[发明专利]垂直腔表面发射激光器

说明书

本发明描述了一种垂直腔表面发射激光器和一种制造这种垂直腔表面发射激光器的方法。该垂直腔表面发射激光器包括第一电触点（105,405,505,605,705）、衬底（110,410,610,710）、第一分布式布拉格反射器（115,415,615,715）、有源层（120,420,620,720）、分布式异质结双极光电晶体管（125,425,625,725）、第二分布式布拉格反射器（130,430,630,730）和第二电触点（135,435,535,635,735），分布式异质结双极光电晶体管（125,425,625,725）包括集电极层（125a）、光敏层（125c）、基极层（125e）和发射极层（125f），其中所述分布式异质结双极光电晶体管（125,425,625,725）被布置为使得在有源层（120,420,620,720）和分布式异质结双极光电晶体管（125,425,625,725）之间存在光学耦合，以用于借助于分布式异质结双极光电晶体管（125,425,625,725）提供有源载流子限制，使得垂直腔表面发射激光器的光学模式在垂直腔表面发射激光器的操作期间是根据有源载流子限制而自定位的。本发明的意图是提供一种VCSEL，其可以通过集成分布式异质结双极光电晶体管（125,425,625,725）而容易且可靠地进行处理。

技术领域

本发明涉及包括分布式异质结双极光电晶体管的垂直腔表面发射激光器（VCSEL）和制造这种VCSEL的对应方法。

背景技术

例如在US5596595中描述的当前技术水平的垂直腔表面发射激光器（VCSEL）需要用于电气和光学限制的电流孔径。这通常通过高含铝层的横向氧化来实现。横向氧化可能引起可靠性问题。

US2012/0128020A1公开了将光电晶体管层结构集成到垂直腔表面发射激光器（VCSEL）的层堆叠中。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种具有改进的可靠性的VCSEL。

根据第一方面，提供了一种垂直腔表面发射激光器。垂直腔表面发射激光器包括第一电触点、衬底、第一分布式布拉格反射器（DBR）、有源层、分布式异质结双极光电晶体管、第二分布式布拉格反射器（DBR）和第二电触点。分布式异质结双极光电晶体管包括集电极层、光敏层、基极层和发射极层。分布式异质结双极光电晶体管被布置为使得在有源层和分布式异质结双极光电晶体管之间存在光学耦合，以用于借助于分布式异质结双极光电晶体管提供有源载流子限制，使得垂直腔表面发射激光器的光学模式是在垂直腔表面发射激光器的操作期间根据有源载流子限制而自定位的。

术语“层”不排除该层包括两个或更多个子层。使用靠近有源区的单片集成分布式异质结双极光电晶体管（HBT）可以通过根据激光发射（lasing）模式的实际分布（profile）的局部强度控制载流子注入来使得能够实现高效的载流子限制。作为结果，载流子注入可以局部地适配于激光发射模式的需求，并且反之亦然。此外，可以设计具有光敏集电极-基极结的HBT，使得可以利用发射极层中的适度掺杂浓度实现很少的光学吸收和高电流增益。光敏层可以是量子阱层或体层。体层例如是具有10nm或更大厚度的均质层，其中可以忽略量子力学效应。

HBT布置在VCSEL内，使得对于借助于与由第一和第二DBR提供的光学谐振器结合的VCSEL的有源层产生的光的灵敏度足够高。HBT可以例如是pnp HBT，其直接布置在有源层上方，即在有源层的远离通常n导电衬底的一侧。在可替换方法中，可以有可能将npn HBT直接布置在有源层下方。在这方面，直接意味着pnp HBT或npn HBT被布置为尽可能接近有源层。这不排除存在改善例如VCSEL的性能和/或可靠性可能需要的一个或多个中间层。还可以有可能在例如三对或五对镜层之后将HBT堆叠在第一或第二DBR中。HBT的层结构甚至可以集成在DBR之一中。所述HBT层中的一个或多个HBT层的厚度可以适配于VCSEL（四分之一波长层）的发射波长。在这种情况下，HBT的一个或多个层可以用于增加相应DBR的反射率。甚至可以有可能使用两个HBT，一个在有源层下方，一个在有源层上方。