CN112615256B - 一种垂直腔面发射激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂直腔面发射激光器，包括依次层叠的N电极、衬底、第二氧化层、N型DBR层、MQW层、第一氧化层、P型DBR层、P型接触层和P电极，第一氧化层包括第一未氧化区和位于第一未氧化区周围的第一氧化物限制区，第二氧化层包括第二未氧化区和位于第二未氧化区周围的第二氧化物限制区，第二未氧化区的孔径小于第一未氧化区的孔径，第一未氧化区的孔径小于或等于由P电极所形成光窗的孔径。本发明不仅可以改善光斑模态，而且还可以减少散热负担。

Description

一种垂直腔面发射激光器
技术领域
本发明涉及光电技术领域，特指一种垂直腔面发射激光器。
背景技术
垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简称VCSEL），又可以称为垂直共振腔面射型激光，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。
因此，目前的VCSEL结构大都采用在P型DBR层成长氧化层，以达到电流局限的效果，如图1所示，一般垂直腔面发射激光器，包括依次层叠的N电极7、衬底6、N型DBR层5、MQW层（多量子阱层）4、第一氧化层31、P型DBR层3、P型接触层2和P电极1，其中，第一氧化层31位于P型DBR层3与MQW层4之间，第一氧化层31包括第一未氧化区311和位于第一未氧化区311周围的第一氧化物限制区312。第一未氧化区311的孔径小于由P电极1所形成光窗的孔径。
如图1所示，因氧化物限制区312对DBR层的破坏，使得第一未氧化区311（即电流注入孔径）。当激光器工作时，由于电流分布的关系，第一氧化物限制区312边缘（靠近第一未氧化区311的一侧）的电流密度最高，造成出第一未氧化区311内电流密度不均，电流分布不均又会影响VCSEL光斑模态，即donut- shaped transverse mode（环状光斑模态），无法得到理想的高斯模态，其激光的横向模态如A曲线所示，其光斑显示如图4中（a）图所示。虽然可以用缩小出氧化孔径的方式来改善，但是，也会造成电流密度上升，增加散热负担。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种垂直腔面发射激光器，不仅可以改善光斑模态，而且还可以减少散热负担。
为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：
一种垂直腔面发射激光器，包括依次层叠的N电极、衬底、第二氧化层、N型DBR层、MQW层、第一氧化层、P型DBR层、P型接触层和P电极，第一氧化层包括第一未氧化区和位于第一未氧化区周围的第一氧化物限制区，第二氧化层包括第二未氧化区和位于第二未氧化区周围的第二氧化物限制区，第二未氧化区的孔径小于第一未氧化区的孔径，第一未氧化区的孔径小于或等于由P电极所形成光窗的孔径。
进一步，第二未氧化区的孔径为3-9nm。
进一步，第一未氧化区的孔径为6-12nm。
进一步，由P电极所形成光窗的孔径为8-14nm。
进一步，第二氧化层的厚度为10-30nm。
进一步，第一氧化层中Al离子的含量小于第二氧化层中Al离子的含量。
进一步，还包括第三氧化层，第三氧化层位于N型DBR层和MQW层之间，第三氧化层包括第三未氧化区和位于第三未氧化区周围的第三氧化物限制区，第三未氧化区的孔径小于第一未氧化区的孔径，第三未氧化区的孔径大于第二未氧化区的孔径。
进一步，还包括第四氧化层，第四氧化层位于P型DBR层和P型接触层之间，第四氧化层包括第四未氧化区和位于第四未氧化区周围的第四氧化物限制区，第四未氧化区的孔径大于第一未氧化区的孔径。
本发明在N型DBR层设有第二氧化层，使得第二未氧化区的孔径小于第一未氧化区的孔径，改善了光斑模态，提高了器件的电性；同时，因第二氧化层与衬底接触，更加接近衬底背面的金属层，能有效提高N型DBR层的散热效果，提升激光器稳定性。
附图说明
图1是现有激光器的结构示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明另一实施例的结构示意图；
图4是现有激光器和本发明激光器的光斑对比图。
标号说明
P电极1 光窗11 P型接触层2 P型DBR层3
第一氧化层31 第一未氧化区311 第一氧化物限制区312
第四未氧化区321 第四氧化物限制区322 MQW层4
N型DBR层5 第二氧化层51 第二未氧化区511
第二氧化物限制区512 第三氧化层52 第三未氧化区521
第三氧化物限制区522 衬底6 N电极7。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述，不能理解为对本发明的限制。
本发明所揭示的是一种垂直腔面发射激光器，如图2所示，为本发明的较佳实施例，包括依次层叠的N电极7、衬底6、第二氧化层51、N型DBR层5、MQW层4、第一氧化层31、P型DBR层3、P型接触层2和P电极1。
第一氧化层31包括第一未氧化区311和位于第一未氧化区周围311的第一氧化物限制区312。第二氧化层51包括第二未氧化区511和位于第二未氧化区511周围的第二氧化物限制区512；第二未氧化区511的孔径f小于第一未氧化区311的孔径e，第一未氧化区311的孔径e小于由P电极1所形成光窗11的孔径g，或者，第一未氧化区311的孔径e等于由P电极1所形成光窗11的孔径g。在本实施例中，第一未氧化区311和第二未氧化区511是圆形区域，当然，还可以是方形区域等其他形状。
在本实施例中，第二氧化层51的厚度为20 nm，第二未氧化区511的孔径f为6 nm，第一未氧化区311的孔径e为8 nm，由P电极所形成光窗11的孔径g为12nm。
当激光器工作时，由于第二氧化层51的第二氧化物限制区512破坏了原有的N型DBR，激光在第二未氧化区511的N型DBR中进行光反射，而覆盖在第二氧化物限制区512上的N型DBR在光反射时，效果明显变弱（与现有技术中未设有第二氧化物限制区512的N型DBR相比），其激光的横向模态如B曲线所示，其光斑显示如图4中（b）图所示。
从（a）图和（b）图两者的对比图可以很明显看出，现有技术的激光器由于电流分布不均的关系，其光窗外围的电流密度较中心高，造成光窗外围的光强度较强，无法呈现理想的高斯模态分布，现有技术的光斑具有双模态，接近圆环。而本发明的结构抑制了光窗外围出光强度，因此光斑将更为接近理想的高斯模态分布，本发明的光斑接近圆。
进一步，第二未氧化区511的孔径f为3-9nm。
进一步，第一未氧化区311的孔径e为6-12nm。
进一步，由P电极所形成光窗11的孔径g为8-14nm。
进一步，第二氧化层511的厚度为10-30nm。
进一步，第一氧化层31中Al离子的含量小于第二氧化层51中Al离子的含量。以便在氧化DBR层时，更容易使得第二未氧化区511的孔径小于第一未氧化区311的孔径。
如图3所示，为本发明另一实施例，包括依次层叠的N电极7、衬底6、N型DBR层5、MQW层4、P型DBR层3、P型接触层2和P电极1。
还包括第一氧化层31和第四氧化层32，第四氧化层32位于P型DBR层3和P型接触层2之间，第一氧化层31位于P型DBR层3和MQW层4之间，第一氧化层31包括第一未氧化区311和位于第一未氧化区311周围的第一氧化物限制区312，第四氧化层32与P型接触层2接触，第四氧化层32包括第四未氧化区321和位于第四未氧化区321周围的第四氧化物限制区322，第四未氧化区321的孔径大于第一未氧化区311的孔径。
还包括第二氧化层51和第三氧化层52，第三氧化层52位于N型DBR层5和MQW层4之间，第二氧化层51位于N型DBR层5和衬底6之间，第二氧化层51包括第二未氧化区511和位于第二未氧化区511周围的第二氧化物限制区512；第二未氧化区511的孔径小于第一未氧化区311的孔径。第三氧化层52与MQW层4接触，第三氧化层52包括第三未氧化区521和位于第三未氧化区521周围的第三氧化物限制区522，第三未氧化区521的孔径小于第一未氧化区311的孔径，第三未氧化区521的孔径大于第二未氧化区511的孔径。
在本实施例中，第二未氧化区511的孔径为3nm，第三未氧化区521的孔径为5nm，第四未氧化区321的孔径为8nm，第一未氧化区311的孔径为12nm，由P电极所形成光窗11的孔径为14nm。这样，从图3中可以明显看出，四个氧化孔径的截面形成了一个倒梯形的导电区域，可以对发光层MQW层4出射的光有聚拢的效果，同时也具有限制了电流的效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于：包括依次层叠的N电极、衬底、第二氧化层、N型DBR层、MQW层、第一氧化层、P型DBR层、P型接触层和P电极，第一氧化层包括第一未氧化区和位于第一未氧化区周围的第一氧化物限制区，第二氧化层包括第二未氧化区和位于第二未氧化区周围的第二氧化物限制区，第二未氧化区的孔径小于第一未氧化区的孔径，第一未氧化区的孔径小于或等于由P电极所形成光窗的孔径。
2.根据权利要求1所述的一种垂直腔面发射激光器，其特征在于：第二未氧化区的孔径为3-9nm。
3.根据权利要求1所述的一种垂直腔面发射激光器，其特征在于：第一未氧化区的孔径为6-12nm。
4.根据权利要求1所述的一种垂直腔面发射激光器，其特征在于：由P电极所形成光窗的孔径为8-14nm。
5.根据权利要求1所述的一种垂直腔面发射激光器，其特征在于：第二氧化层的厚度为10-30nm。
6.根据权利要求1所述的一种垂直腔面发射激光器，其特征在于：第一氧化层中Al离子的含量小于第二氧化层中Al离子的含量。
7.根据权利要求1所述的一种垂直腔面发射激光器，其特征在于：还包括第三氧化层，第三氧化层位于N型DBR层和MQW层之间，第三氧化层包括第三未氧化区和位于第三未氧化区周围的第三氧化物限制区，第三未氧化区的孔径小于第一未氧化区的孔径，第三未氧化区的孔径大于第二未氧化区的孔径。
8.根据权利要求1所述的一种垂直腔面发射激光器，其特征在于：还包括第四氧化层，第四氧化层位于P型DBR层和P型接触层之间，第四氧化层包括第四未氧化区和位于第四未氧化区周围的第四氧化物限制区，第四未氧化区的孔径大于第一未氧化区的孔径。
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