[实用新型]高复合效率的VCSEL芯片

说明书

本实用新型涉及激光芯片技术领域，尤其涉及高复合效率的VCSEL芯片，VCSEL芯片包括衬底、外延层和N‑contact，外延层包括N‑DBR、量子阱、氧化层和P‑DBR，P‑DBR、氧化层、量子阱被蚀刻至N‑DBR表面形成台面，量子阱包括多对量子阱复合层，量子阱复合层包括重叠生长的Al_xGaAs势垒、InGaAs势阱和Al_xGaAs势垒，P‑DBR上划分为中心区域、中间区域和边缘区域，中心区域为出光孔，P‑DBR上于中心区域对应位置生长有第一SiNx层，P‑DBR上于中间区域对应位置蒸镀有P‑contact，P‑DBR上于边缘区域对应位置生长有第二SiNx层。本实用新型的VCSEL芯片中的量子阱中的势垒具有较高的禁带宽度，容易达到晶格匹配，使得更多的电子被集中束缚在量子阱中，增大激发概率，提高复合效率，从而达到更高效率的受激辐射。

技术领域

本实用新型涉及激光芯片技术领域，尤其涉及高复合效率的VCSEL芯片。

背景技术

垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)芯片，又称VCSEL芯片或垂直共振腔面射型激光芯片，是以砷化镓半导体材料为基础的激光发射芯片，其激光垂直于顶面射出，与一般用切开的独立芯片制程，激光由边缘射出的边射型激光有所不同。VCSEL芯片具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，广泛应用与光通信、光互连、光存储等领域。

一个激光谐振器是由两面分散式布拉格反射器(DBR)平行于一个芯片主动反应区表面，此反应区是由一到数个量子阱(MQW)所构成，使激光光带存在于其中。一个平面的DBR是由几层不同高低折射率的透镜所组成。每层透镜的厚度为四分之一的激光波长，并给予超过99％的反射强度。为了平衡在VCSEL中增益区域的短轴长，高反射率的透镜是必要的。在一般的VCSEL中，较高和较低的两个透镜分别镀上了p型材料和n型材料，形成一个接面二极管。在较为复杂的结构中，p型和n型区域可能会埋在透镜中，使较复杂的半导体在反应区上加工做电路的连接，并除去在DBR结构中电子能量的耗损。

现有技术中的一种VCSEL芯片的剖面结构参考图如图1所示，主要包括砷化镓衬底10和位于砷化镓衬底10上依次层叠的N型DBR 20(Distributed Bragg Reflection，分布式布拉格反射镜)、量子阱层30、限制层40、P型DBR 50、砷化镓接触层60和电极结构70，其中，限制层40包括导电结构41和位于导电结构41两侧的氧化结构42，以起到汇聚电流，从而形成大电流注入量子阱层30中激发激光的目的；电极结构70包括第一电极71和第二电极72，第一电极71和第二电极72分别位于砷化镓接触层60的两端，第一电极71和第二电极72之间的区域是VCSEL芯片的出光区域。

VCSEL作为一种半导体激光器，激发半导体的电子由价带跳到导带，当电子由导带跳回价带时，将能量以光能的形式释放出来。而现有技术的VCSEL芯片中的量子阱大多搭配为InGaAs/GaAs分别作为势阱和势垒，决定同一级数量的MQW复合效率的调配基本只受到GaAs势垒的影响，所以现有技术中的量子阱设计复合效率较低，受激辐射率一直不高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供高复合效率的VCSEL芯片，制造得到的VCSEL芯片中的量子阱中的势垒具有较高的禁带宽度，容易达到晶格匹配，使得更多的电子被集中束缚在量子阱中，增大激发概率，提高复合效率，从而达到更高效率的受激辐射。

本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题：