[发明专利]垂直腔面发射激光器及其制作方法

说明书

一种垂直腔面发射激光器及其制作方法，垂直腔面发射激光器包括：一外延结构，该外延结构自下而上包含：N面电极、N型衬底、N型DBR、有源区、以及P型DBR；多个台面结构，由该外延结构表面向下刻蚀至N型DBR表面或内部一设定深度得到；其中，多个台面结构沿着出光孔径轴线呈环形密堆积分布，在多个台面结构之间存在绝缘介质膜实现各个台面结构之间的电气隔离，该绝缘介质膜的光学厚度为四分之一波长奇数倍；多个台面结构之间通过覆盖于绝缘介质膜之上的P面电极实现交相互连和电流注入。能够同时实现大口径范围内光功率密度均匀分布、输出模式稳定、和高质量光束输出，且与现有垂直腔面发射激光器制备工艺兼容，制备工艺简单、重复性好及成本低。

技术领域

本公开属于半导体激光器技术领域，涉及一种垂直腔面发射激光器及其制作方法。

背景技术

大功率、低能耗和高波长稳定性垂直腔面发射半导体激光器VCSEL在激光测距、激光雷达、空间激光通信等国防安全领域具有重要的应用。

要实现器件的大功率输出的一个重要手段就是增加VCSEL的出光口径，但出光口径增大会出现的注入电流不均、模式损耗增强，输出功率降低，光束质量变差的问题。为了改善大口径VCSEL载流子聚集效应，现有技术主要包括：采用环形桥型分布电极实现了工作电流相对均匀分布，改善了激射光场能量分布；采用透明导电薄膜结构作为电流扩展层改善电流分布的同时，增大了高阶模式的阈值增益，实现基模对高阶模的抑制；采用N面制作种子源激光器约束P面的主光源激光器，改善大口径VCSEL的光束质量。

但是，现有技术存在结构设计复杂、易引入界面态杂质污染、工艺制作复杂、成本高昂的不足。因此，现有技术中存在大口径VCSEL光功率密度分布不均，模式损耗严重，导致输出功率降低、光束质量变差的技术问题。

因此，有必要提出一种大功率VCSEL的结构，其能够同时实现大口径范围内光功率密度均匀分布、输出模式稳定、和高质量光束输出，且在此基础上实现对应结构的制备工艺较为简单、无界面态杂质污染、降低成本等效果。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种垂直腔面发射激光器及其制作方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种垂直腔面发射激光器，包括：一外延结构，该外延结构自下而上包含：N面电极108、N型衬底107、N型DBR 106、有源区105、以及P型DBR103；多个台面结构201，由该外延结构表面向下刻蚀至N型DBR 106表面或内部一设定深度得到；其中，多个台面结构201沿着出光孔径轴线呈环形密堆积分布，在多个台面结构之间存在绝缘介质膜102实现各个台面结构之间的电气隔离，该绝缘介质膜102的光学厚度为四分之一波长奇数倍；多个台面结构之间通过覆盖于绝缘介质膜102之上的P面电极101实现交相互连和电流注入。

在本公开的一些实施例中，垂直腔面发射激光器，还包括：氧化限制层104，位于有源区105之上，该氧化限制层104呈一环形，该环形的中心部分形成出光孔径的通道。

在本公开的一些实施例中，各个台面结构之间存在台面间隙202，该台面间隙202的宽度大于一恒定值，以保证氧化限制层104形成过程中湿法氧化气流分布的均匀性；同时，该台面间隙202的宽度为固定值或以器件中心向两侧方向逐渐减小；和/或，该台面间隙202由电镀厚金或聚酰亚胺/苯丙环丁烯(PI/BCB)材料填充；和/或，刻蚀的设定深度为有源区105下表面的第1～3对N型DBR106。

在本公开的一些实施例中，有源区105包括：有源层125；P型波导层135，位于有源层125上方，作为P侧增益导引层；以及N型波导层115，位于有源层125下方，作为N侧增益导引层；其中，P型波导层135、有源层125和N型波导层115的总光学厚度为波长整数倍。