CN108110615A - 一种小孔径垂直腔半导体激光器结构 - Google Patents

一种小孔径垂直腔半导体激光器结构 Download PDF

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王阳
房天啸
郝帅
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Abstract

一种小孔径垂直腔半导体激光器结构涉及半导体光电子学技术领域。这种小孔径的垂直腔半导体激光器结构，包括衬底上的N面电极、N型DBR、有源区、P型DBR、SiO2层、ZnO透明电极和P面电极，实现了小出光孔径。解决了传统垂直腔半导体激光器以氧化物限制难以实现小出光孔径的问题。该发明在ZnO透明电极的作用下能够达到亚微米的出光孔径，以实现亚波长出光的目的，而且工艺容易实现，操作简单，成为小型化、效率高、可携带和节能环保的新型光源。

Description

一种小孔径垂直腔半导体激光器结构
技术领域
本发明涉及的是半导体光电子学技术领域，具体涉及一种小孔径垂直腔半导体激光器结构。
背景技术
目前对于垂直腔半导体发射激光器系统中，大部分通过氧化物限制来达到控制出光孔径大小的目的，但是传统的通过氧化物限制来达到控制出光孔径的方法，在实际操作中很难将发光孔经控制的特别小，工艺难度太大，然而在实际应用在，对于很多特殊的实例比如3D相机等应用来说，考虑到人眼安全，垂直腔半导体发射激光器的输出功率需要非常小，对应的出光孔径就应该在亚微米级，为了解决这一难题，提出一种小孔径垂直腔半导体激光器结构，在SiO2层光刻出适当的孔径用来制作ZnO透明电极，代替了氧化物限制控制发光孔经，能够实现小出光孔径。现有的应用中有很多使用的是ITO透明电极，但是ITO透明电极有很多缺点，比如化学性质不稳定、热稳定性底、有毒、材料稀有和花费昂贵等，而用ZnO来制作透明电极相对于来说就拥有很多优势，例如电极均匀性好、电流注入均匀、热稳定性好、结温低、材料常见和花费低等。
发明内容
本发明克服了传统垂直腔半导体发射激光器以氧化物限制难以制作小发光孔经的困难，解决了垂直腔半导体激光器应用于3D相机等方面输出功率大以及对人眼安全不达标等问题，所提出的一种利用ZnO制作透明电极的小孔径垂直腔半导体激光器结构。
一种利用ZnO制作透明电极的垂直腔面发射激光器结构，其特征在于：包括衬底上的N面电极(1)、N型DBR(2)、有源区(3)、P型DBR(4)、SiO2层(5)和出光处的代替增透膜和电极的ZnO透明电极(6)和P面电极(7)。
在衬底上的N面电极(1)上，从底端A开始依次为N型DBR(2)、有源区(3)、P型DBR(4)、SiO2层(5)和出光处的ZnO透明电极(6)P面电极(7)。
在ZnO透明电极(6)出光处对应的端面B处无增透膜；衬底(1)端面A和端面B相对。出光经过ZnO透明电极(6)后，出射光必须在端面B上。出光处的ZnO透明电极(6)的大小为亚微米级。
SiO2层(5)为绝缘层，光刻后留出亚波长的孔径用于制作透明电极，最终达到实现小出光孔径的作用。
N型DBR和P型DBR实现对中心波长的反射以及选择。
在ZnO透明电极(6)上溅射金属电极。
本发明的优势是：不需要在有源区内制作氧化物限制孔径，通过ZnO透明电极实现小发光孔经，进而达到非常小的输出功率。其意义不仅仅在于会有极好的应用前景和巨大的市场，带来的节能环保效应也将推动绿色科技的发展和可持续发展战略的实现。
附图说明
图1为本发明型的ZnO透明电极垂直腔面发射激光器激光器侧面结构图；
图2为本发明型设计平面俯视结构图；
图中，1N面电极、2N型DBR、3有源区、4P型DBR、5SiO2层、6ZnO透明电极、7P面电极。
具体实施方式
结合附图对本发明型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明型的范围。
实施例1
本发明型制备垂直腔半导体激光器所需的芯片，即外延片是在N型GaAs衬底上利用低压金属有机物化学气相沉积的方法生长的。垂直腔半导体激光器芯片的生长包括39.5对Al0.9Ga0.1As的N面DBR、有源区内量子阱的势阱材料为In0.075Ga0.925As,阱宽为5nm，势垒材料为Al0.35Ga0.65As，垒宽为10nm，量子阱的个数为3个、23对Al0.8Ga0.2As的P面DBR。
垂直腔面发射激光器芯片的SiO2层的厚度应为出射波长的1/4，SiO2层中间刻蚀出用于制作透明电极的窗口。
垂直腔半导体激光器芯片的ZnO透明电极的尺寸即为出光孔径的尺寸，实现了亚波长出光孔径，使得其输出功率非常小，达到了人眼安全的要求。
正面电极为背面电极为
以上所述仅为本发明型的较佳实施例，并不用以限制本发明型，凡在本发明型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种小孔径垂直腔半导体激光器结构，其特征在于：包括衬底上的N面电极(1)、N型DBR(2)、有源区(3)、P型DBR(4)、SiO2层(5)、出光处的ZnO透明电极(6)和P面电极(7)；出光处的ZnO透明电极(6)的大小为亚微米级；
在ZnO透明电极(6)出光处对应的端面B没有增透膜；衬底上的N面电极(1)端面A和端面B相对；出光经过ZnO透明电极(6)后，出射光必须在端面B上。
2.按照权利要求1所述的一种小孔径垂直腔半导体激光器结构，其特征在于：SiO2层(5)为绝缘层，光刻后留出亚波长的孔径用于制作透明电极。
3.按照权利要求1所述的一种小孔径垂直腔半导体激光器结构，其特征在于：在ZnO透明电极(6)上需要溅射金属电极。
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