CN110190512A - DBR的制备方法及GaAs基VCSEL - Google Patents

DBR的制备方法及GaAs基VCSEL Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体激光器技术领域，具体公开一种DBR的制备方法及GaAs基VCSEL，其中分布布拉格反射镜的制备方法包括：提供GaAs衬底；依次在所述衬底上交替生长第一折射率层以及第二折射率层；其中，所述第一与第二折射率层的晶格常数与GaAs衬底相同。本发明通过调整折射率层的材质使得两折射率层与衬底的晶格常数相同位于衬底的晶格常数，使得其内部无应力产生，实现无应变分布布拉格反射镜的生长，避免出现晶片翘曲的问题。

Description

DBR的制备方法及GaAs基VCSEL
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种DBR的制备方法及 GaAs基的VCSEL。
背景技术
近年来，垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laster，简称为VCSEL)以其低成本，低驱动电流，低发散角，圆形光束及 输出功率更有效、线宽更窄，可实现一维、二维高密度集成等优点，广泛 应用于自由空间光通讯、光信息处理、全光通信和激光抽运等领域。
在VSCEL中一般采用上下分布布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector，简称为DBR)构成谐振腔。DBR由高低不同折射率的材料以1/4 波长的光学厚度相互交叠组成，对一定波长的光具有很强的反射作用。目 前GaAs基VCSEL的DBR一般由不同Al组分的AlGaAs构成，由于AlGaAs 的晶格常数大于GaAs，造成大尺寸VSCEL晶片中会积累更多的应力，因此 现有的DBR制备方法应用于大尺寸VSCEL中时，更容易出现晶片翘曲的问 题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中的大尺寸VCSEL容易出 现晶片翘曲的缺陷，从而提供DBR的制备方法及GaAs基的VCSEL。
为此，本发明采用了如下技术方案。
本发明提供了一种分布布拉格反射镜的制备方法，包括：
提供GaAs衬底；
在所述衬底上交替生长第一折射率层以及第二折射率层，其中，所述第 一折射率层的晶格常数与所述衬底的晶格常数相同；且所述第二折射率层 的晶格常数与所述衬底的晶格常数相同。
优选地，所述第一折射率层和所述第二折射率层的材料的构成元素相 同。
优选地，所述第一折射率层的材料为AlxGa1-xAsyP1-y。
优选地，所述x的范围为：0<x<0.6，所述y的范围为：0.95<y<1。
优选地，所述第二折射率层的材料为AlaGa1-aAsbP1-b。
优选地，所述a的范围为：0.6<a<1，所述b的范围为0.95<b<1。
优选地，还包括：
在所述衬底上生长缓冲层的步骤；其中，所述缓冲层的材料为GaAs。
本发明提供一种GaAs基垂直腔面发射激光器，包括：
GaAs衬底；
形成在所述衬底上的分布布拉格反射镜；其中，所述分布布拉格反射镜 是根据上述制备方法制备的。本发明技术方案，具有如下优点：
(1)本发明通过调整折射率层的材质使得两个折射率层与衬底的晶格 常数相同位于衬底的晶格常数，使得其内部无应力产生，实现无应变分布 布拉格反射镜的生长，避免出现晶片翘曲的问题。
(2)本发明采用AlGaAsP作为第一、二折射率层的材料，通过分别调 整Al和P的组分比例，使得第一折射率层和第二折射率层与GaAs衬底的 晶格常数相同，从而使得晶格常数适配，避免因晶格失配产生的应力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面 将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显 而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通 技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得 其他的附图。
图1为本发明实施例1-2中分布布拉格反射镜的结构图；
附图标记：
1-衬底；2-缓冲层；3-交替生长的第一折射率层和第二折射率层。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实 施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施 例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附 图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是 指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和 操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第 三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语 “安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接； 可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部 的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人 员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此 之间未构成冲突就可以相互结合。
需要说明的是，本发明实施例中的垂直腔面发射激光器的制备方法中所 述的第一折射率层、第二折射率层的厚度，是根据该分布布拉格反射镜的 工作波长进行实际调整的，不同的工作波长对应于不同的厚度。即，根据 公式d＝λ/4n，在下文实施例1-2的描述中，缓冲层材料均为GaAs，厚度 500nm。同时，关于缓冲层的材料以及厚度也可以根据实际情况进行调整， 在本实施例中并不限于此。
本发明实施例中分布布拉格反射镜的制备方法如下，
S1.提供GaAs衬底；
S2.交替生长N对AlxGa1-xAsyP1-y为材料的第一折射率层，AlaGa1-aAsbP1-b为 材料的第二折射率层。
本发明通过调整折射率层的材质使得两个折射率层与衬底的晶格常数 相同位于衬底的晶格常数，使得其内部无应力产生，实现无应变DBR的生 长，避免出现晶片翘曲的问题。
作为本发明的一种实施方式，在衬底和第一、第二折射率层之间从衬底 外延生长GaAs缓冲层。
实施例1
本实施例提供一种分布布拉格反射镜的制备方法，取x＝0.26，y＝0.99， a＝0.9，b＝0.97，N＝25，使得AlxGa1-xAsyP1-y和AlaGa1-aAsbP1-b的晶格常数都与 GaAs相同，具体如下：
(1)确定各层厚度：
采用椭偏仪测试材料在850nm波长下的折射率，Al0.26Ga0.74As0.99P0.01的折 射率为3.438，Al0.9Ga0.1As0.97P0.03的折射率为3.040，利用公式d＝λ/4n，得 到Al0.26Ga0.74As0.99P0.01的厚度为61.82nm，Al0.9Ga0.1As0.97P0.03的厚度为69.91nm。
(2)生长GaAs衬底的分布布拉格反射镜:
由GaAs衬底依次外延生500nm的GaAs缓冲层、N对交替生长61.82nmAl0.26Ga0.74As0.99P0.01和69.91nm Al0.9Ga0.1As0.97P0.03的DBR层，如图1所示，得 到如下表1结构的分布布拉格反射镜。
表1
实施例2
本实施例提供一种分布布拉格反射镜的制备方法，取x＝0.26，y＝0.99， a＝0.9，b＝0.97，N＝35，使得AlxGa1-xAsyP1-y和AlaGa1-aAsbP1-b的晶格常数都与 GaAs相同，具体如下：
(1)确定各层厚度：
采用椭偏仪测试材料在808nm波长下的折射率，Al0.26Ga0.74As0.99P0.01的折 射率为3.492，Al0.9Ga0.1As0.97P0.03的折射率3.078，利用公式d＝λ/4n，得到 Al0.26Ga0.74As0.99P0.01的厚度为57.85nm，Al0.9Ga0.1As0.97P0.03的厚度为65.63nm。
(2)生长GaAs衬底的分布布拉格反射镜:
由GaAs衬底依次外延生500nm的GaAs缓冲层、35对交替生长57.85nmAl0.26Ga0.74As0.99P0.01和65.63nm Al0.9Ga0.1As0.97P0.03的DBR层，如图1所示，得 到如下表2结构的分布布拉格反射镜。
表2
试验例
将实施例1-2制得的分布布拉格反射镜进行应力测试,测试得到的产品 的曲率，测试结果如表3所示：
表3
曲率
实施例1 43.2km<sup>-1</sup>
实施例2 39.2km<sup>-1</sup>
现有技术的垂直腔面发射激光器的曲率为190km-1左右，由上表可知， 本申请方案制备的分布布拉格反射镜/垂直腔面发射激光器和现有技术相 比曲率明显降低，因此晶片翘曲程度大大降低。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方 式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可 以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予 以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保 护范围之中。

Claims (8)

1.一种分布布拉格反射镜的制备方法，其特征在于，包括：
提供GaAs衬底；
在所述衬底上交替生长第一折射率层以及第二折射率层，其中，所述第一折射率层的晶格常数与所述衬底的晶格常数相同；所述第二折射率层的晶格常数与所述衬底的晶格常数相同。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一折射率层和所述第二折射率层的材料的构成元素相同。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一折射率层的材料为AlxGa1- xAsyP1-y。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述x的范围为：0<x<0.6，所述y的范围为：0.95<y<1。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二折射率层的材料为AlaGa1- aAsbP1-b。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述a的范围为：0.6<a<1，所述b的范围为0.95<b<1。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述衬底上生长缓冲层的步骤；其中，所述缓冲层的材料为GaAs。
8.一种GaAs基垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：
GaAs衬底；
形成在所述衬底上的分布布拉格反射镜；其中，所述分布布拉格反射镜是根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法制备的。
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