[发明专利]垂直腔面发射激光器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种垂直腔面发射激光器，包括主动区平台，所述主动区平台包含分别位于其下部、顶部的氧化层、P型电极，所述氧化层包括氧化限制层和被所述氧化限制层包围的氧化孔；所述主动区平台内部设置有至少一条电性通道，所述电性通道从P型电极出发并向氧化限制层延伸。本发明还公开了所述垂直腔面发射激光器的制备方法。相比现有技术，本发明具有更大数据传输带宽和数据传输速率。

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简称VCSEL）及其制备方法。

背景技术

垂直腔面发射激光器（VCSEL）在高密度集成及光纤耦合方面较边发射型激光器存在较大的优势，因此在光通讯等领域拥有极大的应用前景。但因其器件结构存在有源区薄，腔长短，单层增益较小等缺陷，为提高其有效光子限制能力，目前基本采用氧化限制型结构。氧化限制型结构可以减小材料中非辐射复合中心的寿命及对注入到有源区的电流形成有效的限制。

氧化限制型结构VCSEL的主要工艺步骤包括：晶片外延生长，在晶片外延生长过程中，在靠近谐振腔的下布拉格反射镜层和/或上布拉格反射镜层设置有Al组份很高的AlGaAs层作为氧化层，VCSEL芯片结构自下而上主要由N型掺杂的DBR（distributed Braggreflection ，分布式布拉格反射镜），包含量子阱/量子点有源区的谐振腔，以及P型掺杂的DBR所构成；在外延生长形成的层结构中蚀刻出主动区平台，需要确保氧化层暴露于主动区平台的侧壁；对主动区平台的侧壁进行氧化处理，氧化时，沿着所述氧化层横向进行，被氧化的氧化层部分（称其为氧化限制层）形成以氧化铝为主的氧化区域，氧化铝具有良好的绝缘性，可有效阻隔注入电流的通过，并限制注入电流的侧向扩散，同时氧化铝具有较小的折射率，能够使光场更为集中在电路注入窗口区域，提高了光场与有源区的交叠，增加光限制因子，起到减小器件阈值电流的作用，而中间未被氧化的区域则构成氧化孔，也就是VCSEL的出光孔和电流注入区；之后再进行表面钝化，平坦化工艺（即用聚酰亚胺，苯并环丁烯等聚合物填充沟槽），以及制作电极并引出等步骤。氧化限制型结构VCSEL的一种典型结构如图1所示，其由一系列半导体层结构组成，自下而上依次为GaAs衬底1、缓冲层2、N型DBR3、量子阱4、氧化层5、P型DBR、6、N 型电极7、P 型电极8、介质层9。

对于氧化限制型结构VCSEL而言，较大的驱动电流可以增大激光器数据传输带宽和数据传输速率的能力，但由于DBR层具有较高的电阻值，工作时的大电流通过DBR传输至量子阱有源层过程中的焦耳热效应显著，会产生大量焦耳热，导致激光器的温度快速升高，量子阱半导体材料的内量子效率随着激光器温度的升高快速降低，使得激光器的光输出功率降低，从而严重影响激光器的数据传输带宽和数据传输速率。同时P型电极和N型电极之间的DBR层本身具有较大的电容值，较大的寄生电容也会影响激光器数据传输带宽和数据传输速率的提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有氧化限制型结构VCSEL的不足，提供一种具有更大数据传输带宽和数据传输速率的垂直腔面发射激光器。

本发明具体采用以下技术方案解决是上述技术问题：

一种垂直腔面发射激光器，包括主动区平台，所述主动区平台包含分别位于其下部、顶部的氧化层、P型电极，所述氧化层包括氧化限制层和被所述氧化限制层包围的氧化孔；所述主动区平台内部设置有至少一条电性通道，所述电性通道从P型电极出发并向氧化限制层延伸。

优选地，所述电性通道的末端与氧化限制层连接。

优选地，所述电性通道的内侧边缘与氧化限制层的内侧边缘在水平方向相距1 um～5um。

优选地，所述电性通道水平方向宽度为1 um ～5um。

优选地，所述电性通道由金属材料、或石墨材料、或石墨烯材料构成。

优选地，所述电性通道在水平方向上的投影呈中空闭合结构。