一种垂直腔面发射激光器的制作方法

1.本技术涉及激光器技术领域，具体而言，涉及一种垂直腔面发射激光器。


背景技术：

2.垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser，vcsel)是一种出光方向垂直与谐振腔表面的激光器，具有阈值电流小，发散角小且光斑呈现圆形对称性，易二维集成等优点，目前被广泛应用于光互连、光存储、光通信等领域。
3.现有vcsel器件中通常会设置氧化限制层从而对电流进行限制，使得电流能够较为集中的通过氧化限制层的电流窗口注入到有源层，从而提高出光质量，但是现有vcsel器件的出光形式基本均为多模态，依然存在质量不高的问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种垂直腔面发射激光器，以解决现有vcsel器件的出光质量不高的问题。
5.为实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：
6.本技术实施例的一方面，提供一种垂直腔面发射激光器，包括衬底以及依次层叠于衬底上的底部布拉格反射镜、有源层、具有第一电流窗口的氧化限制层和具有第二电流窗口的顶部布拉格反射镜，第一电流窗口和第二电流窗口在衬底上的正投影重合。
7.可选的，底部布拉格反射镜和/或顶部布拉格反射镜均包括交替设置的多个第一折射率层和多个第二折射率层，第一折射率层和第二折射率层的折射率差大于0.5114。
8.可选的，第一折射率层和第二折射率层的折射率差为0.5592。
9.可选的，底部布拉格反射镜和有源层形成台阶结构。
10.可选的，在顶部布拉格反射镜背离氧化限制层的一侧还设置有第一电极，在底部布拉格反射镜靠近有源层的台面上设置有第二电极。
11.可选的，第一电极为p型电极，第二电极为n型电极。
12.可选的，在第一电极和顶部布拉格反射镜之间设置有接触层。
13.可选的，第一电极为环状电极。
14.可选的，在底部布拉格反射镜和有源层之间还设置有第一缓冲层，在有源层和氧化限制层之间还设置有第二缓冲层。
15.可选的，有源层为多量子阱层。
16.本技术的有益效果包括：
17.本技术提供了一种垂直腔面发射激光器，包括衬底以及依次层叠于衬底上的底部布拉格反射镜、有源层、具有第一电流窗口的氧化限制层和具有第二电流窗口的顶部布拉格反射镜，第一电流窗口和第二电流窗口在衬底上的正投影重合。从而通过氧化限制层中的电流窗口和顶部布拉格反射镜中的电流窗口的共同作用，一方面能够提高电流的局限效果，从而使得较高的腔内电流密度注入有源层，以便于获得较高的内部量子效率，另一方面
能够缩减共振腔面积的同时增加腔内反射损失，由此，更加便于形成单模模态，从而使得出射的光束能够形成理想的高斯光束。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
19.图1为本技术实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图之一；
20.图2为本技术实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图之二；
21.图3为本技术实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图之三。
22.图标：110-衬底；120-底部布拉格反射镜；130-第一缓冲层；140-有源层；150-第二缓冲层；160-氧化限制层；170-第三缓冲层；180-顶部布拉格反射镜；190-接触层；210-第一电极；220-第二电极。
具体实施方式
23.下文陈述的实施方式表示使得本领域技术人员能够实践所述实施方式所必需的信息，并且示出了实践所述实施方式的最佳模式。在参照附图阅读以下描述之后，本领域技术人员将了解本公开的概念，并且将认识到本文中未具体提出的这些概念的应用。应理解，这些概念和应用属于本公开和随附权利要求的范围内。
24.应当理解，虽然术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可称为第二元件，并且类似地，第二元件可称为第一元件。如本文所使用，术语“和/ 或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有组合。
25.应当理解，当一个元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件上”或“延伸到另一个元件上”时，其可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在介于中间的元件。同样，应当理解，当元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件之上”或“在另一个元件之上延伸”时，其可以直接在另一个元件之上或直接在另一个元件之上延伸，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件之上”或“直接在另一个元件之上延伸”时，不存在介于中间的元件。还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，其可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在介于中间的元件。
26.诸如“在
…
下方”或“在
…
上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”的相关术语在本文中可用来描述一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系，如图中所示出。应当理解，这些术语和上文所论述的那些术语意图涵盖装置的除图中所描绘的取向之外的不同取向。
27.本文中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而且并不意图限制本公开。
如本文所使用，除非上下文明确地指出，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”意图同样包括复数形式。还应当理解，当在本文中使用时，术语“包括”指明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或者增添一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或上述各项的组。
28.除非另外定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语) 的含义与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。还应当理解，本文所使用的术语应解释为含义与它们在本说明书和相关领域的情况下的含义一致，而不能以理想化或者过度正式的意义进行解释，除非本文中已明确这样定义。
29.本技术实施例的一方面，提供一种垂直腔面发射激光器，通过在顶部布拉格反射镜中设置电流窗口，并且使得顶部布拉格反射镜中的电流窗口和氧化限制层中的电流窗口的面积相等，从而通过氧化限制层中的电流窗口和顶部布拉格反射镜中的电流窗口的共同作用，一方面能够提高电流的局限效果，从而使得较高的腔内电流密度注入有源层，以便于获得较高的内部量子效率，另一方面能够缩减共振腔面积的同时增加腔内反射损失，由此，更加便于形成单模模态，从而使得出射的光束能够形成理想的高斯光束。下面将结合附图对本技术的实施例进行描述。
30.请参阅图1所示，示出了一种垂直腔面发射激光器，包括衬底110以及依次层叠于衬底110上的底部布拉格反射镜120、有源层140、氧化限制层160和顶部布拉格反射镜180。
31.其中，氧化限制层160具有第一电流窗口，由此，氧化限制层160能够对电流的分布区域进行限制，如图2所示，通过第一电流窗口使得电流在流经氧化限制层160时被局限在第一电流窗口内，如此，能够初步提高注入有源层140的腔内电流密度。
32.顶部布拉格反射镜180具有第二电流窗口，由此，顶部布拉格反射镜 180也能够对电流的分布区域进行限制，如图2所示，通过第二电流窗口能够使得电流在流经顶部布拉格反射镜180时被局限在第二电流窗口内，如此，能够进一步的提高注入有源层140的腔内电流密度，从而获得较高的内部量子效率，提高垂直腔面发射激光器的性能。
33.请继续参照图1，第一电流窗口和第二电流窗口在衬底110上的正投影重合，换言之，第一电流窗口的窗口面积和第二电流窗口的窗口面积相等，且第一电流窗口和第二电流窗口沿衬底110厚度方向正对，由此，通过第一电流窗口和第二电流窗口的共同作用，如图2所示，一方面能够提高电流的局限效果，从而使得较高的腔内电流密度注入有源层140，以便于获得较高的内部量子效率，如图3所示，另一方面能够缩减共振腔面积的同时增加腔内反射损失，由此，更加便于形成单模模态，从而使得出射的光束能够形成理想的高斯光束。
34.本技术中的第一电流窗口和第二电流窗口的形状一致，但本技术不限制具体的形状，例如第一电流窗口和第二电流窗口可以是圆孔，也可以是方孔等等多种形式。如图1所示，当第一电流窗口和第二电流窗口为圆孔时，两者的孔径d相等。
35.如图1所示，顶部布拉格反射镜180包括交替设置的多个第一折射率层和多个第二折射率层，即多个第一折射率层和多个第二折射率层以 abab的方式层叠，且第一折射率层和第二折射率层的折射率不同。同理，底部布拉格反射镜120也可以包括交替设置的多个第一折射率层和多个第二折射率层，即多个第一折射率层和多个第二折射率层以abab的方式层叠，且第一折射率层和第二折射率层的折射率不同。
36.使得第一电流窗口和第二电流窗口在衬底110上的正投影重合的方式可以通过控制氧化速率的方式来实现，需要理解的是，在垂直腔面发射激光器的制备中，氧化限制层160上的第一电流窗口是通过侧向氧化实现的，同理，顶部布拉格反射镜180中的第二电流窗口也可以通过侧向氧化的方式破坏被氧化区域的反射能力进而在顶部布拉格反射镜180中形成第二电流窗口。因此，可以通过控制氧化限制层160和顶部布拉格反射镜180的氧化速率从而使得第一电流窗口和第二电流窗口在衬底110上的正投影重合。
37.例如：可以通过改变顶部布拉格反射镜180的铝组分含量，控制顶部布拉格反射镜180的氧化速率(鉴于现有在顶部布拉格反射镜180中通常不设置电流窗口，因此，可以通过提高顶部布拉格反射镜180的铝组分含量的方式，提高其被氧化的速率，从而使得氧化限制层160和顶部布拉格反射镜180的氧化速率保持一致)，由此，通过调整，从而使得顶部布拉格反射镜180的氧化速率与氧化限制层160的氧化速率保持一致，便可以使得第一电流窗口和第二电流窗口在衬底110上的正投影重合。具体的：顶部布拉格反射镜180中的第一折射率层和第二折射率层均为铝组分含量不同的algaas层，例如：al
(0.98)
ga
(0.02)
as/al
(0.1)
ga
(0.9)
as。
38.此外，通过改变第一折射率层和第二折射率层的铝组分含量，还能够改变第一折射率层和第二折射率层的折射率差，例如通过提高铝组分的方式能够增大折射率差。由此，在通过前述方式满足顶部布拉格反射镜180 的氧化速率与氧化限制层160的氧化速率保持一致的同时，还可以提高第一折射率层和第二折射率层的折射率差，由此，能够在保证整个顶部布拉格反射镜180的反射率不下降(大于99％)的同时，降低顶部布拉格反射镜180所包含的对数，如图1所示，随着对数降低，对应的顶部布拉格反射镜180的厚度h也会减小。在顶部布拉格反射镜180厚度h下降的同时，能够对应降低顶部布拉格反射镜180所等效的串联电阻值，降低电压，减小发热量。
39.例如在一种实施方式中，第一折射率层和第二折射率层的折射率差大于0.5114(现有的折射率差通常为0.5114)，由此，能够在保证整个顶部布拉格反射镜180的反射率不下降(大于99％)的同时，降低顶部布拉格反射镜180所包含的对数，如图1所示，随着对数降低，对应的顶部布拉格反射镜180的厚度h也会减小。在顶部布拉格反射镜180厚度h下降的同时，能够对应降低顶部布拉格反射镜180所等效的串联电阻值，降低电压，减小发热量。具体的：当al
(0.9)
ga
(0.1)
as/al
(0.1)
ga
(0.9)
as调整为al
(0.98) ga
(0.02)
as/al
(0.1)
ga
(0.9)
as时，第一折射率层和第二折射率层的折射率差为 0.5592。
40.在一种实施方式中，如图1所示，在衬底110上形成外延结构后，可以通过台面刻蚀的方式使得底部布拉格反射镜120和有源层140形成台阶结构，由此，能够便于实现侧向氧化。
41.在一种实施方式中，如图1所示，在顶部布拉格反射镜180背离氧化限制层160的一侧还设置有第一电极210，在底部布拉格反射镜120靠近有源层140的台面上设置有第二电极220，由此，通过第一电极210和第二电极220将垂直腔面发射激光器接入电路。
42.在一种实施方式中，如图1所示，第一电极210为p型电极，第二电极220为n型电极。
43.在一种实施方式中，如图1所示，在第一电极210和顶部布拉格反射镜180之间设置有接触层190，以此具有更好的电流注入效果。
44.在一种实施方式中，第一电极210为环状电极。
45.在一种实施方式中，有源层140为多量子阱层，以便于能够使得器件具有更低的阈值、更高的量子效率、极好的温度特性和极窄的线宽。
46.在一种实施方式中，如图1所示，在底部布拉格反射镜120和有源层 140之间还设置有第一缓冲层130，在有源层140和氧化限制层160之间还设置有第二缓冲层150，在氧化限制层160和顶部布拉格反射镜180之间设置有第三缓冲层170，由此，有助于提高器件性能。
47.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。