[发明专利]一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器

说明书

技术领域

本发明涉及III-IV族激光器材料制备技术领域，具体为一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器及其制备方法。

背景技术

垂直腔面发射激光器是当前激光技术领域最活跃的研究课题之一，其广泛应用于光通信、红外照明等领域。垂直腔面发射激光器的主要结构包括衬底、N型掺杂层、N型DBR、量子阱层、P型DBR、P型掺杂层。为了将电流和激光限制在很小的孔径之内，在量子阱层和P型DBR之间会生长一层或多层高折射率高Al组分的AlGaAs外延层，Al的组分大于等于0.95，然后利用选择氧化技术将高Al组分的AlGaAs从四周向内氧化成低折射率的Al₂O₃，中间一定孔径内的AlGaAs不被氧化。由于Al₂O₃是绝缘材料，故在通电时能将电流限制在中间孔径之内，另外由于Al₂O₃的折射率小于AlGaAs，故可将光波限制在中间孔径之内，这样，产生的光子就从中间孔径之内激射出去，形成圆形且远场发散角小的激光束。在高Al组分的AlGaAs被氧化成Al₂O₃的过程中，会产生体积收缩效应，氧化后的外延层会产生空洞，使得氧化层很容易塌陷变形，从而导致器件失效。另外氧化过程中产生的副产物中有剧毒的As、As₂O₃，不利于环境保护。

选择氧化技术是目前制造垂直腔面发射激光器的关键工艺，其原理是在300℃～500℃温度下，用氮气携带水蒸气经过样品时，高Al组分的AlGaAs和H₂O反应会形成透明的自然氧化层。反应生成物包括Al的氧化物Al₂O₃以及As的化合物AsH₃，As₂O₃等。这些As的化合物易挥发，可以被氮气带出氧化层，经过严格的处理后排放到大气中。由于高Al组分的AlGaAs与H₂O反应生成物众多，其氧化过后会在高Al组分的AlGaAs层内形成大量空洞，导致被氧化的AlGaAs层开裂、体积收缩，会影响到整个器件的性能。

发明内容

为解决上述的技术问题，本发明提出一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器及其制备方法，其中，一种基于二次外延技术的非选择氧化垂直腔面发射激光器的外延结构从下向上的顺序依次包括：衬底1、N型掺杂层2、N型DBR层3、多量子阱层4、P型DBR层5、光刻胶6、Al₂O₃薄膜层7、P型DBR层8、P型掺杂GaAs层9。Al₂O₃薄膜层7利用PECVD等离子体增强化学气相沉积法生长，然后利用光刻及刻蚀技术将Al₂O₃薄膜层7刻蚀成周向保留中间刻蚀掉的图形，然后利用MOCVD从Al₂O₃薄膜层7的中间位生长P型DBR层8，直到P型DBR层8盖过Al₂O₃薄膜层7，然后在P型DBR层8上生长一层P型掺杂GaAs层9。

该激光器的生长方法，包括以下具体步骤：

步骤一，将衬底1依次经过清洗溶液清洗；

步骤二，在衬底1上利用MOCVD技术生长一层N型掺杂的GaAs层2；

步骤三，在N型掺杂的GaAs层2上利用MOCVD技术生长一定对数的N型DBR外延层3；

步骤四，在N型DBR层3上利用MOCVD技术生长一层或多层量子阱层4；

步骤五，在量子阱层4上利用PECVD技术生长一层Al₂O₃薄膜层5；

步骤六，利用光刻技术在Al₂O₃薄膜层5的周向上制作光刻胶6；

步骤七，利用刻蚀技术将Al₂O₃薄膜层刻蚀成光刻胶6的形状即Al₂O₃薄膜层5的中间被刻蚀，周向依旧为Al₂O₃的周向Al₂O₃薄层7；