[发明专利]一种电流导引型VCSEL及其制备方法

说明书

一种电流导引型VCSEL及其制备方法，属于半导体技术领域。所述的VCSEL包括一导电GaAs衬底、n型GaAs缓冲层、n型AlGaAs/AlAs的DBR、AlGaAs下限制层、多量子阱发光区、AlGaAs上限制层、一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR、质子注入栅格结构、二次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR、p型GaAs欧姆接触层、n面电极和p面电极。所述的质子注入栅格结构包含3‑5对DBR厚度，既能提供有效的电流和增益限制，又能很好的控制质子注入深度；质子注入栅格宽度由中心向两边递减，整体光增益分布与单横模高斯分布相匹配，实现稳定地单横模激射。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及电流导引型VCSEL的制备方法。

背景技术

垂直腔面发射激光器(VCSEL)以其功耗低、易于二维集成、圆形光斑易与光纤耦合、在片测试节省成本等优势，广泛应用于3D感测、激光打印、光通信和光存储等领域。VCSEL一般包括柱状的谐振器结构，其中缓冲层、下DBR、下限制层、量子阱发光层、上限制层、上DBR和欧姆接触层。为了降低阈值电流，采用氧化或质子注入形成电流限制结构。在接触层和衬底被面分别制作电极，电流从电极注入到量子阱发光区，由于电子-空穴复合在量子阱中发光，经上、下DBR反射，从谐振器结构的顶部发射激光。在激光辐射区域中，基横模振荡主要产生在中心区域中，而高阶横模振荡主要产生在周边区域。一般单横模VCSEL主要是氧化限制型VCSEL，然而VCSEL氧化使器件的可靠性下降。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明目的在于提出一种电流导引型VCSEL，实现高功率单横模激光输出。本发明采用的技术方案如下：

一种电流导引型VCSEL，自下而上依次包括一导电GaAs衬底、n型GaAs缓冲层、n型AlGaAs/AlAs的DBR、AlGaAs下限制层、多量子阱发光区、AlGaAs上限制层；在AlGaAs上限制层为一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR和质子注入栅格结构交叉间隔排列组合；在一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR和质子注入栅格结构交叉间隔排列组合上依次为二次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR、p型GaAs欧姆接触层；在导电GaAs衬底的背面设有n面电极，在p型GaAs欧姆接触层上设有p面电极。

一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR和质子注入栅格结构均为圆环结构，上述一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR和质子注入栅格结构交叉间隔排列组合方案中，中心为一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR圆，向外依次为质子注入栅格结构圆环和一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR圆环交叉间隔排列，且最外环为质子注入栅格结构。

一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR：DBR是由3-5对λ₀/4光学厚度的Al_0.12Ga_0.88As/AlAs构成，掺杂浓度为1E18-3E18cm^-3；

上述一次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR和质子注入栅格结构交叉间隔排列组合方案中的质子注入栅格结构，质子注入栅格结构包含3-5对DBR厚度，既能提供有效的电流和增益限制，又能很好的控制质子注入深度；多个质子注入栅格结构的排列，质子注入栅格宽度由中心向两边逐渐递减。

上述方案中，二次外延p型AlGaAs/AlAs的DBR，DBR是由16-18对λ₀/4光学厚度的Al_0.12Ga_0.88As/AlAs构成，掺杂浓度为2E18cm^-3；

本发明还提供了上述一种电流导引型VCSEL的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：