高速垂直腔面发射激光器及具有其的电子设备、制造方法与流程

1.本公开一般涉及光电器件技术领域，具体涉及一种高速垂直腔面发射激光器及具有其的电子设备、制造方法。


背景技术：

2.垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser，vcsel)因具有体积小、功耗低、易集成、调制速率高和圆形光束输出等诸多优势，可广泛应用于光通信、3d传感和激光雷达等领域。
3.由于vcsel的氧化限制层中氧化孔径形状会影响激光器的模式，并进一步影响相对强度噪声(relative intensity noise，rin)和均方根谱宽(root mean square，rms)等重要特性。目前，相关技术中vcsel的氧化孔径形状通常为圆形，具有极高的旋转对称性，这就造成在同一频点上容易出现两个甚至多个简并模式，而简并模式之间会存在模式竞争现象，导致模式分配噪声(mode partition noise，mpn)增加，进而引起rin增加，同时使得rin和rms一致性变差，因此会导致通信系统的误码率(biterrorratio，ber)提升，严重影响通信质量。


技术实现要素：

4.鉴于相关技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种高速垂直腔面发射激光器及具有其的电子设备、制造方法，能够减小激光器的相对强度噪声，同时提高相对强度噪声和均方根谱宽的一致性，从而解决因相对强度噪声和色散过大而导致误码率增加的问题，提升通信质量。
5.第一方面，本公开提供一种高速垂直腔面发射激光器，所述高速垂直腔面发射激光器包括衬底层、第一电极层、第一反射器层、有源层、氧化限制层、第二反射器层和第二电极层，其中所述氧化限制层的氧化孔径形状为具有非完全对称性的多边形。
6.可选地，在本公开一些实施例中，所述氧化孔径设置在所述氧化限制层的中间位置。
7.可选地，在本公开一些实施例中，所述第一电极层处于所述衬底层的下方，所述第一反射器层、所述有源层、所述氧化限制层、所述第二反射器层和所述第二电极层依次堆叠在所述衬底层的上方。
8.可选地，在本公开一些实施例中，所述第一反射器层和所述第二反射器层包括布拉格反射器层和高对比度光栅层中的至少一种。
9.可选地，在本公开一些实施例中，所述第一电极层和所述第二电极层包括n型电极层和p型电极层中的任意一种。
10.可选地，在本公开一些实施例中，所述有源层包括单量子阱层和多量子阱层中的任意一种。
11.第二方面，本公开提供一种电子设备，所述电子设备包括第一方面中任意一项所
述的高速垂直腔面发射激光器。
12.第三方面，本公开提供一种高速垂直腔面发射激光器的制造方法，所述方法应用于第一方面中任意一项所述的高速垂直腔面发射激光器，所述方法包括：
13.提供所述衬底层，并在所述衬底层上方依次形成所述第一反射器层、所述有源层、所述氧化限制层和所述第二反射器层；
14.设置多个trench，并通过刻蚀使所述氧化限制层裸露，以对所述氧化限制层进行部分氧化，获得所述具有非完全对称性的多边形氧化孔径；
15.对刻蚀后的trench进行金属填充，并在所述衬底层下方形成所述第一电极层以及在所述第二反射器层上方形成所述第二电极层。
16.可选地，在本公开一些实施例中，各所述trench之间的距离相等或者不等。
17.从以上技术方案可以看出，本公开实施例具有以下优点：
18.本公开实施例提供了一种高速垂直腔面发射激光器及具有其的电子设备、制造方法，通过将高速垂直腔面发射激光器的氧化限制层中氧化孔径形状设置为具有非完全对称性的多边形，打破了圆形氧化孔径模式分布的旋转对称性，减小了同一频点上多个简并模式的产生，进而能够减小激光器的相对强度噪声，同时提高相对强度噪声和均方根谱宽的一致性，极大地提升了通信质量。
附图说明
19.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
20.图1为本公开实施例提供的一种高速垂直腔面发射激光器的剖面结构示意图；
21.图2为一种相关技术的圆形氧化孔径高速vcsel的氧化孔径区域俯视图及对应光谱模式分布图；
22.图3为本公开实施例提供的一种具有非完全对称性的五边形氧化孔径高速vcsel的氧化孔径区域俯视图及对应光谱模式分布图；
23.图4为一种相关技术的圆形氧化孔径高速vcsel和本公开实施例提供的一种具有非完全对称性的五边形氧化孔径高速vcsel的rin箱线图对比示意；
24.图5为一种相关技术的圆形氧化孔径高速vcsel和本公开实施例提供的一种具有非完全对称性的五边形氧化孔径高速vcsel的rms箱线图对比示意；
25.图6为本公开实施例提供的一种电子设备的结构框图；
26.图7为本公开实施例提供的一种高速垂直腔面发射激光器的制造方法的基本流程示意图；
27.图8为本公开实施例提供的高速vcsel部分氧化孔径形状的俯视图及对应近场光斑图。
28.附图标记：
29.100-高速垂直腔面发射激光器，101-衬底层，102-第一电极层，103-第一反射器层，104-有源层，105-氧化限制层，1051-氧化孔径，106-第二反射器层，107-第二电极层，200-电子设备。
grating，hcg)层中的至少一种。也就是说，第一反射器层103和第二反射器层106均为布拉格反射器，或者第一反射器层103和第二反射器层106均为高对比度光栅，再或者第一反射器层103和第二反射器层106中的一个为布拉格反射器，另一个为高对比度光栅。
39.可选地，本公开实施例中第一电极层102和第二电极层107可以包括n型电极层和p型电极层中的任意一种。
40.可选地，本公开实施例中有源层104可以包括单量子阱层和多量子阱(multiple quantum well，mqw)层中的任意一种，用于在通电情况下进行发光。
41.本公开实施例提供了一种高速垂直腔面发射激光器，通过将高速垂直腔面发射激光器的氧化限制层中氧化孔径形状设置为具有非完全对称性的多边形，打破了圆形氧化孔径模式分布的旋转对称性，减小了同一频点上多个简并模式的产生，进而能够减小激光器的相对强度噪声，同时提高相对强度噪声和均方根谱宽的一致性，极大地提升了通信质量。
42.基于前述实施例，请参考图6，其为本公开实施例提供的一种电子设备的结构框图。其中，该电子设备200包括图1～图5对应实施例的高速垂直腔面发射激光器100。比如，该电子设备200可以包括但不限于光模块和集成光电子芯片等。
43.本公开实施例提供了一种电子设备，由于该电子设备的高速垂直腔面发射激光器通过将氧化限制层中氧化孔径形状设置为具有非完全对称性的多边形，打破了圆形氧化孔径模式分布的旋转对称性，减小了同一频点上多个简并模式的产生，进而能够减小激光器的相对强度噪声，同时提高相对强度噪声和均方根谱宽的一致性，极大地提升了通信质量。
44.基于前述实施例，请参考图7，其为本公开实施例提供的一种高速垂直腔面发射激光器的制造方法的基本流程示意图。该方法可以应用于图1～图5对应实施例的高速垂直腔面发射激光器100，具体包括如下步骤：
45.s101，提供衬底层，并在衬底层上方依次形成第一反射器层、有源层、氧化限制层和第二反射器层。
46.示例性地，以图1所示结构为例，采用金属有机物化学气相沉积(metal organic chemical vapor deposition，mocvd)或者分子束外延(molecular beam epitaxy，mbe)等技术在衬底层101上周期交替生长形成第一反射器层103、有源层104、al
0.98
ga
0.02
as高铝组分的氧化限制层105和周期交替生长形成第二反射器层106。
47.s102，设置多个trench，并通过刻蚀使氧化限制层裸露，以对氧化限制层进行部分氧化，获得具有非完全对称性的多边形氧化孔径。
48.示例性地，本公开实施例可以设置五个等间距或者非等间距的trench，即各trench之间的距离相等或者不等。光刻之后获得trench图形，并通过感应耦合等离子体(inductively coupled plasma，icp)刻蚀，使得al
0.98
ga
0.02
as高铝组分的氧化限制层105裸露，再通过湿法氧化方式获得具有非完全对称性的五边形氧化孔径，其中氧化孔径1051设置在al
0.98
ga
0.02
as高铝组分的氧化限制层105的中间位置。如图8所示，其为本公开实施例提供的高速vcsel部分氧化孔径形状的俯视图及对应近场(near field，nf)光斑图，本公开实施例通过对trench位置进行不同设定，可以得到不同形状的五边形氧化孔径，同时通过五个trench的氧化方式，能够提升高速垂直腔面发射激光器100的稳定性和可靠性。
49.s103，对刻蚀后的trench进行金属填充，并在衬底层下方形成第一电极层以及在第二反射器层上方形成第二电极层。
50.示例性地，本公开实施例通过磁控溅射方式对trench进行金属填充，并通过电极蒸镀工艺获得第一电极层102对应的n型金属电极，以及通过磁控溅射方式和剥离工艺获得第二电极层106对应的p型金属电极，再将镀好电极的激光器放入快速退火炉进行退火以达到合金的目的，使得电极与半导体材料之间能够形成良好的欧姆接触，提高器件的电学特性，由此得到如图1所示的高速垂直腔面发射激光器100。
51.需要说明的是，本实施例中与其它实施例中相同步骤和相同内容的说明，可以参照其它实施例中的描述，此处不再赘述。
52.本公开实施例提供了一种垂直腔面发射激光器的制造方法，通过将高速垂直腔面发射激光器的氧化限制层中氧化孔径形状设置为具有非完全对称性的多边形，打破了圆形氧化孔径模式分布的旋转对称性，减小了同一频点上多个简并模式的产生，进而能够减小激光器的相对强度噪声，同时提高相对强度噪声和均方根谱宽的一致性，极大地提升了通信质量。
53.以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围。