[发明专利]一种可调节翘曲的Vcsel外延结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可调节翘曲的Vcsel外延结构及其制备方法，涉及激光芯片技术领域。本发明的一种可调节翘曲的Vcsel外延结构，包括衬底，所述衬底上依次沉积有缓冲层、N型掺杂的DBR、有源层、氧化限制层、P型掺杂的DBR和欧姆接触层，所述N型掺杂的DBR和P型掺杂的DBR中周期性设置有应力补偿层。本发明公开了一种可调节翘曲的Vcsel外延结构及其制备方法，通过周期性设置的应力补偿层，不仅能够减少整个外延层应力，提高外延层晶体质量，同时还能够降低外延片翘曲，提高外延片各参数的均匀性。

技术领域

本发明涉及激光芯片技术领域，尤其涉及一种可调节翘曲的Vcsel外延结构及其制备方法。

背景技术

垂直腔面发射激光器(VCSEL)在新的光电子领域中起着越来越重要的作用。与传统的边发射激光器不同，VCSEL是光从垂直于半导体衬底表面方向出射的一种新型半导体激光器，具有单纵模、发散角小、圆形对称光斑、耦合效率高、阈值低、调制速率高、体积小、可二维集成、可在片测试、价格便宜等很多优点。

目前VCSEL大多数都是使用MOCVD设备在GaAs衬底上生长，因为有源区比较短，需要DBR有较高的反射率才会获得较大增益从而形成激射。这就要求DBR需要生长较多的周期，而一般的DBR是由Al_(x)Ga_(1-x)As/Al_(y)Ga_(1-y)As组成，虽然AlGaAs与GaAs晶格相近，周期数增多后，依然会因为晶格不匹配而在外延层中形成较大应力，应力不仅会导致晶体质量变差，还会造成外延片弯曲，影响外延层均匀性。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于公开一种可调节翘曲的Vcsel外延结构及其制备方法，通过周期性设置的应力补偿层，不仅能够减少整个外延层应力，提高外延层晶体质量，同时还能够降低外延片翘曲，提高外延片各参数的均匀性。

具体的，本发明的一种可调节翘曲的Vcsel外延结构，包括衬底，缓冲层、N型掺杂的DBR、有源层、氧化限制层、P型掺杂的DBR和欧姆接触层，所述N型掺杂的DBR和P型掺杂的DBR中周期性设置有应力补偿层。

进一步，所述应力补偿层的材料为Ga_xIn_(1-x)P。

进一步，所述X取值范围0.4-0.6。

进一步，所述补偿层光学厚度为λ/4。

进一步，所述N型掺杂的DBR包括重叠生长的25-35对Al_0.1GaAs/Al_0.9GaAs系的DBR层，每层的光学厚度为λ/4，掺杂浓度为1E¹⁷-1E²⁰。

进一步，所述P型掺杂的DBR包括重叠生长的15-25对Al_0.1GaAs/Al_0.9GaAs系的DBR层，每层的光学厚度为λ/4，掺杂浓度为1E¹⁷-1E²⁰。

进一步，所述N型掺杂的DBR或P型掺杂的DBR中，相邻两层应力补偿层之间间隔4-20对DBR层。优选的为间隔5对DBR层。

进一步，所述有源层采用InGaAs/GaAsP量子阱结构，所述量子阱结构的周期数为3-6个。

此外，本发明还公开了上述可调节翘曲的Vcsel外延结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1：以N型GaAs作为生长衬底，放入MOCVD系统中生长，控制反应室压力为50-100mbar，生长温度为670-750℃，以H2为载气，首先通入砷烷，三甲基镓，与硅烷，生长缓冲层；