CN216362200U - 一种垂直腔面发射激光器外延片 - Google Patents
一种垂直腔面发射激光器外延片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN216362200U CN216362200U CN202123078924.8U CN202123078924U CN216362200U CN 216362200 U CN216362200 U CN 216362200U CN 202123078924 U CN202123078924 U CN 202123078924U CN 216362200 U CN216362200 U CN 216362200U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- gan
- emitting laser
- vertical cavity
- surface emitting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 8
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(III) oxide Inorganic materials O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 8
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 7
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 7
- 238000005253 cladding Methods 0.000 abstract description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 75
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本实用新型属于激光器技术领域，提出一种垂直腔面发射激光器外延片，包括衬底，所述衬底上由下至上依次设置有缓冲层、隔离层、下限制层、下渐变波导层、多量子阱层、上渐变波导层、上限制层、上包层、光栅层、覆盖层和欧姆接触层，所述衬底为蓝宝石，所述缓冲层和覆盖层均为GaN，所述覆盖层的表面设置有β‑Ga2O3单晶外延薄膜，所述GaN外延生长在蓝宝石的C面上，所述缓冲层的GaN生长周期为4个，所述覆盖层的GaN生长周期为12个。本实用新型提供的一种垂直腔面发射激光器外延片具有双层单晶薄膜结构，设计合理、结构简单、可靠性较高、激射能力较强且利用率较高，适合大规模推广。
Description
技术领域
本实用新型属于激光器技术领域，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器外延片。
背景技术
垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种光学谐振腔与衬底垂直，能够实现芯片表面激光出射的半导体激光器，具有尺寸小、效率高、调制贷款达、寿命长以及成本低等优点。一般地，VCSEL由分布式布拉格反射镜、量子阱有源区、间隔层、氧化限制层等组成。在VCSEL工作时，通过把载流子注入到有源区的量子阱中，便发生辐射复合跳跃产生光子，光子经过由DBR结构作为腔镜的谐振腔中振荡选择模式，进而在垂直于衬底方向上发射圆形的激光光束。外延片指的是在一块加热至适当温度的衬底基片上，所生长出来的特定单晶薄膜。
目前，大多数外延片都是单层，其可靠性较低，而且激射能力不足，在应用前景以及实际使用方面都会受到较大限制。
实用新型内容
本实用新型针对上述的外延片所存在的技术问题，提出一种设计合理、结构简单、可靠性较高、激射能力较强且利用率较高的一种垂直腔面发射激光器外延片。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为，本实用新型提供的一种垂直腔面发射激光器外延片，包括衬底，所述衬底上由下至上依次设置有缓冲层、隔离层、下限制层、下渐变波导层、多量子阱层、上渐变波导层、上限制层、上包层、光栅层、覆盖层和欧姆接触层，所述衬底为蓝宝石，所述缓冲层和覆盖层均为GaN，所述覆盖层的表面设置有β-Ga2O3单晶外延薄膜。
作为优选，所述GaN外延生长在蓝宝石的C面上，所述缓冲层的GaN生长周期为4个，所述覆盖层的GaN生长周期为12个。
作为优选，所述多量子阱层包括InGaAs势阱层和AlGaAs势垒层，所述InGaAs势阱层与AlGaAs势垒层之间设置有GaAs插入层。
作为优选，所述InGaAs势阱层、GaAs插入层和AlGaAs势垒层的厚度比为2：3：4。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：
1、本实用新型提供的一种垂直腔面发射激光器外延片，以蓝宝石为衬底在其C面生长GaN，具有易获得以及成本低的优点，而且通过控制GaN的生长周期能够令缓冲层和覆盖层更好地发挥缓冲能力和覆盖能力；而氧化镓是镓氧化物中最为稳定的结构之一，并且β-Ga2O3是最稳定的异构体，除此之外HIA具有禁带宽度宽、容易刻蚀、击穿电场高、透明度高以及成本低的优点。本实用新型提供的一种垂直腔面发射激光器外延片具有双层单晶薄膜结构，设计合理、结构简单、可靠性较高、激射能力较强且利用率较高，适合大规模推广。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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为实施例提供的一种垂直腔面发射激光器外延片的结构示意图；
以上各图中，1、衬底；2、缓冲层；3、隔离层；4、下限制层；5、下渐变波导层；6、多量子阱层；7、上渐变波导层；8、上限制层；9、上包层；10、光栅层；11、覆盖层；12、欧姆接触层。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例，如图1所示，本实用新型提供的一种垂直腔面发射激光器外延片，包括衬底1，所述衬底1上由下至上依次设置有缓冲层2、隔离层3、下限制层4、下渐变波导层5、多量子阱层6、上渐变波导层7、上限制层8、上包层9、光栅层10、覆盖层11和欧姆接触层12。其中，衬底1为蓝宝石；缓冲层2和覆盖层11均为GaN；覆盖层11的表面设置有β-Ga2O3单晶外延薄膜。下限制层4和上限制层8分别限制以其为外层的内层结构的抗氧化性；下渐变波导层5和上渐变波导层7可以保证有源区具有合理折射率和散射率，并且能够以较薄的厚度和较小的光场损耗来提高本产品的可靠性；欧姆接触层12不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变，令相应组件在操作时，大部分的电压降在活动区而不在接触面，以满足激光器的性能指标要求。
在本产品中，GaN基材料也称为III族氮化物材料(包括InN、GaN、AlN、InGaN、AlGaN等，其禁带宽度范围为0.7-6.2eV)，其光谱覆盖了近红外到深紫外波段。全GaN衬底1材料本身价格较为昂贵，而以蓝宝石为衬底1在其C面生长GaN，具有易获得以及成本低的优点，而且通过控制GaN的生长周期能够令缓冲层2和覆盖层11更好地发挥缓冲能力和覆盖能力，尤其能够保证刻蚀光栅的完整性；而氧化镓是镓氧化物中最为稳定的结构之一，并且β-Ga2O3是最稳定的异构体，除此之外HIA具有禁带宽度宽、容易刻蚀、击穿电场高、透明度高以及成本低的优点。这样的话，本产品具有双层单晶薄膜结构，缺陷密度小，而且设计合理、结构简单、可靠性较高、激射能力较强且利用率较高。
为了提高多量子阱层6的可靠性，本实用新型提供的多量子阱层6包括InGaAs势阱层和AlGaAs势垒层，所述InGaAs势阱层与AlGaAs势垒层之间设置有GaAs插入层。其中，GaAs插入层不仅可以有效改变基态与第一激发态的子带间跃迁，还可以改变电子的声子散射和有效质量，而且GaAs材料不包含随机分布的杂质原子，带隙较小，不易被氧化，降低了有源区中载流子散射的可能性。
进一步地，本实用新型InGaAs势阱层、GaAs插入层和AlGaAs势垒层的厚度比为2：3：4。通过控制三者的厚度比可以获得较为合理的势垒，而且有效减少载流子的逃逸损耗，增加在势阱中辐射复合的概率，增强光子密度。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (3)
1.一种垂直腔面发射激光器外延片，包括衬底，其特征在于，所述衬底上由下至上依次设置有缓冲层、隔离层、下限制层、下渐变波导层、多量子阱层、上渐变波导层、上限制层、上包层、光栅层、覆盖层和欧姆接触层，所述衬底为蓝宝石，所述缓冲层和覆盖层均为GaN，所述覆盖层的表面设置有β-Ga2O3单晶外延薄膜，所述GaN外延生长在蓝宝石的C面上，所述缓冲层的GaN生长周期为4个，所述覆盖层的GaN生长周期为12个。
2.根据权利要求1所述的一种垂直腔面发射激光器外延片，其特征在于，所述多量子阱层包括InGaAs势阱层和AlGaAs势垒层，所述InGaAs势阱层与AlGaAs势垒层之间设置有GaAs插入层。
3.根据权利要求2所述的一种垂直腔面发射激光器外延片，其特征在于，所述InGaAs势阱层、GaAs插入层和AlGaAs势垒层的厚度比为2：3：4。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202123078924.8U CN216362200U (zh) | 2021-12-09 | 2021-12-09 | 一种垂直腔面发射激光器外延片 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202123078924.8U CN216362200U (zh) | 2021-12-09 | 2021-12-09 | 一种垂直腔面发射激光器外延片 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN216362200U true CN216362200U (zh) | 2022-04-22 |
Family
ID=81190840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202123078924.8U Expired - Fee Related CN216362200U (zh) | 2021-12-09 | 2021-12-09 | 一种垂直腔面发射激光器外延片 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN216362200U (zh) |
-
2021
- 2021-12-09 CN CN202123078924.8U patent/CN216362200U/zh not_active Expired - Fee Related
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11258231B2 (en) | GaN-based VCSEL chip based on porous DBR and manufacturing method of the same | |
| KR101300355B1 (ko) | Ｖｃｓｅｌ 시스템 | |
| Takeuchi et al. | GaN-based vertical-cavity surface-emitting lasers with AlInN/GaN distributed Bragg reflectors | |
| EP1204150B1 (en) | Method of forming a light-emitting semiconductor device including wafer bonded heterostructures | |
| JP4505147B2 (ja) | 相分離の少ないｉｉｉ族窒化物４元材料系を用いた半導体構造体および加工方法 | |
| JP2008182275A (ja) | 窒化物系半導体発光素子 | |
| KR20040041730A (ko) | 전류 제한 구조를 갖는 반도체 광소자 | |
| JP2019012744A (ja) | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 | |
| JP4837012B2 (ja) | 発光素子 | |
| JP2018125404A (ja) | 面発光レーザ素子 | |
| JP3872398B2 (ja) | 発光素子の製造方法及び発光素子 | |
| CN114649742A (zh) | 一种新型高效垂直腔面eml芯片及其制备方法 | |
| JP4095306B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法および光伝送システム | |
| JP4162560B2 (ja) | 窒化物系半導体発光素子 | |
| JP4288030B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物４元材料系を用いた半導体構造体 | |
| CA2758595A1 (en) | Light emitting semiconductor methods and devices | |
| CN216529835U (zh) | 一种940nm垂直腔面发射激光器外延片 | |
| CN216362200U (zh) | 一种垂直腔面发射激光器外延片 | |
| Li et al. | High-efficiency 808-nm InGaAlAs–AlGaAs double-quantum-well semiconductor lasers with asymmetric waveguide structures | |
| JP4836382B2 (ja) | 発光素子 | |
| EP4387017A1 (en) | Vertical cavity light-emitting element | |
| JP4178807B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| CN116169560A (zh) | 一种氮化镓基光子晶体面发射激光器及制备方法 | |
| CN107645121B (zh) | 脊形阵列半导体激光器及其制作方法 | |
| CN210040877U (zh) | 一种水平空气柱电流注入孔径结构的垂直腔面发射激光器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231229 Address after: 252000 East Head of Pacific Optoelectronics Company, No. 259 Huanghe Road, Jiangguantun Street, Economic and Technological Development Zone, Liaocheng City, Shandong Province, China Patentee after: Pacific (Shandong) Optoelectronic Technology Co.,Ltd. Address before: 252000 no.259 Huanghe Road, Liaocheng Economic and Technological Development Zone, Shandong Province Patentee before: PACIFIC OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220422 |