CN218040203U - 一种垂直腔面发射激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种垂直腔面发射激光器，包括依次由下至上层叠的P型衬底、第一P型DBR层、第一MQW层、N型DBR层、第二MQW层和第二P型DBR层；在第二P型DBR层内形成氧化层；第一P电极位于第一P型DBR层上或P型衬底上，N‑DBR层具有蚀刻形成外露台面，N电极位于N‑DBR层的外露台面上，第二P电极位于第二P型DBR层上；在第一MQW层与第二MQW层上下两层之间均有分离限制异质结层；第二MQW层的厚度大于第一MQW层的厚度，第一P型DBR层组成的对数大于N型DBR层组成的对数，N型DBR层组成的对数大于第二P型DBR层组成的对数。本实用新型能够进一步提升调制带宽。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电技术领域，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，VCSEL）是一种半导体激光器，与一般的激光由边缘射出的边射型激光有所不同，其激光垂直于顶面射出。垂直腔面发射激光器成本相对较低，且性能优异，在光通讯领域、结构光领域具有较大潜力。目前光通信高速VCSEL激光器结构设计复杂，限制其高频调制特性的因素很多，关键因素为有源区量子阱内部的载流子与光子的弛豫振荡频率。载流子、光子浓度变低会使弛豫振荡频率达到饱和，从而限制调制带宽的进一步提升。因此，本发明人对此做进一步研究，研发出一种双腔光子补充VCSEL结构，将副腔内的光子注入到主腔内，补充主腔因激光输出而损失的光子，从而使得VCSEL的调制带宽进一步提升。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种垂直腔面发射激光器，从而进一步提升调制带宽。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是：
一种垂直腔面发射激光器，包括依次由下至上层叠的P型衬底、第一P型DBR层、第一MQW层、N型DBR层、第二MQW层和第二P型DBR层；在第二P型DBR层内形成氧化层，氧化层包括位于未氧化区和位于未氧化区周围的氧化物电流限制区；第一P电极位于第一P型DBR层上或P型衬底上，N-DBR层具有蚀刻形成外露台面，N电极位于N-DBR层的外露台面上，第二P电极位于第二P型DBR层上；还包括分离限制异质结层，在第一P型DBR层与第一MQW层之间，在第一MQW层与N型DBR层之间，在第二MQW层与第二P型DBR层之间，以及在第二MQW层与N型DBR层之间均有分离限制异质结层；第二MQW层的厚度大于第一MQW层的厚度，第一P型DBR层组成的对数大于N型DBR层组成的对数，N型DBR层组成的对数大于第二P型DBR层组成的对数。
进一步，第二P型DBR层的透射波长与N型DBR层的透射波长差为1-3nm。
进一步，第一MQW层与第二MQW层的材料相同。
进一步，第一MQW层与第二MQW层的材料为InGaAs。
进一步，外露台面的厚度大于等于N型DBR层厚度的三分之二。
进一步，第二MQW层的厚度范围为3-6nm。
进一步，第一MQW层的厚度范围为1-3nm。
进一步，第一P型DBR层组成的对数为42对，N型DBR层组成的对数为36对，第二P型DBR层组成的对数为24对。
进一步，第一P型DBR层具有蚀刻形成台面，第一P电极位于台面上。
进一步，台面的厚度大于第一P型DBR层厚度的二分之一。
采用上述方案后，由于第二MQW层的厚度大于第一MQW层的厚度，两个量子阱光致发光谱中心波长存在一定的差值，副腔量子阱光致发光谱在常温条件下与N型DBR的dip波长保持一致，副腔加电满足在阈值附近就可以为主腔进行光子补充，而主腔的量子阱的光致发光谱的斜率最高处于P型DBR相对反射率低点，以保证较大的微分增益，从而实现较大的调制带宽。通过双腔之间特定的DBR结构（即特定第一P型DBR层、N型DBR层和第二P型DBR层），可以实现激光器的振荡激射。副腔内的光子进入主腔，可以将更多的载流子泵浦到高能级，主腔的阈值电流相应降低，对带宽的提升也同样有着积极作用。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型N型DBR层和第二P型DBR层的反射率及主副腔量子阱PL谱对应关系示意图。
标号说明
P型衬底1 第一P型DBR层2 台面21 第一MQW层3
N型DBR层4 外露台面41 第二MQW层5 氧化层6
氧化物电流限制区61 第二P型DBR层7 分离限制异质结层8
第一P电极91 第二P电极92 N电极93。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详述。本实用新型所揭示的是一种垂直腔面发射激光器，如图1所示，为本实用新型的较佳实施例，包括依次由下至上层叠的P型衬底1、第一P型DBR层2、第一MQW层3、N型DBR层4、第二MQW层5和第二P型DBR层7。
在第二P型DBR层7内形成氧化层6，氧化层6包括位于未氧化区和位于未氧化区周围的氧化物电流限制区61，从而形成氧化孔。第一P电极91位于第一P型DBR层上2或P型衬底1上，N-DBR层4具有蚀刻形成外露台面41，N电极93位于N-DBR层4的外露台面41上，第二P电极92位于第二P型DBR层7上；还包括分离限制异质结层8（简称SCH），在第一P型DBR层2与第一MQW层3之间，在第一MQW层3与N型DBR层4之间，在第二MQW层5与第二P型DBR层7之间，以及在第二MQW层5与N型DBR层4之间均有分离限制异质结层8。第二MQW层5及其上下两层的分离限制异质结层8形成主腔，第一MQW层3以及其上下两层的分离限制异质结层8形成副腔。进一步，分离限制异质结层8与第二MQW层5的厚度之和满足半波长，以降低光子寿命。
第二MQW层5的厚度大于第一MQW层3的厚度，第一P型DBR层2组成的对数大于N型DBR层4组成的对数，N型DBR层4组成的对数大于第二P型DBR层7组成的对数。如图2所示，在同时加电的条件下，第一MQW层3处于亚阈值状态，增益最大的光子能够获得更多的增益，其产生的光子波长主要集中在λdip2，借由N型DBR层4的反射率低点，波长在λdip2的光子可以进入主腔内，补充主腔内损失的光子；而主腔内产生的光波长λdip1在N型DBR层4的高反射率带，有效光子基本不会进入副腔，可以通过第二P型DBR层7的低反射率带实现激光输出。
进一步，第二P型DBR层7的透射波长与N型DBR层4的透射波长差为1-3nm，以保证与N型DBR层4和第二P型DBR层7的反射率曲线相匹配。
进一步，第一MQW层3与第二MQW层5的材料相同，在本实施例中，具体为InGaAs，以增加应变，提升带宽。
进一步，外露台面41的厚度（如图1中H4所示）大于N型DBR层4厚度（如图1中H3所示）的三分之二，以获得更佳载流子注入的均匀性。
进一步，第二MQW层5的厚度范围为3-6nm，第一MQW层3的厚度范围为1-3nm，以保证第一MQW层3与第二MQW层5的PL谱中心存在波长差，便以匹配N型DBR层4和第二P型DBR层7的反射率低值。光致发光光谱（Photoluminescence Spectroscopy，简称PL谱）。
分布式布拉格（Distributed Bragg ReflecTIon，简称DBR）反射镜是垂直腔面发射激光器（VerTIcal-Cavity Surface-EmitTIng Laser，简称VCSEL）的重要组成部分。典型的DBR反射镜是由1/4ni波长厚度的高折射率和低折射率材料交替组成（ni是该层的折射率）。其反射率取决于组成对数、边界条件以及折射率差。因此在本实施例中，出射光的波长为850nm，第一P型DBR层组成的对数为42对（即高折射率材料层和低折射率材料层的对数为42对），尽量高的反射率以保证光子有效注入；N型DBR层组成的对数为36对，以保证光子有效注入的同时，对出射光有着较大的反射率，提高发光效率；第二P型DBR层组成的对数为24对，反射率相对较低以及降低光子寿命，以此获得最佳光子注入补充以及发光效率。
进一步，第一P型DBR层2具有蚀刻形成台面21，第一P电极9121位于台面上，台面21的厚度（如图1中H2所示）大于第一P型DBR层2厚度（如图1中H1所示）的二分之一，以保证载流子注入的均匀性。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故但凡依本实用新型的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本实用新型专利涵盖的范围之内。
Claims (10)
1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于：包括依次由下至上层叠的P型衬底、第一P型DBR层、第一MQW层、N型DBR层、第二MQW层和第二P型DBR层；在第二P型DBR层内形成氧化层，氧化层包括位于未氧化区和位于未氧化区周围的氧化物电流限制区；第一P电极位于第一P型DBR层上或P型衬底上，N-DBR层具有蚀刻形成外露台面，N电极位于N-DBR层的外露台面上，第二P电极位于第二P型DBR层上；还包括分离限制异质结层，在第一P型DBR层与第一MQW层之间，在第一MQW层与N型DBR层之间，在第二MQW层与第二P型DBR层之间，以及在第二MQW层与N型DBR层之间均有分离限制异质结层；第二MQW层的厚度大于第一MQW层的厚度，第一P型DBR层组成的对数大于N型DBR层组成的对数，N型DBR层组成的对数大于第二P型DBR层组成的对数。
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P型DBR层的透射波长与N型DBR层的透射波长差为1-3nm。
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MQW层与第二MQW层的材料相同。
4.根据权利要求3所述的一种垂直腔面发射激光器，其特征在于：第一MQW层与第二MQW层的材料为InGaAs。
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：外露台面的厚度大于等于N型DBR层厚度的三分之二。
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：第二MQW层的厚度范围为3-6nm。
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：第一MQW层的厚度范围为1-3nm。
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：第一P型DBR层组成的对数为42对，N型DBR层组成的对数为36对，第二P型DBR层组成的对数为24对。
9.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P型DBR层具有蚀刻形成台面，第一P电极位于台面上。
10.根据权利要求9所述的一种垂直腔面发射激光器，其特征在于：台面的厚度大于第一P型DBR层厚度的二分之一。
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