[实用新型]一种近红外VCSEL激光器的外延结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种近红外VCSEL激光器,特别涉及一种近红外VCSEL激光器的外延结构及其制备方法。

背景技术

垂直腔表面发射激光器(VCSEL) 通过布拉格反射器（DBR）形成谐振腔，光从垂直于半导体衬底表面方向出射。相比边发射半导体激光器，VCSEL不存在光学腔面损伤，具有低的阈值电流、动态单模工作、远场发散角小、近圆形光斑和光方向垂直于衬底表面的特性，与光纤耦合效率高，易于集成二维阵列，所以VCSEL在光互联、光通讯、光信号处理以及WDM光纤通讯、神经网络、计算机芯片中有着广泛的应用。基于VCSEL,3D人脸识别、手势识别、虹膜识别、无人驾驶 激光雷达等等许多我们熟悉的应用都能得到实现。对应于上述应用的VCSEL要求具有这样的特征，如高的有源层增益、高辐射功率、高可靠性和受控偏振等。例如，IEEE PHOTONICSTECHNOLOGY LETTERS，1999，Vol.11，No.12，pp.1539-1541(“非专利文献”) 公开一种采用AlGaAs 材料的VCSEL，其辐射功率达到3mW 以上。

一般地，VCSEL由以下几部分组成：衬底、N-DBR、有源区、氧化限制层、P-DBR、欧姆接触层。N-DBR与P-DBR镜面组成了VCSEL激光器的光学谐振腔，有源区为载流子增益介质，通过电泵浦实现VCSEL激光器的连续激射。为了提高激射功率，需要提高DBR的反射率，减小光子的损失；另外，需要减小电流损失，通常的作法是在发光区外采用氢离子注入（inplant工艺），使对激光激射不产生作用的区域无载流子复合。

现有近红外VCSEL激光器的外延结构如图1、2所示，包括包括GaAs衬底01，在GaAs衬底01上依次沉积有GaAs 缓冲层02、N型掺杂的DBR 03、有源层04、氧化限制层05、P型掺杂的DBR 06和欧姆接触层07。如图2所示，其中有源层04由限制层10、波导层11和量子阱12，对称波导层13，对称限制层14组成。其中，量子阱由6组量子垒/阱组成（图示中，向右上方倾斜的是垒层，向左上方倾斜的是阱层），其中In_0.12Ga_0.88As阱层厚度为4nm, Al_0.10Ga_0.90As 垒层厚度为6nm。

采用这种工艺的缺陷是VCSEL光功率比较小，难以满足大部分近红外传感器的应用需求。 导致上述缺陷的原因是上述方法是有源区载流子增益不够大，可能是有源区材料生长质量造成，也可能是有源区MQW结构设计不合理造成。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种能减小载流子的泄漏，增加有源区载流子的增益的近红外VCSEL激光器的外延结构。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种近红外VCSEL激光器的外延结构，包括GaAs衬底，在GaAs衬底上依次沉积有GaAs 缓冲层、N型掺杂的DBR、有源层、氧化限制层、P型掺杂的DBR和欧姆接触层，所述有源层由下向上依次包括限制层，波导层、量子阱、对称波导层和对称限制层，所述量子阱由多组量子阱层组成，相邻两组量子阱层之间设有厚垒层，所述厚垒层的厚度为大于50nm。

优选的，所述厚垒层的厚度为50-100nm。

优选的，所述量子阱内插有1-5层厚垒层。

优选的，所述量子阱中量子阱层的阱厚度为3nm，垒厚度为6nm。