一种垂直腔面发射激光器及其制备方法与流程

本技术涉及光电器件，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：

1、垂直腔面发射激光器（vertical cavity surface emitting laser，vcsel）是一种半导体微腔激光器，相较于传统的边发射激光器，垂直腔面发射激光器由于具有低阈值电流、体积小、圆对称光斑易于光纤耦合、高光束质量、单纵模、面发射易于集成等优势，在近年来得到了迅猛的发展，广泛应用于人脸识别等三维传感、光通信、激光雷达、无人驾驶等领域中。

2、目前发展最为成熟和得到广泛应用的是氧化限制型的vcsel，其结构参考图1所示，主要由有源层、上下限制层、上下反射层、氧化限制层和上下电极组成。其中，有源层由多量子阱组成；有源层上下两侧是限制层，限制层既起到限制载流子的作用，又起到调节腔长的作用；限制层上下两侧分别是p型dbr（distributed bragg reflection，分布式布拉格反射）反射层和n型dbr反射层，p型dbr反射层和n型dbr反射层分别是用折射率不同的两种材料以1/4光学波长厚度反复堆积而成，通过调节两种材料的折射率差及对数可使反射率高达99%以上；在有源层与p型dbr反射层之间设置有氧化限制层，氧化限制层由高铝组分材料构成，氧化限制层在经过湿法选择氧化工艺后形成氧化限制窗口，实现对电流和光场的限制；p型dbr反射层和n型dbr反射层两侧分别是金属欧姆接触形成电极，并根据器件是顶发射结构还是底发射结构分别在p面和n面开辟出光窗口。

3、为获得高反射率，vcsel中的dbr反射层一方面需要高折射率层和低折射率层具有较大的折射率差，另一方面需要高折射率层和低折射率层具有较多的对数，以常见的940nmvcsel为例，其dbr反射层需要约50对高折射率层和低折射率层，共计约5μm-10μm，如此，外延层的厚度将会较厚，这么厚的外延层生长在gaas衬底上，会存在较大的应力，容易导致晶圆翘曲，影响器件均匀性。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本技术实施例提供了一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，以对n型dbr反射层进行优化，使得n型dbr反射层与衬底晶格更加匹配，减小应力和翘曲，提高器件均匀性。

2、为实现上述目的，本技术实施例提供了如下技术方案：

3、一种垂直腔面发射激光器，包括：

4、衬底；

5、位于所述衬底一侧沿背离所述衬底的方向层叠设置的n型dbr反射层、第一限制层、有源层、第二限制层、氧化限制层和p型dbr反射层；

6、所述n型dbr反射层包括沿背离所述衬底的方向层叠设置的m组dbr反射层组，m≥2，且m为整数；

7、所述dbr反射层组包括沿背离所述衬底的方向层叠设置的k个反射单元，k为正整数，所述反射单元包括第一折射率层和第二折射率层，所述第一折射率层为alxgaas层，所述第二折射率层为alygaasp层，x<y；

8、第i+1组所述dbr反射层组中各个所述反射单元的所述第二折射率层的p组分小于第i组所述dbr反射层组中各个所述反射单元的所述第二折射率层的p组分，i为正整数。

9、可选的，第i组所述dbr反射层组中各个所述反射单元的所述第二折射率层的p组分相等；

10、或者，第i组所述dbr反射层组中，第j+1个所述反射单元的所述第二折射率层的p组分小于第j个所述反射单元的所述第二折射率层的p组分，j为正整数。

11、可选的，所述反射单元还包括：

12、位于所述第一折射率层和所述第二折射率层之间的带隙过渡层，所述带隙过渡层为algaas层或algaasp层，所述带隙过渡层的al组分介于所述第一折射率层的al组分和所述第二折射率层的al组分之间；

13、当所述带隙过渡层为algaasp层时，所述带隙过渡层的p组分小于所述第二折射率层的p组分。

14、可选的，所述衬底为n型gaas衬底。

15、可选的，所述衬底为n型ge衬底，所述n型ge衬底的晶向为100面偏111面大于等于2°；

16、所述垂直腔面发射激光器还包括：

17、位于所述n型ge衬底和所述n型dbr反射层之间的缺陷抑制层，所述缺陷抑制层为algainp层、alinp层或者gainp层。

18、可选的，所述缺陷抑制层中掺杂有表面活性剂，所述表面活性剂的材料为sb材料或者te材料。

19、一种垂直腔面发射激光器的制备方法，包括：

20、提供衬底；

21、在所述衬底一侧沿背离所述衬底的方向形成层叠的n型dbr反射层、第一限制层、有源层、第二限制层、氧化限制层和p型dbr反射层；

22、其中，所述n型dbr反射层的形成过程包括：

23、在所述衬底一侧沿背离所述衬底的方向形成层叠的m组dbr反射层组，m≥2，且m为整数；所述dbr反射层组包括沿背离所述衬底的方向层叠设置的k个反射单元，k为正整数，所述反射单元包括第一折射率层和第二折射率层，所述第一折射率层为alxgaas层，所述第二折射率层为alygaasp层，x<y；第i+1组所述dbr反射层组中各个所述反射单元的所述第二折射率层的p组分小于第i组所述dbr反射层组中各个所述反射单元的所述第二折射率层的p组分，i为正整数。

24、可选的，在形成所述反射单元时，所述反射单元还包括：

25、位于所述第一折射率层和所述第二折射率层之间的带隙过渡层，所述带隙过渡层为algaas层或algaasp层，所述带隙过渡层的al组分介于所述第一折射率层的al组分和所述第二折射率层的al组分之间；

26、当所述带隙过渡层为algaasp层时，所述带隙过渡层的p组分小于所述第二折射率层的p组分。

27、可选的，所述衬底为n型ge衬底，所述n型ge衬底的晶向为100面偏111面大于等于2°；

28、在形成所述n型dbr反射层之前，所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：

29、在所述n型ge衬底一侧形成缺陷抑制层，所述缺陷抑制层为algainp层、alinp层或者gainp层，所述缺陷抑制层的生长温度范围为650℃-700℃，包括端点值；

30、进而在所述缺陷抑制层背离所述n型ge衬底一侧形成所述n型dbr反射层。

31、可选的，在形成所述缺陷抑制层时，向所述缺陷抑制层中掺杂表面活性剂，所述表面活性剂的材料为sb材料或者te材料。

32、与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

33、本技术实施例所提供的垂直腔面发射激光器包括衬底和位于衬底一侧沿背离衬底的方向层叠设置的n型dbr反射层、第一限制层、有源层、第二限制层、氧化限制层和p型dbr反射层；其中，n型dbr反射层包括沿背离衬底的方向层叠设置的m组dbr反射层组，m≥2，且m为整数；dbr反射层组包括沿背离衬底的方向层叠设置的k个反射单元，k为正整数，反射单元包括第一折射率层和第二折射率层，第一折射率层为alxgaas层，第二折射率层为alygaasp层，x<y，即第一折射率层为低al组分的高折射率层，第二折射率层为高al组分的低折射率层；相比于现有垂直腔面发射激光器中，n型dbr反射层的高折射率层和低折射率层均为algaas层，本技术实施例所提供的垂直腔面发射激光器中，n型dbr反射层的各个反射单元的低折射率层为alygaasp层，如果衬底采用n型gaas衬底，那么，由于algaas材料比gaas材料晶格大，algaasp材料比gaas材料晶格小，且algaasp材料相比于algaas材料与gaas材料晶格更为匹配，因此，n型dbr反射层的各个反射单元的低折射率层采用alygaasp层可以减小应力和翘曲，提高器件均匀性。

34、并且，本技术实施例所提供的垂直腔面发射激光器，将n型dbr反射层划分为沿背离衬底的方向层叠设置的m组dbr反射层组，并设置第i+1组dbr反射层组中各个反射单元的第二折射率层的p组分小于第i组dbr反射层组中各个反射单元的第二折射率层的p组分，即，沿背离衬底的方向，各组dbr反射层组中第二折射率层（alygaasp层）的p组分逐渐减小，使得第二折射率层（alygaasp层）逐渐向alygaas层过渡。