[发明专利]半导体层叠板和垂直腔面发射激光器

说明书

发明领域

在此，本发明主要涉及一种半导体层叠板和一种垂直腔面发射激光器。

背景技术

固体激光器比如Nd:GdVO4、Nd:YAG等具有有限的波长，而半导体激光器却能发射不同波长的激光，因为调整活性材料的构成是比较容易的。因此，这预计将应用于需要高输出量激光的领域。特别地，一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有不受跳模影响的波长可控的优越特性。

这样一种半导体激光器能在一个特定能隙下通过电流注入有源层或光激发载流子注入来发射预定波长的光。为有效实施载流子注入，一种量子阱有源层被广泛用于有源层结构中。并且，为获得高输出量，多量子阱(MQW)结构被普遍使用，其中多量子阱层被阻挡层分隔开。

例如，非专利文件1中公开了一种结构，其中三个8纳米厚的由砷磷化镓铟形成的量子阱层被10纳米厚的由磷化镓铟形成的阻挡层分隔开。

此外，为了以垂直腔面发射激光获得更高的输出量，要满足几个要求，比如，有效的载流子限制、提高的增益以及对于产生于有源层的热量的优越的热辐射特性。

专利文件1公开了一种结构，这种结构通过在阻挡层外侧形成一个具有更宽能隙的层而具有提高的载流子限制效果，这些阻挡层之间层叠了量子阱层，该量子阱层被描述为载流子泄漏预防层。

专利文件2公开了一种使用光激发来获得更高输出量的外部反射镜垂直腔面发射激光器。具体地，在专利文件2中公开的结构中，厚度为λ/2(λ：振荡波长)的磷化镓铟层被提供于谐振器的两个表面上，以提高载流子限制效果。并且，在上述结构中，具有压缩畸变的砷化镓铟材料被用作量子阱层，并且由具有拉伸畸变的砷磷化镓(铟)材料形成的多个层被用来补偿压缩畸变。

然而，在发明文件1中公开的结构具有小能隙差别，由此不能期望获得更高的输出量。此外，由于半导体激光器的振荡波长范围是780纳米，Al_0.2Ga_0.8As被用作位于上层半导体分布布拉格反射镜(DBR)和下层DBR上的高折射率层，而Al_0.4Ga_0.6As被用于上层覆层和下层覆层上。然而，如果以更高输出量作为目标，在半导体激光器上使用这些材料并不是优选的，因为这些材料具有低热导率。

同样，专利文件2和3中公开的结构使用磷化镓铟层或由砷磷化镓(铟)材料形成的层。然而，同样，如果以更高输出量作为目标，在半导体激光器上使用磷化镓铟或砷磷化镓(铟)材料并不可取，因为这些材料具有低热导率。并且，在制造专利文件2中公开的结构时，如果砷磷化镓(铟)材料生长于砷化镓上，或砷化镓生长于砷磷化镓(铟)上，必须将生长气氛从砷气氛改为磷/砷混合气氛，或从磷/砷混合气氛改为砷气氛。在这种情况下，砷或磷原子趋向于变成分离，从而在界面处产生晶格缺陷，增加对激光的吸收，以及阻止更高输出量。

非专利文件3公开了具有不同光激发结构的垂直腔面发射激光器。作为例子，公开了一种结构，其中层叠了五个层，五个层中的每一个都包含一对2QW量子阱层和位于这对2QW量子阱层之间的载流子阻碍层。然而，不能期待获得有效的载流子限制效果，因为阻挡层的高度都是一样的。另外，2QW量子阱层是均匀分布的，其中作为光激发的一种有源层结构不能被识别出另一个特点是，当多量子阱有源层内的量子阱层朝向表面移动以阻止靠近表面的有源层处的载流子溢流时，该多量子阱有源层内的量子阱层的数量增加。然而，对于高输出量来说，这并不是一个适合的结构，因为同样地，多量子阱层之间的载流子阻碍层上的阻挡层的高度都是一样的。

同样，非专利文件4公开了一种结构，在这种结构中当量子阱层朝向表面移动时，其数量增加。同样，载流子阻碍层中的阻挡层的高度都是一样的。

同样，非专利文件5公开了一种使用红光发射材料的光激发垂直腔面发射激光器晶片的结构。一般而言，使用红光发射磷化铟铝镓材料来获得高输出量是很困难的，因为它不能通过势垒壁材料获得充分的带偏量。此处，尽管层叠了多个量子阱层以实现特定水平的输出量，获得更高输出量仍然是困难的，因为结构中固有的低载流子限制效果依然未发生改变。