[发明专利]垂直腔面发射半导体激光器结构

说明书

本发明公开了一种垂直腔面发射半导体激光器结构，包括：光学氧化限制层，位于激光器驻波波腹处，起光学限制的作用；电学氧化限制层，位于激光器驻波波节处，起到电流限制的作用；质子注入层，位于电学氧化限制层和光学氧化限制层上，提高激光器信息传输速率；以及衬底上外延生长缓冲层、N面电极、N型DBR、N型空间层、有源区、P型空间层、P型DBR层和P面电极构成激光器谐振腔。该垂直腔面发射激光器采用质子注入和分离限制氧化结构，此结构提高了电流注入的均匀性，减小了器件的寄生电容，具有低的阈值电流、稳定的单横模或多横模输出，提高了器件的高速性能。

技术领域

本发明涉及半导体激光器领域，尤其涉及一种垂直腔面发射半导体激光器结构。

背景技术

高速垂直腔面发射激光器(VCSEL)是下一代光通信和光互联网中最有前途的光源之一。随着信息化的发展，光通信对速度和带宽都提出了更高的要求，IEEE于2002年就提出了速度为10Gb/s的802.3ae以太网标准。尤其是在高速局域网中，具有众多优点的垂直腔面发射激光器极具市场前景和重大社会意义。在光通信网络中，信号经过主干网的长距离传输后，主要是通过短距离或甚短距离的局域网再到达用户终端。这种短距离可以使机房到机房之间、机架到机架之间、机盘到机盘之间、机盘内部或计算机内部的连接，其传输速率一般都超过10Gb/s传送距离一般不超过600m。对于这样高速率传输的信息，用电连接已经不适应，采用光传输技术是解决这一问题的首选。这种背景下产生了甚短距离光传输，甚短距离光传输的目的是采用最经济的光通信技术在短距离光传输上占据市场，其最关键的技术就是垂直腔面发射激光器(VCSEL)，一般采用850nm的VCSEL作光源。另外，在光互联中，数字通信光开关、路由器、高性能的多处理器系统、芯片间的数据传输等对带宽的要求持续增长，廉价、高速、低功耗和高可靠性的VCSEL已成为首选光源。此外，VCSEL可密集集成阵列的特性使其可以很方便的应用于并行光互联中，该技术将有可能代替电连接应用于总线技术，这将极大地提高芯片、系统间的数据传输，使得超高级计算机的实现成为可能。因此，高速VCSEL的研究具有重要意义。

通过氧化物对器件的载流子和光子的限制作用来制备的VCSEL器件在阈值电流密度、电光转换效率、激光的模式控制以及偏振的选择等方面有比较大的优势。传统的氧化限制VCSEL只有一个氧化孔径，同时起到电学和光学限制的作用。器件的寄生电容为氧化物电容与来自氧化物孔下面有源区电容的串联，单氧化层厚度薄，电容大，影响器件的高速性能。另一方面，单氧化层影响电流注入的均匀性，产生空间烧孔现象和热透镜效应，从而降低VCSEL的性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出了一种垂直腔面发射半导体激光器结构，该激光器通过光学和电学分离限制氧化和质子注入相结合的方法，解决上述的一个或多个技术问题。

(二)技术方案

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种垂直腔面发射半导体激光器结构，包括：

电学氧化限制层，为AlGaAs结构，位于激光器驻波波节处，起到电流限制的作用；

光学氧化限制层，为AlGaAs结构，位于激光器驻波波腹处，起光学限制的作用；

进一步的，光学氧化限制层的孔径为8-10μm，且大于电学氧化限制层的孔径大小。

质子注入层，位于电学氧化限制层和光学氧化限制层上，提高激光器信息传输速率；

进一步的，质子注入层的孔径与电学氧化限制层及光学氧化限制层的孔径对准，且质子注入层的孔径不大于电学氧化限制层的孔径。

以及衬底层，该衬底为GaAs材料。

N面电极，材料为Au/Ge/Ni金属。

N型DBR层，为GaAs/AlGaAs结构，每层DBR的厚度为λ/4，λ为激光器的波长。