[发明专利]制造一种InP基垂直腔面发射激光器的方法及由此方法制造的装置

说明书

发明背景

发明领域

本发明一般涉及面发射激光器，尤其涉及一种带有高反射率分布布拉格反射器的长波长磷化铟(InP)基垂直腔面发射激光器(Vertical cavity surfaceemitting laser)。

相关背景技术

垂直腔面发射激光器(VCSEL)是为本领域技术人员所熟知的现有技术。总的来说，垂直腔面发射激光器是一种半导体装置，它包含一底层衬底、一分布布拉格反射器(distributed Bragg reflector，DBR)、一发生激光的活性层(或数层)、及一可以是另一个分布布拉格反射器或者其它类型的反射镜的上层反射器所组成。所述装置还包括上层和下层电极层。所述上层或下层电极层中心开口，当在所述上层和下层电极层之间施加电压时，所述开口能够使活性层产生的激光离开所述装置。

垂直腔面发射激光器所拥有的许多特性使其很适合被应用到低成本光通讯网络。由垂直腔面发射激光器结构所发射的对称、圆形光束能够轻易与光纤耦合。垂直腔面发射激光器的小尺寸使其可以在单片半导体晶片上沿二维坐标系密集地排列。最后，与其它激光器不同，如边缘发射激光器，垂直腔面发射激光器无需通过机械或化学方法来制造单独反射面，因为所述共振反射面已经以分布布拉格反射器的形式与所述激光器整合在了一起，有利地减少了制造成本。

虽然用于光学网络的垂直腔面发射激光器可以由很多不同的半导体材料制得，但优选磷化铟，这是因为此类垂直腔面发射激光器所产生的激光波长范围(1.1-2.0微米之间)涵盖了目前在类似网络中通过光纤传输效果最好的两类相对长波长的激光，也就是，大约1.31微米和1.55微米。

过去，要制造能够有效产生中心波长在大约1.3微米的激光射线的InP基垂直腔面发射激光器是非常困难的。这个难题是由于位于垂直空腔面发射激光器内的分布布拉格发射器不能提供产生有效激光发射所需要的高度反射率(需要99.9％)而造成的。为了理解问题的本质，有必要讨论一下分布布拉格反射器的结构和功能。

垂直腔面发射激光器内的分布布拉格反射器由以不同折射指数的半导体材料制成的交替层所形成，每一层交替层为1/4波长厚。在垂直腔面发射激光器的活性区域内，低指数层和高指数层的折射指数间的差异要达到一定量才能让分布布拉格反射器拥有足够反射率以维持有效激光发生所必需的光学共振。对InP基垂直腔面发射激光器而言，优选由InP来形成具有低折射指数的层，而由具有可以在InP层上进行外延生长的相容性晶格结构的半导体材料来形成具有高折射指数的层。在分布布拉格反射器中使用这类材料使垂直腔面发射激光器得以外延生长，例如通过分子束外延生长(Molecular Beam Epitaxy)，或者金属有机化合物化学气相沉积(Metal Organic Chemical VaporDeposition)。可被用作高指数层的这类材料的例子包括由镓(Ga)，砷(As)，铝(Al)，锑(Sb)，铟(In)和磷(P)形成的合金，例如AlGaInAs，GaInAsP，和AlGaAsSb。其它用于分布布拉格反射器的能够在InP衬底上进行外延生长以形成交替高低指数层的半导体材料的组合包括AlGaInAs/Al InAs；GaInAsP/AlInAs和AlGaAsSb/AlGaAsSb。本申请中，短语“InP-基垂直腔面发射激光器”涵盖了所有的在InP衬底上生长并且包含有一个以上述任何一种交替层或其它能够在InP衬底上外延生长的层所形成的分布布拉格反射器的垂直腔面发射激光器。