一种垂直腔面发射激光器的制作方法

1.本实用新型涉及光电技术领域，特指一种垂直腔面发射激光器。


背景技术：

2.垂直腔面发射激光器（vertical-cavity surface-emitting laser，vcsel）是一种半导体激光器，与一般的激光由边缘射出的边射型激光有所不同，其激光垂直于顶面射出。垂直腔面发射激光器成本相对较低，且性能优异，在光通讯领域、结构光领域具有较大潜力。目前光通信高速vcsel激光器结构设计复杂，限制其高频调制特性的因素很多，关键因素为有源区量子阱内部的载流子与光子的弛豫振荡频率。载流子、光子浓度变低会使弛豫振荡频率达到饱和，从而限制调制带宽的进一步提升。因此，本发明人对此做进一步研究，研发出一种双腔光子补充vcsel结构，将副腔内的光子注入到主腔内，补充主腔因激光输出而损失的光子，从而使得vcsel的调制带宽进一步提升。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种垂直腔面发射激光器，从而进一步提升调制带宽。
4.为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是：
5.一种垂直腔面发射激光器，包括依次由下至上层叠的p型衬底、第一p型dbr层、第一mqw层、n型dbr层、第二mqw层和第二p型dbr层；在第二p型dbr层内形成氧化层，氧化层包括位于未氧化区和位于未氧化区周围的氧化物电流限制区；第一p电极位于第一p型dbr层上或p型衬底上，n-dbr层具有蚀刻形成外露台面，n电极位于n-dbr层的外露台面上，第二p电极位于第二p型dbr层上；还包括分离限制异质结层，在第一p型dbr层与第一mqw层之间，在第一mqw层与n型dbr层之间，在第二mqw层与第二p型dbr层之间，以及在第二mqw层与n型dbr层之间均有分离限制异质结层；第二mqw层的厚度大于第一mqw层的厚度，第一p型dbr层组成的对数大于n型dbr层组成的对数，n型dbr层组成的对数大于第二p型dbr层组成的对数。
6.进一步，第二p型dbr层的透射波长与n型dbr层的透射波长差为1-3nm。
7.进一步，第一mqw层与第二mqw层的材料相同。
8.进一步，第一mqw层与第二mqw层的材料为ingaas。
9.进一步，外露台面的厚度大于等于n型dbr层厚度的三分之二。
10.进一步，第二mqw层的厚度范围为3-6nm。
11.进一步，第一mqw层的厚度范围为1-3nm。
12.进一步，第一p型dbr层组成的对数为42对，n型dbr层组成的对数为36对，第二p型dbr层组成的对数为24对。
13.进一步，第一p型dbr层具有蚀刻形成台面，第一p电极位于台面上。
14.进一步，台面的厚度大于第一p型dbr层厚度的二分之一。
15.采用上述方案后，由于第二mqw层的厚度大于第一mqw层的厚度，两个量子阱光致发光谱中心波长存在一定的差值，副腔量子阱光致发光谱在常温条件下与n型dbr的dip波长保持一致，副腔加电满足在阈值附近就可以为主腔进行光子补充，而主腔的量子阱的光致发光谱的斜率最高处于p型dbr相对反射率低点，以保证较大的微分增益，从而实现较大的调制带宽。通过双腔之间特定的dbr结构（即特定第一p型dbr层、n型dbr层和第二p型dbr层），可以实现激光器的振荡激射。副腔内的光子进入主腔，可以将更多的载流子泵浦到高能级，主腔的阈值电流相应降低，对带宽的提升也同样有着积极作用。
附图说明
16.图1是本实用新型的结构示意图；
17.图2是本实用新型n型dbr层和第二p型dbr层的反射率及主副腔量子阱pl谱对应关系示意图。
18.标号说明
19.p型衬底1
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第一p型dbr层2
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台面21
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第一mqw层3
20.n型dbr层4
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外露台面41
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第二mqw层5
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氧化层6
21.氧化物电流限制区61
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第二p型dbr层7
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分离限制异质结层8
22.第一p电极91
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第二p电极92
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n电极93。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详述。本实用新型所揭示的是一种垂直腔面发射激光器，如图1所示，为本实用新型的较佳实施例，包括依次由下至上层叠的p型衬底1、第一p型dbr层2、第一mqw层3、n型dbr层4、第二mqw层5和第二p型dbr层7。
24.在第二p型dbr层7内形成氧化层6，氧化层6包括位于未氧化区和位于未氧化区周围的氧化物电流限制区61，从而形成氧化孔。第一p电极91位于第一p型dbr层上2或p型衬底1上，n-dbr层4具有蚀刻形成外露台面41，n电极93位于n-dbr层4的外露台面41上，第二p电极92位于第二p型dbr层7上；还包括分离限制异质结层8（简称sch），在第一p型dbr层2与第一mqw层3之间，在第一mqw层3与n型dbr层4之间，在第二mqw层5与第二p型dbr层7之间，以及在第二mqw层5与n型dbr层4之间均有分离限制异质结层8。第二mqw层5及其上下两层的分离限制异质结层8形成主腔，第一mqw层3以及其上下两层的分离限制异质结层8形成副腔。进一步，分离限制异质结层8与第二mqw层5的厚度之和满足半波长，以降低光子寿命。
25.第二mqw层5的厚度大于第一mqw层3的厚度，第一p型dbr层2组成的对数大于n型dbr层4组成的对数，n型dbr层4组成的对数大于第二p型dbr层7组成的对数。如图2所示，在同时加电的条件下，第一mqw层3处于亚阈值状态，增益最大的光子能够获得更多的增益，其产生的光子波长主要集中在λdip2，借由n型dbr层4的反射率低点，波长在λdip2的光子可以进入主腔内，补充主腔内损失的光子；而主腔内产生的光波长λdip1在n型dbr层4的高反射率带，有效光子基本不会进入副腔，可以通过第二p型dbr层7的低反射率带实现激光输出。
26.进一步，第二p型dbr层7的透射波长与n型dbr层4的透射波长差为1-3nm，以保证与n型dbr层4和第二p型dbr层7的反射率曲线相匹配。
27.进一步，第一mqw层3与第二mqw层5的材料相同，在本实施例中，具体为ingaas，以
增加应变，提升带宽。
28.进一步，外露台面41的厚度（如图1中h4所示）大于n型dbr层4厚度（如图1中h3所示）的三分之二，以获得更佳载流子注入的均匀性。
29.进一步，第二mqw层5的厚度范围为3-6nm，第一mqw层3的厚度范围为1-3nm，以保证第一mqw层3与第二mqw层5的pl谱中心存在波长差，便以匹配n型dbr层4和第二p型dbr层7的反射率低值。光致发光光谱（photoluminescence spectroscopy，简称pl谱）。
30.分布式布拉格（distributed bragg reflection，简称dbr）反射镜是垂直腔面发射激光器（vertical-cavity surface-emitting laser，简称vcsel）的重要组成部分。典型的dbr反射镜是由1/4ni波长厚度的高折射率和低折射率材料交替组成（ni是该层的折射率）。其反射率取决于组成对数、边界条件以及折射率差。因此在本实施例中，出射光的波长为850nm，第一p型dbr层组成的对数为42对（即高折射率材料层和低折射率材料层的对数为42对），尽量高的反射率以保证光子有效注入；n型dbr层组成的对数为36对，以保证光子有效注入的同时，对出射光有着较大的反射率，提高发光效率；第二p型dbr层组成的对数为24对，反射率相对较低以及降低光子寿命，以此获得最佳光子注入补充以及发光效率。
31.进一步，第一p型dbr层2具有蚀刻形成台面21，第一p电极9121位于台面上，台面21的厚度（如图1中h2所示）大于第一p型dbr层2厚度（如图1中h1所示）的二分之一，以保证载流子注入的均匀性。
32.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故但凡依本实用新型的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本实用新型专利涵盖的范围之内。