂浓度大于所述第一p型掺杂层的掺杂浓度，且大于所述第二p型掺杂层的掺杂浓度；

16、所述第二过渡层的掺杂浓度大于所述第一p型掺杂层的掺杂浓度，且大于所述第二p型掺杂层的掺杂浓度。

17、可选的，在上述垂直腔面发射激光器中，所述第一过渡层包括在所述第一方向上依次层叠设置的第一掺杂过渡层以及第二掺杂过渡层；所述第一掺杂过渡层的掺杂浓度大于所述第二掺杂过渡层的掺杂浓度；所述第一掺杂过渡层为alagaas层；所述第二掺杂过渡层为albgaas层，其中a＞b；

18、所述第二过渡层包括在所述第一方向上依次层叠设置的第三掺杂过渡层以及第四掺杂过渡层；所述第三掺杂过渡层的掺杂浓度小于所述第四掺杂过渡层的掺杂浓度；所述第三掺杂过渡层为alcgaas层；所述第四掺杂过渡层为aldgaas层，其中c＜d。

19、可选的，在上述垂直腔面发射激光器中，所述n型dbr反射层包括：

20、在所述第一方向上依次层叠设置的n组n型掺杂层组；

21、所述n型掺杂层组包括在所述第一方向上依次层叠设置的第一n型掺杂层与第二n型掺杂层；所述第一n型掺杂层与所述第二n型掺杂层的掺杂浓度相同。

22、一种垂直腔面发射激光器的制备方法，所述垂直腔面发射激光器的制备方法包括：

23、提供一衬底；

24、在所述衬底一侧且在第一方向上依次形成层叠设置的n型dbr反射层、谐振腔层以及p型dbr反射层；所述第一方向垂直于所述衬底，且由所述衬底指向所述p型dbr反射层；所述p型dbr反射层包括在所述第一方向上依次层叠设置的n组p型掺杂层组，n＞2，且n为正整数；所述p型掺杂层组包括在所述第一方向上依次层叠设置的第一p型掺杂层与第二p型掺杂层；所述第一p型掺杂层为alxgaas层，所述第二p型掺杂层为alygaas层，其中x＜y；所述第一p型掺杂层的掺杂浓度小于所述第二p型掺杂层的掺杂浓度。

25、相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

26、本发明提供了一种垂直腔面发射激光器及制备方法，该垂直腔面发射激光器包括在第一方向上，依次层叠设置在衬底一侧的n型dbr反射层、谐振腔层以及p型dbr反射层，p型dbr反射层包括在第一方向上依次设置的n组p型掺杂层组，n＞2，且n为正整数；p型掺杂层组包括在第一方向上依次层叠设置的第一p型掺杂层与第二p型掺杂层；第一p型掺杂层为alxgaas层，第二p型掺杂层为alygaas层，其中x＜y；也就是说，第一p型掺杂层中al组分的含量小于第二p型掺杂层中al组分的含量，由于第一p型掺杂层中al组分的含量少所以在掺杂时更容易激活形成空穴，空穴浓度的增加可以降低势垒实现较小的串联电阻，而第一p型掺杂层的掺杂浓度小于第二p型掺杂层的掺杂浓度，所以以低掺杂浓度实现较好的空穴浓度，就可以在实现较小的串联电阻的同时获得低的吸收损耗。

技术特征：

1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器包括：

2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一p型掺杂层的掺杂浓度的范围为5e17cm-3-1e19cm-3；

3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，第i-1组所述p型掺杂层组中的所述第一p型掺杂层的掺杂浓度小于第i组所述p型掺杂层组中的所述第一p型掺杂层的掺杂浓度，1＜i≤n，i为正整数。

4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，第i-1组所述p型掺杂层组中的所述第二p型掺杂层的掺杂浓度小于第i组所述p型掺杂层组中的所述第二p型掺杂层的掺杂浓度，1＜i≤n，i为正整数。

5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述p型掺杂层组还包括：

6.根据权利要求5所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述p型掺杂层组中，所述第一过渡层的掺杂浓度大于所述第二过渡层的掺杂浓度。

7.根据权利要求5所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，在所述p型掺杂层组中，所述第一过渡层的掺杂浓度大于所述第一p型掺杂层的掺杂浓度，且大于所述第二p型掺杂层的掺杂浓度；

8.根据权利要求5所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一过渡层包括在所述第一方向上依次层叠设置的第一掺杂过渡层以及第二掺杂过渡层；所述第一掺杂过渡层的掺杂浓度大于所述第二掺杂过渡层的掺杂浓度；所述第一掺杂过渡层为alagaas层；所述第二掺杂过渡层为albgaas层，其中a＞b；

9.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述n型dbr反射层包括：

10.一种垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器的制备方法包括：

技术总结
本发明提供了一种垂直腔面发射激光器及制备方法，该垂直腔面发射激光器包括在第一方向上，依次层叠设置在衬底一侧的N型DBR反射层、谐振腔层以及P型DBR反射层，P型DBR反射层包括在第一方向上依次设置的n组P型掺杂层组，n＞2，且n为正整数；P型掺杂层组包括在第一方向上依次层叠设置的第一P型掺杂层与第二P型掺杂层；由于第一P型掺杂层的Al组分比第二P型掺杂层的Al组分低，所以在掺杂时更容易激活形成空穴，空穴浓度的增加可以降低势垒实现较小的串联电阻，而第一P型掺杂层的掺杂浓度小于第二P型掺杂层的掺杂浓度，所以以低掺杂浓度实现较好的空穴浓度，就可以在实现较小的串联电阻的同时获得低的吸收损耗。

技术研发人员：吴真龙
受保护的技术使用者：扬州乾照光电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19