[发明专利]一种垂直腔面发射半导体激光器制备方法

说明书

本发明公开了一种垂直腔面发射半导体激光器电极，该电极可有效解决垂直腔面发射半导体激光器电极制备工艺复杂、光面积小的问题。该电极为石墨烯材料，用化学气相沉积(CVD)方法将石墨烯薄膜制备在铜箔上，然后通过有胶迁移的方式将石墨烯薄膜迁移到垂直腔面发射半导体激光器芯片衬底和P‑DBR侧的外表面，最后在出光侧石墨烯薄膜层上制备金接触点并引出金属导线。这种电极利用石墨烯材料零带隙、高的导电导热特性，有效的提高了垂直腔面发射半导体激光器的出光面积，同时具有较好的导电特性和散热特性，使器件在较大出光口径时保持电流均匀注入，器件产生的热量能够快速有效散失，实现器件输出功率的提高并保持较好的光斑质量。

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，特别涉及一种垂直腔面发射半导体激光器的制备方法。

背景技术

近年来，随着信息化社会的不断发展，高精度的激光测量技术、激光加工技术以及大容量、高速度的光信息存储、交换、传输和处理技术发展迅速，这主要依赖于光电子器件技术及光纤通讯技术的重大突破，而半导体激光器则是在信息化社会最具有代表性的关键光电子器件之一。半导体激光器从1970年实现室温连续输出至今，已经在光纤通信，激光扫描，激光加工，高功率光泵浦等领域得到广泛的应用，并且其结构已经呈现多样化以满足不同应用需求。

垂直腔面发射激光器(VCSEL)由于可以在衬底上并列集成多个激光器，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(EEL)不同，垂直腔面发射激光器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、价格低等很多优点。三十多年来，随着材料外延技术的发展及器件制备工艺的提高，垂直腔面发射激光器的性能也不断提高，并逐步从实验室走向市场，广泛应用于光纤通讯、激光打印、泵浦固体及光纤激光器等领域。

典型的垂直腔面发射激光器由高反射率(99％)的上下DBR(Distributed BraggReflectors：分布布拉格反射)反射镜、有源区和金属接触层组成。量子阱有源区夹在n-DBR和p-DBR之间。DBR反射镜由光学厚度为λ/4的高折射率层和低折射率层交替生长而成。VCSEL器件常制作成圆形、方形和环形结构，分别在衬底和p-DBR的外表面制作金属接触层，并在p-DBR或n-DBR上制作一个圆形出光窗口。相比传统的边发射半导体激光器结构，垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)由于不存在常规边发射半导体激光器件的光学腔面损伤，并且具有低的阈值电流和高的工作温度，圆形对称输出光斑等多种优点，近年来受到了高温低能耗器件应用上的广泛关注。另外，VCSEL器件为表面出光，易于实现高的集成密度，因而在高功率激光应用上也有重要意义，被大量应用于多种领域的光学系统中，如光网络，平行光互连系统，激光打印，高密度存储光盘，光纤激光器泵浦等。

传统VCSEL器件通常在衬底和p-DBR的外表面制作金属接触层，然后在p-DBR或n-DBR上制作一个圆形出光窗口，并在金属接触层上制备金属电极实现VCSEL器件。金属接触层为半导体材料对有源区发射的光子有一定的吸收并产生热量，降低器件的转换效率和器件性能。同时，金属电极制备在金属接触层上，金属电极不透光，环形的金属电极降低了VCSEL器件的出光面积，进而限制了高功率器件的制备。对于P面为环形电极时，当口径较大时，其电流分布不均匀，容易导致差的光斑质量。因此，寻找一种VCSEL器件电极实现器件出光面积的提高，电流分布的均匀性，对于改善器件光斑质量提高器件输出功率具有重要意义。

发明内容