[发明专利]三氧化孔垂直腔面发射激光器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种三氧化孔垂直腔面发射激光器结构及其制作方法，本发明专利提出的三个氧化孔限制层结构全部置于激光谐振腔内光场形成的驻波振荡的波节位置，其中量子阱两侧的1/4λ光学厚度处的第一和第二氧化限制层，对量子阱形成的较强的光学和电学限制，高铝组分氧化限制层可以对量子阱内电子形成更高的势垒阻挡，可有效阻挡量子阱内电子外泄，同时通过氧化孔径的高阻并联结构进一步限制电流注入区域，可提高量子阱内部区域电流注入的均匀性。在光学方面，第一和第二处氧化孔形成类似折射率引导型光纤，氧化孔区域等效为光纤包覆层可初步限制高阶模的产生，通过相对第一和第二氧化孔径更小的第三氧化孔径进一步控制高阶模的产生，可有效控制输出激光的单模特性。

技术领域

本发明是关于半导体激光器领域，特别是关于一种三氧化孔垂直腔面发射激光器结构及其制作方法。

背景技术

通过氧化物对器件的载流子和光子的限制作用来制备的垂直腔面发射激光器(VCSEL)器件在阈值电流密度、电光转换效率、激光的模式控制以及偏振的选择等方面有比较大的优势。

传统的氧化限制VCSEL只有一个氧化孔径或在器件的p侧和n侧分别设置一个氧化孔，起到电学和光学限制的作用。当采用一个氧化孔时，器件的寄生电容为氧化物电容与来自氧化物孔下面有源区电容的串联，单氧化层厚度薄，电容大，影响器件的高速性能。另一方面，单氧化层影响电流注入的均匀性，产生空间烧孔现象和热透镜效应，从而降低VCSEL的性能。采用两个氧化孔时，对量子阱的钳制作用也无法达到最佳的单模输出效果。

本发明专利旨在制备一种低阈值电流，高功率的单模垂直腔面发射激光器，采用的三氧化孔设计方案，通过高铝组分材料的氧化特性和高禁带宽度特性，同时兼顾光学和电学限制条件两方面优势，制备的垂直腔面发射激光器实现更具优势的性能。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三氧化孔垂直腔面发射激光器及其制作方法，其能够克服现有技术中对量子阱的钳制作用无法达到最佳的效果的技术问题。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种三氧化孔垂直腔面发射激光器结构，依次包括N型缓冲层、N型DBR层、有源区谐振腔、P型DBR层以及置于P型DBR上的P型接触层，

所述有源区谐振腔包括依次设置于N型DBR层和P型DBR层之间的空间层、第一氧化限制层、第一过渡层、量子阱有源区、第二过渡层、第二氧化限制层、第三过渡层和第三氧化限制层，

所述第一氧化限制层和第二氧化限制层的中心与量子阱有源区中心之间的距离为λ/4光学厚度，所述第三氧化限制层的中心与量子阱有源区中心之间的距离为λ/4+m*λ/2光学厚度，λ为激光器的设计工作波长，m为正整数。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述第一氧化限制层和量子阱有源区之间设置有控制第一氧化限制层中心和量子阱有源中心之间距离的第一过渡层，和/或所述第二氧化限制层和量子阱有源区之间设置有控制第二氧化限制层中心和量子阱有源中心之间距离的第二过渡层，和/或所述第三氧化限制层和第二氧化限制层之间设置有控制第三氧化限制层中心和量子阱有源中心之间距离的第三过渡层。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述第一过渡层采用Al组份含量在60％-30％或采用45％-24％或采用60％-24％的线性渐变的AlGaAs；和/或所述第二过渡层采用Al组份含量在30％-60％或采用24％-45％或采用24％-60％的线性渐变的AlGaAs；和/或所述第三过渡层采用固定Al组份的AlGaAs均匀材料，Al组分含量在12％到20％。