[发明专利]集成泵浦光源的长波长垂直腔面发射激光器及制作方法

说明书

技术领域

本发明是一种垂直腔面发射激光器(Vertical CavitySurface Emitting Laser，VCSEL)，尤其是集成了泵浦光源(边发射激光器)的长波长垂直腔面发射激光器。

背景技术

垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser，VCSEL)是一种很有前途的半导体激光器，它具有许多优点：

1)可以做成密集排列的二维激光阵列。

2)可从与衬底垂直方向发出细的圆形光束，与光纤的耦合效率高。

3)可以在未理解芯片之前进行测试，使成本大大降低。

4)动态单模特性好，调制带宽较宽。由于垂直腔面发射激光器具有如此多优于传统边发射激光器的特点，很快就成为了研究的焦点，在光网络、光信息处理、传感以及其他领域产生了巨大影响。

日本的Iga教授在1977年首先提出垂直腔面发射激光器的构思，到了20世纪90年代，许多研究机构开发出了各种类型、各种波段的面发射激光器，并且积极推进各波段面发射激光器的商品化。目前为止，激射波长为0.85μm的GaAs/AlGaAs VCSEL已经成功地实现了商业应用，而长波长的面发射激光器在商品化方面遇到巨大的困难。长波长面发射激光器的无法商品化的原因，主要是长波长激光器所常用的InGaAsP/InP材料有以下缺点：

1)InGaAsP/InP材料作为半导体布拉格反射镜使用时，InGaAsP和InP的折射率相差较小。为使半导体布拉格反射镜达到99％以上的反射率，必须生长InGaAsP/InP 40对左右，这对外延生长来说是不小的难题。

2)InGaAsP/InP材料的俄歇吸收以及价带吸收较大。

3)InGaAsP和InP系在导带上的势垒很小，特别是在载流子浓度较高的时候很难有较好的温度特性。

4)InGaAsP材料的热传导系数比较低，散热较困难，这导致激光器功率不高。

5)InGaAsP/InP材料目前还没有很好的电流限制方法。InGaAsP/InP材料的这些缺点使长波长面发射激光器的单模输出功率很低，无法满足光通讯系统的要求。

为了克服垂直腔面发射激光器的单模输出功率低的问题，研究人员采用光取代电来泵浦长波长面发射激光器。光泵浦垂直面发射激光器的发热显著小于电泵浦垂直腔面发射激光器，因此能够得到较高的单模输出功率，但是一个外部泵浦光源的引入使器件的成本、封装难度大为提高，难以大规模推广。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种集成泵浦光源的长波长垂直腔面发射激光器及制作方法，具有泵浦光源和垂直腔面发射激光器之间无反射界面、成本小、出光功率大等优点。

本发明一种集成泵浦光源的长波长垂直腔面发射激光器，其特征在于，该结构包括：

一衬底，该衬底是磷化铟衬底；

一下布拉格反射镜，该下布拉格反射镜制作在衬底上；

一下限制层，该限制层制作在下布拉格反射镜上，该下限制层是磷化铟材料；

一下波导层，该下波导层制作在下限制层上，该下波导层是带隙波长为1.2微米的铟镓砷磷材料；

一有源区，该有源区制作在下波导层上；

一上波导层，该上波导层制作在有源区上，该上波导层是带隙波长为1.2微米的铟镓砷磷材料；

一上限制层，该上限制层制作在上波导层上，该上限制层是磷化铟材料；

一上布拉格反射镜，该上布拉格反射镜制作在上限制层上面的中间；

一欧姆接触层，该欧姆接触层制作在上限制层上，位于上布拉格反射镜的两侧，该欧姆接触层是铟镓砷材料；

一上电极，该上电极制作在欧姆接触层上，位于上布拉格反射镜的两侧，该上电极是金锌金材料；

一下电极，该下电极制作在衬底的下面，该下电极是金锗镍材料。

其中所述下布拉格反射镜由40对组合材料组成，每一对组合材料包括铝镓铟砷层和磷化铟层；该铝镓铟砷层/磷化铟层的材料与磷化铟晶格匹配，在磷化铟衬底上生长出来。

其中所述的有源区由两部分构成，一部分是垂直腔面发射激光器的有源区，另一部分是泵浦激光器的有源区。

其中所述的上布拉格反射镜由3对组合材料组成，每一对组合材料包括氧化镁和硅。

本发明一种集成泵浦光源的长波长垂直腔面发射激光器的制作方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：