[发明专利]一种绿光垂直腔面发射半导体激光器

说明书

本发明属于半导体光电子技术领域，涉及一种半导体激光器。一种绿光垂直腔面发射半导体激光器结构由第一底部分布布拉格反射镜层，第一下势垒层，第一有源层，隧道结，电流注入层，第一上势垒层，第一顶部分布布拉格反射镜层，欧姆接触层，第二底部分布布拉格反射镜层，第二下势垒层，第二有源层，第二上势垒层，第二顶部分布布拉格反射镜层和窗口层组成。本发明提出一种绿光垂直腔面发射半导体激光器结构，由一次外延生长来实现有源层、高反射率分布布拉格反射镜层和窗口层在内的绿光垂直腔面发射半导体激光器完整外延结构，无需二次外延生长，从而能够保证获得高质量的外延材料。

技术领域

本发明涉及一种绿光垂直腔面发射半导体激光器，属于半导体光电子技术领域。

背景技术

近二十年来，GaN 基半导体材料在外延生长和光电子器件制备方面均取得了重大科技突破，其中发光二极管（LED）和边发射激光器（EEL）已经实现产业化，但是具有更优越特性的垂直腔面发射激光器(VCSEL)仍处于实验室研究阶段。研发GaN基VCSEL已经成为国内外光电子领域研究的前沿和热点，国内外许多研发机构都投入了大量的人力和物力进行基础研究和应用开发。

VCSEL的独特优点包括阈值电流低、易实现单纵模工作、调制频率高、发散角度小、圆形光斑、易与光纤耦合、不必解理即可完成工艺制作和检测，易实现高密度二维阵列及光电集成等。蓝绿光VCSEL凭借以上优势，在高密度光存储、激光显示、激光打印、激光照明、激光电视、水下通信、海洋资源探测及激光生物医学等领域具有广阔的应用前景。

然而由于VCSEL谐振腔短（仅几微米长），导致其单程增益长度也极短，因此就要求制作的分布布拉格反射镜（DBR）材料质量必须良好，还要求DBR的反射率极高（通常要求达到99%以上）。 目前所采用离子注入孔径和空气隙孔径电流注入孔径结构的VCSEL谐振腔均为双介质膜DBR结构。这两种电流注入孔径结构均采用ITO膜内腔电极，ITO膜内腔电极吸收引起的损耗以及ITO/GaN界面带来的损耗导致较高的阈值电流和较低的光输出。

本发明提出一种绿光垂直腔面发射半导体激光器及其制备方法。该方法采用蓝光到近紫外波长的面发射半导体激光器作为泵浦光源获得绿光面发射半导体激光。该方法的优点是激光器结构紧凑，外延生长蓝光到近紫外波长的面发射半导体激光器结构和绿光面发射半导体激光器结构，两种激光器结构直接由外延生长获得。这种绿光面发射半导体激光器的制备工艺简单，不仅能够获得高质量的高反射率腔镜，还能有效减小谐振腔的腔长。

本发明提出一种绿光垂直腔面发射半导体激光器外延结构，包括两个有源层、两对分布布拉格反射镜组成，实现一次外延生长即可完成两个及两个以上不同发光波长有源层和两对分布布拉格反射镜材料制备。同时引入一种电流注入层，通过优化电流注入层结构来限制侧向电流的扩散，提高电流注入多量子阱有源区的均匀性，降低器件的阈值电流密度，从而有利于实现绿光垂直腔面发射半导体激光器光源。

发明内容

本发明的目的在于提出一种绿光垂直腔面发射半导体激光器结构，由热沉，蓝宝石衬底，缓冲层，第一底部DBR层，第一下势垒层，第一有源层，隧道结层，电流注入层，第一上势垒层，第一顶部DBR层，欧姆接触层，第二底部DBR层，第二下势垒层，第二有源层，第二上势垒层，第二顶部DBR层，窗口层组成。