[发明专利]一种电泵浦垂直外腔面发射激光器芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电泵浦垂直外腔面发射激光器芯片及其制备方法，包括依次设置的衬底、n型掺杂DBR、中间介质层、量子阱有源层、中间介质层、p型掺杂DBR和帽层；所述衬底的上表面设置有抗反射涂层和n面金属接触层电极，所述抗反射涂层和n面金属接触层电极之间形成沟槽结构一；所述帽层远离所述p型掺杂DBR的端面上设有SiO₂钝化介质层和顶部接触层；所述SiO₂钝化介质层和顶部接触层的下表面设有p面金属接触层电极；所述p型掺杂DBR和帽层、SiO₂钝化介质层、顶部接触涂层、p面金属接触层电极上设有竖直的沟槽结构二。本发明载流子限制作用好、性能更好。

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种电泵浦垂直外腔面发射激光器芯片及其制备方法。

背景技术

垂直外腔面发射激光器(VECSELs)根据激光的激发方式不同可分为光泵浦VECSELs(OP-VECSELs)或电泵浦VECSELs(EP-VECSELs)。OP-VECSELs器件能够获得宽范围的光功率，能够同时获得基横模和高输出光功率，有源区热分布均匀，腔面结构灵活，制造工艺容易，不存在自由载流子吸收损耗，更容易获得和保持近似完美光束质量的激光束。但是因为泵浦源的使用而需要附加的校准，这使得OP-VECSELs的器件整体结构更加复杂，器件变得不紧凑，成本较高。另外会存在量子缺陷，入射泵浦光子和出射光子之间的能量不同，会减小OP-VECSELs中的整体效率，还会产生热问题。

EP-VECSELs与VCSEL具有相似的结构，但其具有不同反射率的一面内反射镜和一面外部反射镜，它们共同形成外部腔。EP-VECSELs中没有泵浦激光使得结构更紧凑和成本较低，因此EP-VECSELs比OP-VECSELs具有更广泛的应用领域。但是，EP-VECSELs需考虑电流注入带来的一些新问题，比如必须平衡器件电阻和掺杂浓度，需要优化电流传输层厚度来为载流子提供足够的扩散长度，同时获得最小化光损耗。目前，单个EP-VECSELs的多模输出光功率为4.7W和基横模输出光功率约为500mW。

EP-VECSELs中单横模输出由穿过有源区的载流子分布横截面决定。大直径器件中实现载流子穿过有源区的分布横截面可增加单模输出功率。具有高含铝层位于有源区的上面，本层能够通过湿法热氧化来形成一个氧化限制孔。这样的结构能够通过将载流子限制在氧化孔内而降低阈值电流，同时降低了折射率的氧化层提供垂直的波导。掺杂层能够通过局部改变半导体材料的导电性而获得较好的侧向电流限制。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种电泵浦垂直外腔面发射激光器芯片及其制备方法，载流子限制作用好、性能更好。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种电泵浦垂直外腔面发射激光器芯片，包括依次设置的衬底、n型掺杂DBR、中间介质层、量子阱有源层、中间介质层、p型掺杂DBR和帽层；所述衬底的上表面设置有抗反射涂层和n面金属接触层电极，所述抗反射涂层和n面金属接触层电极之间形成沟槽结构一；所述帽层远离所述p型掺杂DBR的端面上设有SiO₂钝化介质层和顶部接触层；所述SiO₂钝化介质层和顶部接触层的下表面设有p面金属接触层电极；所述p型掺杂DBR和帽层、SiO₂钝化介质层、顶部接触涂层、p面金属接触层电极上设有竖直的沟槽结构二。

优选的，所述的抗反射涂层是氮化硅，厚度是10nm～490nm。

优选的，所述的沟槽结构一的宽度为3μm～6μm。

优选的，所述的n型掺杂DBR是4对～25对的Al_0.8Ga_0.2As/GaAs。

优选的，所述的中间介质层是Al_0.47Ga_0.53As，厚度是5～25nm。