一种可调节翘曲的Vcsel外延结构的制作方法

一种可调节翘曲的vcsel外延结构
技术领域
1.本实用新型涉及激光芯片技术领域，尤其涉及一种可调节翘曲的vcsel外延结构。


背景技术：

2.垂直腔面发射激光器(vcsel)在新的光电子领域中起着越来越重要的作用。与传统的边发射激光器不同，vcsel是光从垂直于半导体衬底表面方向出射的一种新型半导体激光器，具有单纵模、发散角小、圆形对称光斑、耦合效率高、阈值低、调制速率高、体积小、可二维集成、可在片测试、价格便宜等很多优点。
3.目前vcsel大多数都是使用mocvd设备在gaas衬底上生长，因为有源区比较短，需要dbr有较高的反射率才会获得较大增益从而形成激射。这就要求dbr需要生长较多的周期，而一般的dbr是由al
(x)
ga
(1-x)
as/al
(y)
ga
(1-y)
as组成，虽然algaas与gaas晶格相近，周期数增多后，依然会因为晶格不匹配而在外延层中形成较大应力，应力不仅会导致晶体质量变差，还会造成外延片弯曲，影响外延层均匀性。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种可调节翘曲的vcsel外延结构，通过周期性设置的应力补偿层，不仅能够减少整个外延层应力，提高外延层晶体质量，同时还能够降低外延片翘曲，提高外延片各参数的均匀性。
5.本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题：
6.一种可调节翘曲的vcsel外延结构，包括衬底，所述衬底上依次沉积有缓冲层、n型掺杂的dbr、有源层、氧化限制层、p型掺杂的dbr和欧姆接触层，所述n型掺杂的dbr和p型掺杂的dbr中周期性设置有应力补偿层。
7.进一步，所述补偿层光学厚度为λ/4。
8.进一步，所述n型掺杂的dbr包括重叠生长的25-35对al
0.1
gaas/al
0.9
gaas系dbr层，每层的光学厚度为λ/4。
9.进一步，所述p型掺杂的dbr包括重叠生长的15-25对al
0.1
gaas/al
0.9
gaas系dbr层，每层的光学厚度为λ/4。
10.进一步，所述n型掺杂的dbr或p型掺杂的dbr中，相邻两层应力补偿层之间间隔4-20个dbr层。
11.进一步，所述有源层采用ingaas/gaasp量子阱结构，所述量子阱结构的周期数为3-6个。
12.本实用新型的有益效果：
13.本实用新型的一种可调节翘曲的vcsel外延结构，通过在dbr层中周期性插入应力缓冲层，从而可调节降低dbr生长所引起的应力。一方面减少整个外延层应力提高外延层晶体质量，另一方面，降低外延片翘曲，提高外延片各参数均匀性。
附图说明
14.图1为本实用新型的可调节翘曲的vcsel外延结构的结构示意图；
15.图2为本实用新型的实施例中的外延结构中p型掺杂dbr的结构示意图；
16.其中，衬底101、缓冲层102、n型掺杂的dbr 103、有源层104、氧化限制层105、p型掺杂的dbr 106、欧姆接触层107、应力补偿层201。
具体实施方式
17.以下将结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明：
18.实施例
19.本实用新型的一种可调节翘曲的vcsel外延结构，如图1所示，包括衬底101，该衬底101为gaas衬底，在gaas衬底上依次沉积有缓冲层102、n型掺杂的dbr 103、有源层104、氧化限制层105、p型掺杂的dbr 106和欧姆接触层107。
20.其中，n型掺杂的dbr 103包括25-35对重叠生长的al
0.1
gaas/al
0.9
gaas系dbr层，每层的光学厚度为λ/4，掺杂浓度为1e
17-1e
20
，p型掺杂的dbr 106包括重叠生长的15-25对al
0.1
gaas/al
0.9
gaas系dbr层，每层的光学厚度为λ/4，掺杂浓度为1e
17-1e
20
，在n型掺杂的dbr 103和p型掺杂的dbr 106中周期性设置有应力补偿层201，且相邻两层应力补偿层201之间间隔4-20个dbr层，如图2所示，优选的相邻两层应力补偿层201之间间隔为5个dbr层，应力补偿层201为ga
x
in
(1-x)
p材料，可通过调整ga的组分x来调整晶格常数，从而达到补偿dbr材料因晶格不匹配产生的应力，x取值范围0.4-0.6，可根据翘曲情况进行调整，应力补偿层201光学厚度为λ/4，从而达到与dbr结构的光学匹配。
21.上述可调节翘曲的vcsel外延结构的制备方法如下：
22.s1：以n型gaas作为生长衬底，放入mocvd系统中生长，控制反应室压力为50-100mbar，生长温度为670-750℃，以h2为载气，首先通入砷烷、三甲基镓与硅烷，按照常规的方法生长缓冲层102，缓冲层102材料为gaas，掺杂类型为n型，掺杂浓度1e
17-1e
20
；
23.s2：缓冲层生长完成后，通入砷烷、三甲基镓、三甲基铝和硅烷按照常规的方法生长n型掺杂的dbr 103，n型掺杂的dbr 103为光学厚度为λ/4的al
0.1
gaas/al
0.9
gaas系dbr，每生长5个周期dbr层后，将al
0.9
gaas更换为ga
x
in
(1-x)
p材料，本实施例具体为ga
0.53
in
0.47
p，即将气源切换为通入磷烷、三甲基铟、三甲基镓和硅烷，生长得到光学厚度为λ/4的应力补偿层201，且n型掺杂的dbr中的应力补偿层201的掺杂类型和n型掺杂的dbr 103的掺杂类型相同，再重复生长dbr层和应力补偿层201，直至得到完整的n型掺杂的dbr 103；
24.s3：通入砷烷、磷烷、三甲基镓、三甲基铟按照常规的方法生长得到有源层104，有源层104采用ingaas/gaasp量子阱结构，量子阱结构的周期数为3-6个；
25.s4：通入砷烷、三甲基镓、三甲基铝和四溴化碳按照常规的方法生长氧化限制层105，氧化限制层105材料为al
0.98
gaas，掺杂类型为p型，掺杂浓度1e
17-1e
20
；
26.s5：通入砷烷、三甲基镓、三甲基铝和四溴化碳按照常规方法生长p型掺杂的dbr 106，p型掺杂的dbr 106为光学厚度为λ/4的al
0.1
gaas/al
0.9
gaas系dbr，每生长5个周期dbr层后，将al
0.9
gaas更换为ga
x
in
(1-x)
p材料，作为应力补偿层201，本实施例具体为ga
0.53
in
0.47
p，即在生长应力补偿层时，将气源切换为通入磷烷、三甲基铟、三甲基镓、二乙基锌，生长得到光学厚度为λ/4的应力补偿层201，且p型掺杂的dbr中的应力补偿层201的掺杂
类型和p型掺杂的dbr106的掺杂类型相同，再重复生长dbr层和应力补偿层201，直至得到完整的p型掺杂的dbr 106；
27.s6：通入砷烷、三甲基镓和四溴化碳按照常规的方法生长欧姆接触层107,欧姆接触层107材料为gaas，掺杂类型为p型，掺杂浓度为1e
19-1e
21
；
28.s7：生长完成后，将反应腔温度降低到100℃后将外延片取出。
29.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。