CN106785908A - 一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器，属于激光器制备技术领域。该激光器为一种利用具有DBR结构的垂直腔面发射激光器的外延结构从下向上的顺序依次包括衬底、N型掺杂层、N型DBR层、多量子阱层、P型DBR层、光刻胶、Al2O3薄膜层、P型DBR层、P型掺杂GaAs层。本发明中利用侧向外延技术将氧化后应力变得很脆弱的高Al组分AlGaAs外延层换成Al2O3薄膜层，使得此Al2O3层及其上的外延层中变得坚固，不会随着很小的震动或者外力就破裂，从而导致器件失效，另外不会产生As及As2O3等剧毒物质，有利于环境保护。

Description

一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器
技术领域
本发明涉及III-IV族激光器材料制备技术领域，具体为一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器及其制备方法。
背景技术
垂直腔面发射激光器是当前激光技术领域最活跃的研究课题之一，其广泛应用于光通信、红外照明等领域。垂直腔面发射激光器的主要结构包括衬底、N型掺杂层、N型DBR、量子阱层、P型DBR、P型掺杂层。为了将电流和激光限制在很小的孔径之内，在量子阱层和P型DBR之间会生长一层或多层高折射率高Al组分的AlGaAs外延层，Al的组分大于等于0.95，然后利用选择氧化技术将高Al组分的AlGaAs从四周向内氧化成低折射率的Al2O3，中间一定孔径内的AlGaAs不被氧化。由于Al2O3是绝缘材料，故在通电时能将电流限制在中间孔径之内，另外由于Al2O3的折射率小于AlGaAs，故可将光波限制在中间孔径之内，这样，产生的光子就从中间孔径之内激射出去，形成圆形且远场发散角小的激光束。在高Al组分的AlGaAs被氧化成Al2O3的过程中，会产生体积收缩效应，氧化后的外延层会产生空洞，使得氧化层很容易塌陷变形，从而导致器件失效。另外氧化过程中产生的副产物中有剧毒的As、As2O3，不利于环境保护。
选择氧化技术是目前制造垂直腔面发射激光器的关键工艺，其原理是在300℃～500℃温度下，用氮气携带水蒸气经过样品时，高Al组分的AlGaAs和H2O反应会形成透明的自然氧化层。反应生成物包括Al的氧化物Al2O3以及As的化合物AsH3，As2O3等。这些As的化合物易挥发，可以被氮气带出氧化层，经过严格的处理后排放到大气中。由于高Al组分的AlGaAs与H2O反应生成物众多，其氧化过后会在高Al组分的AlGaAs层内形成大量空洞，导致被氧化的AlGaAs层开裂、体积收缩，会影响到整个器件的性能。
发明内容
为解决上述的技术问题，本发明提出一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器及其制备方法，其中，一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器的外延结构从下向上的顺序依次包括：衬底1、N型掺杂层2、N型DBR层3、多量子阱层4、P型DBR层5、光刻胶6、Al2O3薄膜层7、P型DBR层8、P型掺杂GaAs层9。Al2O3薄膜层7利用PECVD等离子体增强化学气相沉积法生长，然后利用光刻及刻蚀技术将Al2O3薄膜层7刻蚀成周向保留中间刻蚀掉的图形，然后利用MOCVD从Al2O3薄膜层7的中间位生长P型DBR层8，直到P型DBR层8盖过Al2O3薄膜层7，然后在P型DBR层8上生长一层P型掺杂GaAs层9。
该激光器的生长方法，包括以下具体步骤：
步骤一，将衬底1依次经过清洗溶液清洗；
步骤二，在衬底1上利用MOCVD技术生长一层N型掺杂的GaAs层2；
步骤三，在N型掺杂的GaAs层2上利用MOCVD技术生长一定对数的N型DBR外延层3；
步骤四，在N型DBR层3上利用MOCVD技术生长一层或多层量子阱层4；
步骤五，在量子阱层4上利用PECVD技术生长一层Al2O3薄膜层5；
步骤六，利用光刻技术在Al2O3薄膜层5的周向上制作光刻胶6；
步骤七，利用刻蚀技术将Al2O3薄膜层刻蚀成光刻胶6的形状即Al2O3薄膜层5的中间被刻蚀，周向依旧为Al2O3的周向Al2O3薄层7；
步骤八，利用二次外延技术从量子阱层4中间位置生长一定对数的P型DBR外延层8，P型DBR外延层8一直生长到并盖过周向Al2O3薄膜层7；
步骤九，在P型DBR层8上再利用MOCVD技术生长一层P型掺杂GaAs层9。
与已公开的技术相比，本发明存在以下优点：本发明中利用二次外延技术将氧化后应力变得很脆弱的高Al组分AlGaAs外延层换成致密的Al2O3薄膜层，使得此Al2O3层及其上的外延层中变得坚固，不会存在通过湿法氧化而导致的影响器件性能的因素，另外不会产生As及As2O3等剧毒物质，有利于环境保护，也不需要复杂的湿法氧化过后含As废弃物的处理系统，有利于节约成本。
附图说明
图1为本发明方法的步骤一-四生长示意图。
图2为本发明方法的步骤五生长示意图。
图3为本发明方法的步骤六生长示意图。
图4为本发明方法的步骤七生长示意图。
图5为本发明方法的步骤八生长示意图。
图6为本发明方法的步骤九生长示意图。
图7为本装置的原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
当给利用上述制备方法做出的激光器加上电流之后，量子阱层4内产生的光子会在N型DBR层3和P型DBR层8之前来回反射，由于Al2O3薄膜层7的折射率小于P型DBR层8，根据光的波导理论及光传输过程中的全反射原理，激光只会限制在Al2O3薄膜层7中间无Al2O3薄膜的位置，最终沿着中间无Al2O3薄膜的位置从上表面激射出去。其原理图如图7所示。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器，其特征在于：该激光器的外延结构从下向上的顺序依次包括：衬底(1)、N型掺杂层(2)、N型DBR层(3)、多量子阱层(4)、P型DBR层(5)、光刻胶(6)、Al2O3薄膜层(7)、P型DBR层(8)、P型掺杂GaAs层(9)；Al2O3薄膜层(7)利用PECVD等离子体增强化学气相沉积法生长，然后利用光刻及刻蚀技术将Al2O3薄膜层(7)刻蚀成周向保留中间刻蚀掉的图形，然后利用MOCVD从Al2O3薄膜层(7)的中间位生长P型DBR层(8)，直到P型DBR层(8)盖过Al2O3薄膜层(7)，然后在P型DBR层(8)上生长一层P型掺杂GaAs层(9)。
2.利用权利要求1所述一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器进行的生长方法，其特征在于：该方法包括以下具体步骤：
步骤一，将衬底(1)依次经过清洗溶液清洗；
步骤二，在衬底(1)上生长一层N型掺杂的GaAs层(2)；
步骤三，在N型掺杂的GaAs层(2)上生长一定对数的N型DBR外延层(3)；
步骤四，在N型DBR层(3)生长一层或多层量子阱层(4)；
步骤五，在量子阱层(4)上生长一层Al2O3薄膜层(5)；
步骤六，利用光刻技术在Al2O3薄膜层(5)的周向上制作光刻胶(6)；
步骤七，利用刻蚀技术将Al2O3薄膜层刻蚀成光刻胶(6)的形状即Al2O3薄膜层(5)的中间被刻蚀，周向依旧为Al2O3的周向Al2O3薄层(7)；
步骤八，利用侧向外延技术从量子阱层(4)中间位置生长一定对数的P型DBR外延层(8)，P型DBR外延层(8)一直生长到并盖过周向Al2O3薄膜层(7)；
步骤九，在P型DBR层(8)上再生长一层P型掺杂GaAs层(9)。
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