一种可调节翘曲的Vcsel外延结构及其制备方法

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

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

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

进一步，所述P型掺杂的DBR包括重叠生长的15-25对Al

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；

S2：通入砷烷、三甲基镓、三甲基铝和硅烷，生长N型掺杂的DBR，其中每生长4-20对DBR层后，将气源切换为通入磷烷、三甲基铟、三甲基镓、硅烷，生长一层应力补偿层；

S3：通入砷烷、磷烷、三甲基镓、三甲基铟生长有源层；

S4：通入砷烷、三甲基镓、三甲基铝和四溴化碳生长氧化限制层；

S5：通入砷烷、三甲基镓、三甲基铝和四溴化碳，生长P型掺杂的DBR，其中每生长4-20对DBR层后，将气源切换为通入磷烷、三甲基铟、三甲基镓、二乙基锌，生长一层应力补偿层；

S6：通入砷烷、三甲基镓和四溴化碳生长欧姆接触层；

S7：生长完成后，将反应腔温度降低到100℃后将外延片取出。

进一步，所述氧化限制层为Al

进一步，所述欧姆接触层为GaAs材料，掺杂类型为p型，掺杂浓度1E

本发明的有益效果：

本发明公开了一种可调节翘曲的Vcsel外延结构，通过在DBR层中周期性插入应力缓冲层，从而达到可调节降低DBR生长所引起的应力的效果，一方面减少了整个外延层应力提高外延层晶体质量，另一方面，降低了外延片翘曲，提高外延片各参数均匀性。

附图说明

图1为本发明的可调节翘曲的Vcsel外延结构的结构示意图；

图2为本发明的实施例中的外延结构中P型掺杂DBR的结构示意图；

其中，衬底101、缓冲层102、N型掺杂的DBR 103、有源层104、氧化限制层105、P型掺杂的DBR 106、欧姆接触层107、应力补偿层201。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明，显然，所描述的实施例仅仅只是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。另外，需要说明的是，本发明中未进行特殊限定的工艺参数均采用VCSEL芯片常规工艺参数。

如图1所示，本发明的一种可调节翘曲的Vcsel外延结构，包括衬底101，该衬底101为GaAs衬底，在GaAs衬底上依次沉积有缓冲层102、N型掺杂的DBR103、有源层104、氧化限制层105、P型掺杂的DBR 106和欧姆接触层107。

其中，N型掺杂的DBR 103包括25-35对重叠生长的Al

上述可调节翘曲的Vcsel外延结构的制备方法如下：

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，按照常规的方法生长缓冲层102，缓冲层102材料为GaAs，掺杂类型为n型，掺杂浓度1E

S2：缓冲层生长完成后，通入砷烷、三甲基镓、三甲基铝和硅烷按照常规的方法生长N型掺杂的DBR 103，N型掺杂的DBR 103为光学厚度为λ/4的Al

S3：通入砷烷、磷烷、三甲基镓、三甲基铟按照常规的方法生长得到有源层104，有源层104采用InGaAs/GaAsP量子阱结构，量子阱结构的周期数为3-6个；

S4：通入砷烷、三甲基镓、三甲基铝和四溴化碳按照常规的方法生长氧化限制层105，氧化限制层105材料为Al

S5：通入砷烷、三甲基镓、三甲基铝和四溴化碳按照常规方法生长P型掺杂的DBR106，P型掺杂的DBR 106为光学厚度为λ/4的Al

S6：通入砷烷、三甲基镓和四溴化碳按照常规的方法生长欧姆接触层107,欧姆接触层107材料为GaAs，掺杂类型为p型，掺杂浓度为1E

S7：生长完成后，将反应腔温度降低到100℃后将外延片取出。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。