CN112993752B - 垂直腔面发射激光器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂直腔面发射激光器及其制备方法。垂直腔面发射激光器包括：衬底；第一反射层，覆盖衬底；有源层，位于第一反射层远离衬底的一侧；第二反射层，位于有源层远离第一反射层的一侧；第一氧化层，位于第二反射层内沿第一方向相对的两侧；电极金属层，位于第二反射层远离有源层的一侧，且与第一氧化层对应；第二反射层内还设置有第一离子注入层；沿第一方向和第二方向，第一离子注入层均延伸至第二反射层的边界；沿第三方向，第一离子注入层与第二反射层的边界不接触；其中，第二方向为垂直于衬底的方向，第一方向与第三方向相交且均与第二方向垂直。本发明实施例能够提高垂直腔面发射激光器的调制频率。

Description

垂直腔面发射激光器及其制备方法
技术领域
本发明实施例涉及激光器技术领域，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器及其制备方法。
背景技术
进入信息时代以后，互联网的迅猛发展极大地带动了高速数据通信的需求，同时也对高速数据传输系统提出了更高的要求，例如实现更宽的带宽，更小的功耗等。因此，建立高宽带、低功耗的数据通信是未来高速数据通信发展的必然趋势。
目前主流的高速通信主要采用垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL）作为光源，主要得益于垂直腔面发射激光器的高调制速率、易于和光纤实现耦合的圆形光斑、传输损耗低、高温度稳定性、低阈值电流、功耗低、可靠性好、易于和其他光器件集成等优势。
然而，现有的垂直腔面发射激光器调制频率较低，限制了垂直腔面发射激光器的进一步应用。
发明内容
本发明提供一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，以提高垂直腔面发射激光器的调制频率。
第一方面，本发明实施例提供了一种垂直腔面发射激光器，包括：衬底；第一反射层，覆盖所述衬底；有源层，位于所述第一反射层远离所述衬底的一侧；第二反射层，位于所述有源层远离所述第一反射层的一侧；第一氧化层，位于所述第二反射层内沿第一方向相对的两侧；电极金属层，位于所述第二反射层远离所述有源层的一侧，且与所述第一氧化层对应；所述第二反射层内还设置有第一离子注入层；沿第一方向和第二方向，所述第一离子注入层均延伸至所述第二反射层的边界；沿第三方向，所述第一离子注入层与所述第二反射层的边界不接触；沿所述第二方向，所述第一离子注入层的投影与所述电极金属层的投影不交叠；其中，所述第二方向为垂直于所述衬底的方向，所述第一方向与所述第三方向相交且均与所述第二方向垂直。
可选地，沿所述第三方向，所述第二反射层内设置有相对的两个第一离子注入层，沿所述第二方向，所述电极金属层的投影位于所述两个第一离子注入层的投影之间；所述第二反射层包括位于所述两个第一离子注入层之间的第一子反射层和位于所述两个第一离子注入层之外的第二子反射层。
可选地，所述第二反射层内还设置有与所述第一氧化层对应的第二离子注入层；沿所述第二方向，所述第二离子注入层的投影位于所述第一离子注入层的投影之间，且位于所述第一氧化层的投影内；所述第二离子注入层与所述有源层接触，且所述第二离子注入层与所述电极金属层不接触。
可选地，所述第二子反射层为慢光波导。
可选地，所述第二子反射层为布拉格反射层，且所述第二子反射层的有效腔长大于所述第一子反射层的有效腔长。
可选地，沿所述第三方向，所述第二反射层的侧壁设有第二沟道。
可选地，沿所述第三方向，所述第二反射层的侧壁设有第一光栅或者增反膜。
可选地，所述垂直腔面发射激光器还包括第二光栅，所述第二光栅覆盖所述第二子反射层。
可选地，所述垂直腔面发射激光器还包括第三光栅，所述第三光栅覆盖所述第一子反射层。
可选地，沿所述第三方向，所述第二反射层内设置有第一离子注入层及与所述第一离子注入层相对的第二氧化层，其中，所述第二氧化层及所述第一氧化层为一体结构。
第二方面，本发明实施例还提供了一种垂直腔面发射激光器的制备方法，包括：
提供衬底；
形成覆盖所述衬底的第一反射层；
形成覆盖所述第一反射层的有源层；
形成覆盖所述有源层的第二反射层，其中，所述第二反射层内设置有高铝组分层，所述高铝组分层位于所述第二反射层内沿第一方向相对的两侧；
将所述高铝组分层氧化为第一氧化层；
对所述第二反射层进行离子注入以形成第一离子注入层，其中，沿第一方向和第二方向，所述第一离子注入层均延伸至所述第二反射层的边界；沿第三方向，所述第一离子注入层与所述第二反射层的边界不接触；所述第二方向为垂直于所述衬底的方向，所述第一方向与所述第三方向相交且均与所述第二方向垂直；
形成电极金属层，所述电极金属层位于所述第二反射层远离所述有源层的一侧，且与所述第一氧化层对应；沿所述第二方向，所述第一离子注入层的投影与所述电极金属层的投影不交叠。
本发明实施例的技术方案，采用的垂直腔面发射激光器包括：衬底；第一反射层，覆盖衬底；有源层，位于第一反射层远离衬底的一侧；第二反射层，位于有源层远离第一反射层的一侧；第一氧化层，位于第二反射层内沿第一方向相对的两侧；电极金属层，位于第二反射层远离有源层的一侧，且与第一氧化层对应；第二反射层内还设置有第一离子注入层；沿第一方向和第二方向，第一离子注入层均延伸至第二反射层的边界；沿第三方向，第一离子注入层与第二反射层的边界不接触；沿第二方向，第一离子注入层的投影与电极金属层的投影不交叠；其中，第二方向为垂直于衬底的方向，第一方向与第三方向相交且均与所述第二方向垂直。第一离子注入层将垂直腔面发射激光器分割为水平谐振区域和发光孔区域，电极金属层注入的电流只能注入到发光孔区域内，从而只有发光孔区域内能够产生光子，并且在发光孔区域内的部分光子由于具有水平方向的传输函数，从而通过第一离子注入层渗透进入水平谐振区域，该部分光子被第二反射层的侧壁反射重新进入发光孔区域，从而为发光孔区域提供反馈机制，增加垂直腔面发射激光器的调制频率，更有利于垂直腔面发射激光器在通信等领域的应用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图；
图2为图1沿AB方向的剖面图；
图3为图1沿CD方向的剖面图；
图4为图1沿EF方向的剖面图；
图5为图1沿GH方向的剖面图；
图6为本发明实施例提供的又一种垂直腔面发射激光器的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的又一种垂直腔面发射激光器的结构示意图；
图8为图1沿AB方向的又一种剖面图；
图9为图1沿CD方向的又一种剖面图；
图10为本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
正如背景技术中提到的现有的垂直腔面发射激光器存在调制频率较低的问题，申请人经过仔细研究发现，产生此技术问题的原因在于：现有的高速VCSEL器件的高速性能受到以有源区为主的垂直腔反馈机制所限制。由于VCSEL的电光调制过程是一个动态的过程，光子和载流子均有一定的响应和弛豫过程。因此，光子和载流子的弛豫震荡成为限制带宽的内部限制因素。光子和载流子的弛豫震荡受到载流子的注入以及其在有源区内的复合、光子浓度、载流子浓度、光子周期时间等的影响，这些因素都在垂直谐振腔内完成，统称为内部限制因素。由于受到垂直谐振腔内部限制因素的限制，传统的高速VCSEL器件很难实现30GHz以上的直接调制频率。
针对上述技术问题，本发明提出如下解决方案：
图1为本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图，图2为图1沿AB方向的剖面图，图3为图1沿CD方向的剖面图，图4为图1沿EF方向的剖面图，图5为图1沿GH方向的剖面图，结合图1至图5，垂直腔面发射激光器包括：衬底101；第一反射层102，第一反射层102覆盖衬底101；有源层103，有源层103位于第一反射层102远离衬底101的一侧；第二反射层104，第二反射层104位于有源层103远离第一反射层102的一侧；第一氧化层105，第一氧化层105位于第二反射层104内沿第一方向X相对的两侧；电极金属层106，电极金属层106位于第二反射层104远离有源层103的一侧，且与第一氧化层105对应；第二反射层104内还设置有第一离子注入层107，沿第一方向X和第二方向Y，第一离子注入层107均延伸至第二反射层104的边界；沿第三方向Z，第一离子注入层107与第二反射层104的边界不接触；沿第二方向Y，第一离子注入层107的投影(亦即XZ平面的投影)与电极金属层106的投影不交叠；其中，第二方向Y为垂直于衬底101的方向，第一方向X与第三方向Z相交且均与第二方向Y垂直。
具体地，衬底101例如可以是GaAs衬底或蓝宝石衬底等，用于外延生长以形成第一反射层102、有源层103以及第二反射层104；第一反射层102例如可以是n型布拉格反射镜，n型布拉格反射镜例如可以是交替生长的多个高折射率材料层和多个低折射率材料层；在其它一些实施方式中，第一反射层102和衬底101之间还可包括缓冲层，缓冲层例如可以是GaAs；有源层103例如可以是AlGaAs、InGaAs、InGaP或者InGaNAsP；第二反射层104被第一离子注入层107以及第一氧化层105划分为不同的区域，对应于第一氧化层105的部分可理解为氧化层电流阻挡区域1042，位于第一氧化层105之间且位于第一离子注入层107靠近电极金属层106一侧的发光孔区域1041，以及位于第一氧化层105之间且位于第一离子注入层107远离电极金属层106一侧的水平谐振区域1043；在本实施例中，发光孔区域1041内的第一反射层和第二反射层构成垂直谐振腔的上下反射镜，并与有源层共同构成垂直谐振腔；沿第二方向Y，第二反射层的侧壁构成水平谐振腔的反射镜，例如可以是第二反射层的侧壁材料与空气之间的界面反射提供一定的反射率，此时第二反射层的侧壁、第二反射层共同构成水平谐振腔。电极金属层106为P型电极结构，材料例如可以是Ti、Pd和Ge中的一种或几种的合金。
在本实施例中，沿第二方向刻蚀形成第一沟道109并暴露第一反射层102，第一氧化层105沿第一沟道的侧壁(亦即沿第一方向X的第二反射层侧壁)向内氧化延伸，也即是说，沿第一方向X，第一氧化层105位于第二反射层104内沿第一方向X相对的两侧。
在本实施例中，沿第一方向和第二方向，第一离子注入层107均延伸至第二反射层104的边界，也即是说，沿第二方向Y，第一离子注入层107与有源层103接触，并且，第二反射层104远离有源层103的表面暴露出第一离子注入层107；沿第一方向X，第二反射层104的侧壁暴露出第一离子注入层107的侧壁，也即垂直谐振腔与水平谐振腔之间被第一离子注入层107隔离；沿第三方向Z，第一离子注入层107与第二反射层104的边界不接触，也即是说，在第三方向上，第一离子注入层107不位于第二反射层104的边缘位置(第二反射层104的第三方向上Z的侧壁不暴露出第一离子注入层107的侧壁)，而是位于第二反射层104的内部，从而保证水平谐振区域1043的面积大于零，保证垂直腔面发射激光器存在水平谐振区域。
当通过电极金属层106向第二反射层注入电流时，载流子只能在发光孔区域1041内复合产生光子，发光孔区域1041以外由于第一离子注入层的隔离而没有电流注入，因而无法产生光子；光子在发光孔区域1041内部产生，在垂直谐振腔内形成驻波模式；同时，第一离子注入层107虽然电绝缘，但有一部分垂直谐振腔内的光子具有水平方向的传输函数，这部分光子通过第一离子注入层107渗透进入水平谐振区域1043，并在水平谐振区域1043内进行水平方向的谐振，形成水平方向的驻波。这部分光子经过水平谐振区域1043传输，并受到第二反射层104在第三方向Z上的侧壁的反射，改变水平传输方向，从而重新进入发光孔区域1041，进而为垂直谐振腔内的光子提供反馈机制，增加垂直腔面发射激光器的调制频率。
本实施例的技术方案，采用的垂直腔面发射激光器包括：衬底；第一反射层，覆盖衬底；有源层，位于第一反射层远离衬底的一侧；第二反射层，位于有源层远离第一反射层的一侧；第一氧化层，位于第二反射层内沿第一方向相对的两侧；电极金属层，位于第二反射层远离有源层的一侧，且与第一氧化层对应；第二反射层内还设置有第一离子注入层；沿第一方向和第二方向，第一离子注入层均延伸至第二反射层的边界；沿第三方向，第一离子注入层与第二反射层的边界不接触；沿第二方向，第一离子注入层的投影与电极金属层的投影不交叠；其中，第二方向为垂直于衬底的方向，第一方向与第三方向相交且均与所述第二方向垂直。第一离子注入层将垂直腔面发射激光器分割为水平谐振区域和发光孔区域，电极金属层注入的电流只能注入到发光孔区域内，从而只有发光孔区域内能够产生光子，并且在发光孔区域内的部分光子由于具有水平方向的传输函数，从而通过第一离子注入层渗透进入水平谐振区域，该部分光子被第二反射层的侧壁反射重新进入发光孔区域，从而为发光孔区域提供反馈机制，增加垂直腔面发射激光器的调制频率，更有利于垂直腔面发射激光器在通信等领域的应用。
优选地，第一方向X与第三方向Z垂直。
可选地，继续参考图1，沿第三方向Z，第二反射层104内设置有相对的两个第一离子注入层107，沿第二方向，电极金属层的投影位于两个第一离子注入层的投影之间；第二反射层包括位于两个第一离子注入层之间的第一子反射层和位于两个第一离子注入层之外的第二子反射层。
具体地，本实施例中，垂直腔面发射激光器包含两个相对的第一离子注入层107，对应在垂直腔面发射激光器划分出相对的两个水平谐振区域1043，从而进一步为发光孔区域提供额外的反馈机制，进一步增加垂直腔面发射激光器的调制频率。需要说明的是，两个第一离子注入层不存在交叠。第一子反射层与第二子反射层均可为布拉格反射层，且第一子反射层的厚度与第二子反射层的厚度可以相同也可以不同，第一子反射层包含的反射镜的层数与第二子反射层包含的反射镜的层数可以相同也可以不同；当第一子反射层包含的反射镜层数与第二子反射层包含的反射镜层数相同时，位于相同层级的反射层可以具有不同的厚度。
优选地，垂直腔面发射激光器为对称结构，也即两个第一离子注入层关于垂直腔 面发射激光器的中心线对称；水平谐振腔内的光子在反射回垂直谐振腔内后，和垂直谐振 腔内的光子存在一定的相位差，设为第一相位差Δθ，将第一相位差Δθ控制在(2m+1/2)π到 (2m+3/2)π之间，则水平谐振区域内的光子和发光孔区域内的光子耦合后可以增加响应速 度，从而进一步提高垂直腔面发射激光器的带宽频率，其中，m为整数； 第一相位差Δθ和水 平谐振腔的长度L之间具有关系如下：
Figure 522640DEST_PATH_IMAGE001
，其中：n为水平谐振腔材 料的折射率（例如，GaAs材料的折射率为3.55），L为水平谐振腔的长度，λ为光在空气中的波 长（例如850 nm、905 nm、940 nm、1310 nm、1550 nm等），vg为光在水平谐振腔的横向传播速 度，c为真空中的光速，θR为光在第二反射层沿第三方向Z的侧壁处因界面反射导致的相位 差，设为第二相位差，其中，如果沿第三方向与第二反射层的侧壁接触的材料（如空气或者 增反膜）的折射率小于水平谐振腔材料的折射率，则第二相位差θR=0，反之第二相位差θR=π。 设置垂直腔面发射激光器为对称结构，可通过控制水平谐振腔的长度、纵向反射率等精确 控制第二相位差θR，从而更为精确的控制垂直腔面发射激光器的带宽频率。
可选地，在其它一些实施方式中，垂直腔面发射激光器也可以是非对称结构，例如两个第一离子注入层关于垂直腔面发射激光器的中心线不对称；
或者，如图6所示，图6为本发明实施例提供的又一种垂直腔面发射激光器的结构示意图，沿第三方向Z，第二反射层内设置有第一离子注入层及与第一离子注入层相对的第二氧化层（未示出），第二氧化层及第一氧化层为一体结构。
具体地，垂直腔面发射激光器只设置有一个第一离子注入层，而在第三方向Z上与第一离子注入层相对的位置设置一第二氧化层，第二氧化层与第一氧化层的厚度以及在第二方向上的位置相同；此时垂直腔面发射激光器只存在一个水平谐振区域，由于只需要形成一个第一离子注入层，制作工艺更为简单，有利于降低垂直腔面发射激光器的制作成本。
可选的，可在第二氧化层上设置电极金属层106，并且可以与设置在第一氧化层105上的电极金属层106连接以形成一“匚”字型。
需要说明的是，发光孔区域1041的形状可以是方形或者圆形，本发明实施例对此不做具体限定，如图7所示，图7为本发明实施例提供的又一种垂直腔面发射激光器的结构示意图，在本实施例中，发光孔区域1041为圆形，第一离子注入层107及第一氧化层105的形状与发光孔区域1041的形状匹配。在其它一些实施方式中，发光孔区域1041也可以是其它形状。
可选地，图8为图1沿AB方向的又一种剖面图，结合图1和图8，第二反射层内还设置有与第一氧化层105对应的第二离子注入层108；沿第二方向Y，第二离子注入层108的投影位于两个第一离子注入层的投影之间，且位于第一氧化层的投影内；第二离子注入层与有源层接触，且第二离子注入层与电极金属层不接触。
具体地，在本实施例中，垂直腔面发射激光器共包括两个第一离子注入层和两个第二离子注入层共四个离子注入层，每个电极金属层对应一个第二离子注入层；可设置沿第二方向Y，电极金属层的投影位于对应的第二离子注入层的投影内，第二离子注入层与电极金属层不接触，避免电极金属层中的电流无法注入第二反射层的情况发生。通过设置第二离子注入层，可进一步提高发光孔内光子耦合效率，从而提高垂直腔面发射激光器的性能。当垂直腔面发射激光器包含第二离子注入层时，第一离子注入层与第二离子注入层需分两次离子注入形成，如先形成第一离子注入层，再形成第二离子注入层，或者先形成第二离子注入层，再形成第一离子注入层。
可选地，第二子反射层为慢光波导。
具体地，在慢光波导中，光的横向传播速度Vg非常慢，通常为真空中光速的1/5以下；将第二子反射层设置为慢光波导，由于光的横向传播速度非常慢，因而第一相位差Δθ对水平谐振腔的长度L的变化不敏感，水平谐振腔的长度L的容错率很高，有利于提高垂直腔面发射激光器量产时的良率。
可选地，第二反射层为布拉格反射层，且第二子反射层的有效腔长大于第一子反射层的有效腔长。
具体地，第二子反射层的有效腔长也即第二子反射层沿第二方向的厚度，而第一子反射层的有效腔长也即第一子反射层沿第二方向的厚度，通过设置第二子反射层的有效腔长大于第一子反射层的有效腔长，水平谐振腔相对于垂直谐振腔可等效为慢光波导；本实施例中，通过设置第二子反射层为布拉格反射层，并且第二子反射层的有效腔长大于第一子反射层的有效腔长，不需要额外的工艺即可简易方便地得到慢光波导，从而进一步提高垂直腔面发射激光器量产时的良率。
可选地，沿第三方向Z，第二反射层的侧壁设有第二沟道112。其中，第二沟道112的形成晚于氧化沟道的形成，如此可以仅在氧化沟道处借由湿法氧化形成氧化限制层。在本实施例中，第二沟道112的形成可以晚于第一沟道109的形成。
具体地，如图3所示，通过设置第二沟道112，可为水平谐振腔提供良好的界面反射，从而增加水平谐振腔反射回垂直谐振腔内光子的数量，从而进一步提高垂直腔面发射激光器的调制频率。
可选地，如图3所示，沿第三方向Z，第二反射层104的侧壁设置有第一光栅或者增反膜113。
具体地，可在刻蚀完成第二沟道112之后，再在第二反射层104的侧壁设置增反膜113，从而增加反射率，也即增加水平谐振腔内反射回垂直谐振腔内光子的数量；或者，也可以是在第二反射层104的侧壁设置第一光栅（未示出），也能够将水平谐振腔内的光子反射回垂直谐振腔，从而进一步提高垂直腔面发射激光器的调制频率。同时，增反膜113还能够保护侧壁，不必在侧壁上额外设置钝化层。优选地，如图3所示，此时第二子反射层远离有源层的一侧还可设置独立的电介质114，电介质114的材料可以是与增反膜113一致的材料，在其它一些实施方式中，也可以采用不同的材料；电介质114能够起到保护半导体材料的作用，防止半导体材料暴露在空气中受到污染或氧化等，通过设置电介质114能够进一步改善垂直腔面发射激光器的性能。
可选地，如图9所示，图9为图1沿CD方向的又一种剖面图，在本实施例中，垂直腔面发射激光器还包括第二光栅111，第二光栅111覆盖第二子反射层。
具体地，在本实施例中，第二光栅设置于第二子反射层远离有源层的一侧，第二光栅111能够作为水平谐振腔的反射镜，此时不需要在第二反射层沿第三方向Z的侧壁处刻蚀形成第二沟道，也即第二反射层在衬底上的投影能够与衬底完全重叠，从而进一步降低垂直腔面发射激光器的制备难度，进而降低垂直腔面发射激光器的制备成本。
可选地，垂直腔面发射激光器还包括第三光栅（未示出），第三光栅覆盖第一子反射层。
具体地，第三光栅位于第一子反射层远离有源层的一侧，也即第三光栅位于发光孔区域内，从而能够为发光孔的出射激光提供稳定的偏振，改善垂直腔面发射激光器的性能。
可选地，如图2所示，沿第一方向X，可在第一沟道109的侧壁(亦即第二反射层沿第一方向X的侧壁)设置钝化层110，钝化层110的材料例如可以是AlOx。
可以理解的是，在一些实施方式中，可设置多个垂直腔面发射激光器排列成阵列的形式，并且多个垂直腔面发射激光器可共用一个衬底。
图10为本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制备方法的流程图，参考图10，垂直腔面发射激光器的制备方法包括：
步骤S201，提供衬底；衬底例如可以是GaAs衬底或蓝宝石衬底等。
步骤S202，形成覆盖衬底的第一反射层；可通过外延的方式形成第一反射层，且第一反射层例如可以是n型布拉格反射镜；在其它一些实施方式中，在形成第一反射层之前还可先在衬底上外延形成缓冲层，缓冲层例如可以是GaAs。
步骤S203，形成覆盖第一反射层的有源层；有源层可通过外延形成，有源层103例如可以是AlGaAs、InGaAs、InGaP或者InGaNAsP。
步骤S204，形成覆盖有源层的第二反射层，其中，第二反射层内设置有高铝组分层，高铝组分层位于第二反射层内沿第一方向相对的两侧；第二反射层也可通过外延形成，高铝组分层可用于后续形成第一氧化层。
步骤S205，将高铝组分层氧化为第一氧化层；其中，可通过湿法氧化等方式将高铝组分层氧化为第一氧化层；需要说明的是，在步骤S205之前，还可先刻蚀形成第一沟道，第一沟道位于第一方向上相对的两侧并且暴露第一反射层。
步骤S206，对第二反射层进行离子注入以形成第一离子注入层，其中，沿第一方向和第二方向，第一离子注入层均延伸至第二反射层的边界；沿第三方向，第一离子注入层与第二反射层的边界不接触；第二方向为垂直于衬底的方向，第一方向与第三方向相交且均与第二方向垂直；
步骤S207，形成电极金属层，电极金属层位于第二反射层远离有源层的一侧，且与第一氧化层对应；沿第二方向，第一离子注入层的投影与电极金属层的投影不交叠。
本实施例的垂直腔面发射激光器的制备方法，制备出的垂直腔面发射激光器中，第一离子注入层将垂直腔面发射激光器分割为水平谐振区域和发光孔区域，电极金属层注入的电流只能注入到发光孔区域内，从而只有发光孔区域内能够产生光子，并且在发光孔区域内的部分光子由于具有水平方向的传输函数，从而通过第一离子注入层渗透进入水平谐振区域，该部分光子被第二反射层的侧壁反射重新进入发光孔区域，从而为发光孔区域提供反馈机制，增加垂直腔面发射激光器的调制频率，更有利于垂直腔面发射激光器在通信等领域的应用。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：
衬底；
第一反射层，覆盖所述衬底；
有源层，位于所述第一反射层远离所述衬底的一侧；
第二反射层，位于所述有源层远离所述第一反射层的一侧；
第一氧化层，位于所述第二反射层内沿第一方向相对的两侧；
电极金属层，位于所述第二反射层远离所述有源层的一侧，且与所述第一氧化层对应；
所述第二反射层内还设置有第一离子注入层；沿第一方向和第二方向，所述第一离子注入层均延伸至所述第二反射层的边界；沿第三方向，所述第一离子注入层与所述第二反射层的边界不接触；沿所述第二方向，所述第一离子注入层的投影与所述电极金属层的投影不交叠；其中，所述第二方向为垂直于所述衬底的方向，所述第一方向与所述第三方向相交且均与所述第二方向垂直；
水平谐振区域，位于所述第一氧化层之间且位于所述第一离子注入层远离所述电极金属层的一侧；
发光孔区域，位于所述第一氧化层之间且位于所述第一离子注入层靠近所述电极金属层的一侧；
所述第一离子注入层用于将垂直腔面发射激光器分割为水平谐振区域和发光孔区域，以使电极金属层注入的电流只能注入到发光孔区域内，在发光孔区域内产生光子，并且在发光孔区域内的部分光子由于具有水平方向的传输函数，从而通过第一离子注入层渗透进入水平谐振区域，该部分光子被第二反射层的侧壁反射重新进入发光孔区域。
2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，
沿所述第三方向，所述第二反射层内设置有相对的两个第一离子注入层，沿所述第二方向，所述电极金属层的投影位于所述两个第一离子注入层的投影之间；
所述第二反射层包括位于所述两个第一离子注入层之间的第一子反射层和位于所述两个第一离子注入层之外的第二子反射层。
3.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第二反射层内还设置有与所述第一氧化层对应的第二离子注入层；
沿所述第二方向，所述第二离子注入层的投影位于所述第一离子注入层的投影之间，且位于所述第一氧化层的投影内；所述第二离子注入层与所述有源层接触，且所述第二离子注入层与所述电极金属层不接触。
4.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，
所述第二子反射层为慢光波导。
5.根据权利要求4所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第二子反射层为布拉格反射层，且所述第二子反射层的有效腔长大于所述第一子反射层的有效腔长。
6.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，沿所述第三方向，所述第二反射层的侧壁设有第二沟道。
7.根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，沿所述第三方向，所述第二反射层的侧壁设有第一光栅或者增反膜。
8.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器还包括第二光栅，所述第二光栅设置于所述第二子反射层远离所述有源层的一侧且覆盖所述第二子反射层。
9.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器还包括第三光栅，所述第三光栅覆盖所述第一子反射层。
10.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，沿所述第三方向，所述第二反射层内设置有第一离子注入层及与所述第一离子注入层相对的第二氧化层，其中，所述第二氧化层及所述第一氧化层为一体结构。
11.一种垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
形成覆盖所述衬底的第一反射层；
形成覆盖所述第一反射层的有源层；
形成覆盖所述有源层的第二反射层，其中，所述第二反射层内设置有高铝组分层，所述高铝组分层位于所述第二反射层内沿第一方向相对的两侧；
将所述高铝组分层氧化为第一氧化层；
对所述第二反射层进行离子注入以形成第一离子注入层，其中，沿第一方向和第二方向，所述第一离子注入层均延伸至所述第二反射层的边界；沿第三方向，所述第一离子注入层与所述第二反射层的边界不接触；所述第二方向为垂直于所述衬底的方向，所述第一方向与所述第三方向相交且均与所述第二方向垂直；
形成电极金属层，所述电极金属层位于所述第二反射层远离所述有源层的一侧，且与所述第一氧化层对应；沿所述第二方向，所述第一离子注入层的投影与所述电极金属层的投影不交叠；
其中，所述垂直腔面发射激光器具有：水平谐振区域，位于所述第一氧化层之间且位于所述第一离子注入层远离所述电极金属层的一侧；
发光孔区域，位于所述第一氧化层之间且位于所述第一离子注入层靠近所述电极金属层的一侧；
第一离子注入层用于将垂直腔面发射激光器分割为水平谐振区域和发光孔区域，以使电极金属层注入的电流只能注入到发光孔区域内，在发光孔区域内产生光子，并且在发光孔区域内的部分光子由于具有水平方向的传输函数，从而通过第一离子注入层渗透进入水平谐振区域，该部分光子被第二反射层的侧壁反射重新进入发光孔区域。
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