[发明专利]一种调节垂直腔面发射半导体激光器光束发散角的方法

说明书

本发明公开了一种调节垂直腔面发射半导体激光器光束发散角的方法，在半导体衬底上利用外延技术依次生长N型半导体反射层、有源层、p型半导体反射层；所述N型半导体反射层和P型半导体反射层为具有不同折射率的两种半导体材料组成的多对分布布拉格反射镜层；所述P型半导体DBR具有减少的对数；在所述P型半导体反射层上制作一定对数的介质DBR层；通过调节所述介质DBR层的横向尺寸来调节VCSEL的发散角。本发明可以在维持较大的氧化孔直径基础上，实现对VCSEL发散角的调节。

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种调节垂直腔面发射半导体激光器光束发散角的方法。

背景技术

垂直腔面发射激光器是半导体激光器的一种，常规的VCSEL通过在衬底材料上依次形成第一反射镜层、有源层，第二反射镜层来形成VCSEL。所述第一、第二反射镜层为具有高低两种折射率的材料交替所形成的分布布拉格反射镜(DBR)半导体层。以GaAs基VCSEL为例，衬底材料一般为N型GaAs材料，第一反射镜为具有两种不同Al组分的AlxGa1-xAs的N型半导体层，有源层为多量子阱结构，第二反射镜层为具有两种不同Al组分的AlxGa1-xAs的N型半导体层。

一般的，在p型AlGaAs半导体层中引入一个高Al组分层，如Al0.98Ga0.02As，并对该高Al层选择性氧化，形成一个氧化孔结构，来对GaAs基VCSEL器件进行良好的电流限制以及光学限制。通过氧化层技术可以实现VCSEL的低阈值电流的连续激射。采用氧化层技术制作的VCSEL一般具有较大的发散角(大于10度)，减小光孔直径是调节VCSEL发散角的一个重要方法。比如，将氧化孔直径由10微米降低到4微米，可以将VCSEL模态由多模变成单模，进而降低VCSEL的发散角。但是对于较小的氧化孔，缩小的发光面积限制了VCSEL的最大输出功率，同时，过高的电流密度也影响VCSEL的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种调节垂直腔面发射半导体激光器光束发散角的方法，可以在维持较大的氧化孔直径基础上，实现对VCSEL发散角的调节。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种调节垂直腔面发射半导体激光器光束发散角的方法，在半导体衬底上利用外延技术依次生长N型半导体反射层、有源层、p型半导体反射层；所述N型半导体反射层和P型半导体反射层为具有不同折射率的两种半导体材料组成的多对分布布拉格反射镜层；

所述P型半导体DBR具有减少的对数；

在所述P型半导体反射层上制作一定对数的介质DBR层；通过调节所述介质DBR层的横向尺寸来调节VCSEL的发散角。

优选的，所述的介质DBR层中所用为TiO₂、SiO₂、Al2O3、MgO、si₃n₄、CaF₂、ZnSe、MgF₂中的两种或者多种。

优选的，所述的半导体激光器具有一个氧化层，该氧化层部分氧化形成氧化孔，所述介质DBR层在该氧化孔上方，所述介质DBR层的横向尺寸小于氧化孔层。

优选的，所述的氧化孔的寸为6-10微米，所述介质DBR层的尺寸为3-5微米。

与现有技术相比，本发明的优点是：本发明将传统的p型半导体DBR反射层设计成复合结构，其中p型半导体DBR层具有减少的对数，并且在氧化孔上方制作一个具有缩小尺寸的介质DBR层。通过设计，复合结构的DBR反射率在垂直方向上具有相似的反射率。在偏离垂直方向上，由于介质DBR横向尺寸较小，不能为偏离方向提供足够的反射率，抑制了偏离垂直方向的激光模式，从而降低了VCSEL的发散角；在维持较大的氧化孔直径基础上，实现对VCSEL发散角的调节，保证了VCSEL的最大输出功率和可靠性。

附图说明