[发明专利]一种共用DBR的多波长VCSEL激光器芯片

说明书

本发明公开了一种共用DBR的多波长VCSEL激光器芯片，涉及半导体光电子技术领域，包括衬底以及至少两个堆叠于衬底表面的VCSEL单元；各VCSEL单元自下而上包括底部N型DBR、有源区、掩埋隧穿结和顶部N型DBR；位于下层的VCSEL单元的顶部N型DBR与位于上层的VCSEL单元的底部N型DBR为一体式的共用DBR；与共用DBR相邻的上下两个VCSEL单元的中心波长均位于该共用DBR的阻带范围内，并且位于下层的VCSEL单元的中心波长大于位于上层的VCSEL单元的中心波长。本发明将采用片内集成方式将至少两种不同中心波长的VCSEL单元堆叠集成设计在同一颗VCSEL芯片内，并突破性地采用共用DBR的设计构思对芯片的外延结构进行优化和改进，使得芯片具有结构简单、集成度高、占用空间小、生产成本低和产品可靠性高等优点。

技术领域

本发明涉及半导体光电子技术领域，特别涉及一种共用DBR的多波长VCSEL激光器芯片。

背景技术

垂直腔面发射激光器芯片（Vertical Cavity Surface Emitting Laser， VCSEL）从诞生起就作为新一代光存储和光通信应用的核心器件，应用在光并行处理、光识别、光互联系统和光存储等领域。随着工艺、材料技术改进，VCSEL器件在功耗、制造成本、集成、散热等领域的优势开始显现，逐渐应用于数据通信，工业热加工、环境监测、医疗设备等商业级应用以及3D感知等消费级应用。VCSEL芯片具有良好的经济性，实用性及可靠性，为各行各业中的信息交换带来了极大的便利。

现有技术中，一颗VCSEL芯片通常只能激射一种波长，然而在数据通讯或者激光雷达等技术领域往往需要同时实现多种波长的激射，因此只能将多颗不同波长的VCSEL芯片通过封装（贴片、打线）集成在一起，使其作为具有多种波长的激光发射单元。但是这种通过封装实现集成的方式，占用空间大，封装成本高，封装过程中会带来较大的良率损失，而且还会引入过多的潜在的贴片、打线缺陷，影响整体的可靠性。

发明内容

本发明提供一种共用DBR的多波长VCSEL激光器芯片，其主要目的在于解决现有技术存在的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种共用DBR的多波长VCSEL激光器芯片，包括衬底以及至少两个堆叠于衬底表面的VCSEL单元；各所述VCSEL单元自下而上包括底部N型DBR、有源区、掩埋隧穿结和顶部N型DBR；位于下层的VCSEL单元的顶部N型DBR与位于上层的VCSEL单元的底部N型DBR为一体式的共用DBR；与共用DBR相邻的上下两个VCSEL单元的中心波长均位于该共用DBR的阻带范围内，并且位于下层的VCSEL单元的中心波长大于位于上层的VCSEL单元的中心波长。

进一步，所述共用DBR的阻带宽度的计算公式为：

式中： 为阻带宽度； /为折射率差值；/为位于下层的VCSEL单元的中心波长；/为有效折射率；

则共用DBR的阻带范围为 。

进一步，各所述VCSEL单元的中心波长的取值范围为600-2000nm。

进一步，所述衬底为GaAs衬底，位于最下层的VCSEL单元的底部N型DBR、位于最上层的VCSEL单元的顶部N型DBR以及各所述共用DBR均是由Al_xGa_1-xAs/Al_yGa_1-yAs材料周期堆叠组成的反射镜，并且周期数均为20-70。

更进一步，各所述共用DBR的Al_xGa_1-xAs/Al_yGa_1-yAs材料中，x的取值范围为0.8-1，y的取值范围为0-0.2。