一種壓電調(diào)制垂直腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種壓電調(diào)制垂直腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其包括：?jiǎn)尉r底(1)、緩沖層(2)、n型DBR反射鏡(3)、載流子下限制層(4)、增益區(qū)(5)、載流子上限制層(6)、光電限制層(7)、p型DBR反射鏡(8)、歐姆電極接觸層(9)、第一透明電極(10)、兩個(gè)第二金層(11)、SiO2增透膜(12)、兩個(gè)SiN絕緣層(13)、第二透明電極(14)、兩個(gè)第三金層(15)、第一金層(16)。其在加電工作時(shí)利用SiO2增透膜的壓電特性使垂直腔半導(dǎo)體激光器的腔發(fā)生不同程度的形變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直腔半導(dǎo)體激光器輸出功率的壓電調(diào)制。
【專利說(shuō)明】一種壓電調(diào)制垂直腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器件【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種壓電調(diào)制垂直腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，垂直腔半導(dǎo)體激光器輸出功率的調(diào)制主要依靠改變施加的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)，調(diào)制方式單一。通常，在垂直腔半導(dǎo)體激光器的輸出端面需要鍍S12增透膜，來(lái)提高微分量子效率且增強(qiáng)光透過(guò)率，而S12是具有壓電特性的材料。因此可以利用增透膜S12的壓電特性，使激光器的腔由平面穩(wěn)定腔變?yōu)榉瞧矫娣欠€(wěn)腔，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直腔半導(dǎo)體激光器輸出功率的調(diào)制。
[0003]壓電材料是一類具有壓電物理特性的電介質(zhì)，一般被制成轉(zhuǎn)換元件廣泛應(yīng)用于壓電式傳感器上。當(dāng)在某些電介質(zhì)的極化方向上施加交變電場(chǎng)時(shí)，這些電介質(zhì)會(huì)發(fā)生機(jī)械形變，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的機(jī)械變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。
[0004]S12為正六面體，有三個(gè)坐標(biāo)軸，z軸是晶體的對(duì)稱軸，稱為光軸，在這個(gè)方向上沒有壓電效應(yīng)；χ軸稱為電軸，垂直于X軸晶面上的壓電效應(yīng)最明顯；Y軸稱為機(jī)械軸，在電場(chǎng)力的作用下沿此軸方向的形變最顯著。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種壓電調(diào)制垂直腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，通過(guò)使S12增透膜兩側(cè)都鍍有電極的巧妙設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)垂直腔半導(dǎo)體激光器輸出功率的調(diào)制。
[0006]本發(fā)明的壓電調(diào)制垂直腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其包括:
[0007]單晶片襯底(I)、緩沖層(2)、η型DBR反射鏡(3)、載流子下限制層⑷、增益區(qū)
(5)、載流子上限制層(6)、光電限制層(7)、ρ型DBR反射鏡(8)、歐姆電極接觸層(9)、第一透明電極(10)、兩個(gè)第二金層(ll)、Si02增透膜(12)、兩個(gè)SiN絕緣層(13)、第二透明電極(14)、兩個(gè)第三金層(15)、第一金層(16)；
[0008]其中，單晶片襯底⑴、緩沖層(2)、11型081?反射鏡(3)、載流子下限制層⑷、增益區(qū)(5)、載流子上限制層(6)、光電限制層(7)、P型DBR反射鏡⑶和歐姆電極接觸層(9)
等寬；
[0009]且，所述第一金層(16)蒸鍍于所述單晶片襯底(I)下方；所述單晶片襯底(I)上方依次生成緩沖層(2)、n型DBR反射鏡(3)、載流子下限制層(4)、增益區(qū)(5)、載流子上限制層(6)、光電限制層(7)、p型DBR反射鏡⑶和歐姆電極接觸層(9)；
[0010]進(jìn)一步的，所述第一透明電極(10)蒸鍍于所述歐姆電極接觸層(9)的中心區(qū)域；所述兩個(gè)第二金層(11)分別蒸鍍于所述歐姆電極接觸層(9)上且位于所述第一透明電極
(10)兩側(cè)；且所述第一透明電極(10)和所述兩個(gè)第二金層(11)的總寬度與單晶片襯底
(I)寬度相同；
[0011]所述S12增透膜(12)生于所述第一透明電極(10)上，且所述S12增透膜(12)與所述第一透明電極(10)等寬、兩側(cè)分別與所述第一透明電極(10)兩側(cè)在同一垂直平面；
[0012]所述兩個(gè)SiN絕緣層(13)分別生于所述兩個(gè)第二金層(11)上且位于所述S1jI透膜(12)兩側(cè)；
[0013]所述第二透明電極(14)蒸鍍于所述S12增透膜(12)上，且所述第二透明電極
[14]與所述S12增透膜(12)等寬，且兩側(cè)分別與所述S12增透膜(12)兩側(cè)在同一垂直平面；
[0014]所述兩個(gè)第三金層(15)分別生于所述兩個(gè)SiN絕緣層上且位于所述第二透明電極(14)兩側(cè)，所述兩個(gè)第三金層(15)與所述兩個(gè)SiN絕緣層(13)等寬。
[0015]進(jìn)一步的，所述單晶片襯底⑴是寬度為250um的n-GaAs(lOO) (S1: 2xl018/cm2)；
[0016]所述緩沖層⑵是厚度為0.5um的n-GaAs (S1: 2xl018/cm2)；
[0017]所述η型DBR反射鏡(3)是由20對(duì)λ /4周期重復(fù)的Al0.9Ga0.,As (81.7nm) /GaAs (69.6nm) (S1: 2xl018/cm2)組成；
[0018]所述載流子下限制層⑷是厚度為?2.3nm的n-Ala2GaQ.8As (S1:1 X 1018/cm3)；
[0019]所述增益區(qū)(5)包括3個(gè)量子阱，且阱材料為Ina2Gaa8As厚度為8nm，勢(shì)壘材料為GaAs厚度為1nm ；
[0020]所述載流子上限制層(6)是厚度為72.3nm 的 p-AlQ.2GaQ.8AS (C:1 X 1018/cm3)；
[0021]所述光電限制層(7)是厚度為30nm的AlAs (C: 2 X 1018/cm3)；
[0022]所述P 型 DBR 反射鏡(8)由 29.5 對(duì) λ /4 周期重復(fù)的 Al0.9Ga0.,As (81.7nm) /GaAs (69.6nm) (C: 2 X 1018/cm3)構(gòu)成；
[0023]所述歐姆電極接觸層(9)是厚度為139.2nm的p型GaAs (C:4X 1019/cm3)歐姆電極接觸層。
[0024]所述第一透明電極(10)是寬度為50um、厚度為0.3um的氧化銦錫透明電極；
[0025]所述兩個(gè)第二金層(11)厚0.3um、寬度為10um ；
[0026]所述S12增透膜(12)厚度為λ /4 ；
[0027]所述兩個(gè)SiN絕緣層(13)寬度為50um、厚度為λ /4 ；
[0028]第二透明電極(14)是厚度為0.3um的氧化銦錫透明電極；
[0029]兩個(gè)第三金層(15)厚度為0.3um。
[0030]進(jìn)一步的，所述第二透明電極(14)出光口為圓形或方形。
[0031]進(jìn)一步的，所述第一透明電極(10)和所述第二透明電極(14)為ZnO透明電極。
[0032]有益效果:
[0033]本發(fā)明的壓電調(diào)制垂直腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其改變?yōu)槭筍12增透膜兩側(cè)都鍍有電極，而普通垂直腔半導(dǎo)體激光器的S12增透膜只有一側(cè)有電極。因?yàn)槌龉饷嬖鐾改12具有壓電特性，當(dāng)在其上下表面加電壓時(shí)，S12增透膜會(huì)發(fā)生形變，從而使得垂直腔半導(dǎo)體激光器的腔由平面穩(wěn)定腔變?yōu)榉瞧矫娣欠€(wěn)腔，改變垂直腔半導(dǎo)體激光器的輸出功率。隨著施加電壓的不同，增透膜的形變程度發(fā)生變化，激光器腔的形變程度隨之發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)垂直腔半導(dǎo)體激光器輸出功率的調(diào)制。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是本發(fā)明的壓電調(diào)制垂直腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]其中附圖標(biāo)記為:
[0036]單晶片襯底-1;
[0037]緩沖層-2 ；
[0038]η 型 DBR 反射鏡 _3 ；
[0039]載流子下限制層-4;
[0040]增益區(qū)-5 ;
[0041]載流子上限制層-6;
[0042]光電限制層-7;
[0043]P 型 DBR 反射鏡-8 ；
[0044]歐姆電極接觸層-9 ；
[0045]第一透明電極-10;
[0046]第二金層-11;
[0047]S12 增透膜-12 ；
[0048]SiN 絕緣層-13 ；
[0049]第二透明電極-14;
[0050]第三金層-15 ；
[0051]第一金層-16。

【具體實(shí)施方式】
[0052]本發(fā)明采用的壓電調(diào)制垂直腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)是:采用M0CVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)外延生長(zhǎng)方法。如圖1所示:
[0053]在寬度為250um的n-GaAs(lOO) (S1:2xl018/cm2)單晶片襯底I上生長(zhǎng)厚度為
0.5um 的 n-GaAs (S1: 2xl018/cm2)緩沖層 2 ；
[0054]在n-GaAs (S1:2xl018/cm2)緩沖層2上生長(zhǎng)20對(duì)λ/4周期重復(fù)的Al0 9Ga0.,As (81.7nm) /GaAs (69.6nm) (S1: 2xl018/cm2)，形成 η 型 DBR 反射鏡 3 ；
[0055]在η型反射鏡3上生長(zhǎng)厚度為72.3nm的n-Ala2GaQ.8As (S1:1 X 1018/cm3)載流子下限制層4 ；
[0056]在載流子下限制層4上生長(zhǎng)具有3個(gè)量子阱的增益區(qū)5 (阱材料為Ina2Gaa8As厚度為8nm，勢(shì)壘材料為GaAs厚度為1nm)；
[0057]在增益區(qū)5上生長(zhǎng)厚度為72.3nm的p-AlQ.2GaQ.8As (C:1 X 1018/cm3)載流子上限制層6 ；
[0058]在載流子上限制層6上生長(zhǎng)厚度為30nm的AlAs (C: 2 X 1018/cm3)光電限制層7 ；
[0059]在光電限制層7上生長(zhǎng)29.5對(duì)λ /4周期重復(fù)的Ala9Gaa ,As (81.7nm) /GaAs (69.6nm) (C: 2 X 1018/cm3)，形成 p 型 DBR 反射鏡 8 ；
[0060]在P型DBR反射鏡8上生長(zhǎng)厚度為139.2nm高摻雜p型GaAs (C:4X 1019/cm3)歐姆電極接觸層9 ；
[0061]在歐姆電極接觸層9的中心區(qū)域蒸鍍寬度為50um、厚度為0.3um的IT0(氧化銦錫)透明電極10 ；
[0062]在透明電極10兩側(cè)與襯底I下方分別蒸鍍0.3um厚的第二金層11、第一金層16，襯底下方第一金層16與襯底等寬，透明電極兩側(cè)第二金層11寬度為10um ；
[0063]在第一透明電極10上濺射與透明電極等寬，兩側(cè)分別與第一透明電極兩側(cè)在同一垂直平面、厚度為λ /4的S12增透膜12 ；
[0064]在S12增透膜12的兩側(cè)二次外延生長(zhǎng)寬度為50um、厚度為λ /4的SiN絕緣層13 ；
[0065]在S12增透膜12上蒸鍍與增透膜等寬，兩側(cè)分別與增透膜兩側(cè)在同一垂直平面、厚度為0.3um的ITO (氧化銦錫)第二透明電極14 ；
[0066]在第二透明電極14兩側(cè)蒸鍍0.3um厚的第三金層15，完成壓電調(diào)制垂直腔半導(dǎo)體激光器的生長(zhǎng)。
[0067]其中29.5對(duì)八1。.辦(|.#/^八8((::2\10170113)入/4周期重復(fù)形成p型DBR反射鏡，反射譜中心波長(zhǎng)為980nm，反射率為99.9%。所述第二透明電極(14)出光口可以制成圓形、方形等各種形狀；
[0068]因?yàn)槌龉饷嬖鐾改12具有壓電特性，當(dāng)在其上下表面加電壓時(shí)，S12增透膜會(huì)發(fā)生形變，從而改變使得垂直腔半導(dǎo)體激光器的腔由平面穩(wěn)定腔變?yōu)榉瞧矫娣欠€(wěn)腔，改變垂直腔半導(dǎo)體激光器的輸出功率。隨著施加電壓的不同，增透膜的形變程度發(fā)生變化，激光器腔的形變程度隨之發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直腔半導(dǎo)體激光器輸出功率的調(diào)制。因此在工作時(shí)，在S12兩側(cè)的電極加電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)電壓值得大小，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直腔半導(dǎo)體激光器輸出功率的調(diào)制。
[0069]當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種壓電調(diào)制垂直腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 單晶片襯底(I)、緩沖層(2)、n型DBR反射鏡(3)、載流子下限制層(4)、增益區(qū)(5)、載流子上限制層(6)、光電限制層(7)、p型DBR反射鏡(8)、歐姆電極接觸層(9)、第一透明電極(10)、兩個(gè)第二金層(ll)、Si02增透膜(12)、兩個(gè)SiN絕緣層(13)、第二透明電極(14)、兩個(gè)第三金層(15)、第一金層(16)； 其中，單晶片襯底(I)、緩沖層(2)、η型DBR反射鏡(3)、載流子下限制層(4)、增益區(qū)(5)、載流子上限制層(6)、光電限制層(7)、P型DBR反射鏡⑶和歐姆電極接觸層(9)等寬； 且，所述第一金層(16)蒸鍍于所述單晶片襯底(I)下方；所述單晶片襯底(I)上方依次生成緩沖層(2)、η型DBR反射鏡(3)、載流子下限制層(4)、增益區(qū)(5)、載流子上限制層(6)、光電限制層(7)、ρ型DBR反射鏡⑶和歐姆電極接觸層(9)； 進(jìn)一步的，所述第一透明電極(10)蒸鍍于所述歐姆電極接觸層(9)的中心區(qū)域；所述兩個(gè)第二金層(11)分別蒸鍍于所述歐姆電極接觸層(9)上且位于所述第一透明電極(10)兩側(cè)；且所述第一透明電極(10)和所述兩個(gè)第二金層(11)的總寬度與單晶片襯底(I)寬度相冋； 所述S12增透膜(12) 二次外延生長(zhǎng)于所述第一透明電極(10)上，且所述S12增透膜(12)與所述第一透明電極(10)等寬、兩側(cè)分別與所述第一透明電極(10)兩側(cè)在同一垂直平面； 所述兩個(gè)SiN絕緣層(13)分別生于所述兩個(gè)第二金層(11)上且位于所述S12增透膜(12)兩側(cè)； 所述第二透明電極(14)蒸鍍于所述S12增透膜(12)上，且所述第二透明電極(14)與所述S12增透膜(12)等寬，且兩側(cè)分別與所述S12增透膜(12)兩側(cè)在同一垂直平面；所述兩個(gè)第三金層(15)分別生于所述兩個(gè)SiN絕緣層上且位于所述第二透明電極(14)兩側(cè)，所述兩個(gè)第三金層(15)與所述兩個(gè)SiN絕緣層(13)等寬。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電調(diào)制垂直腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述單晶片襯底⑴是寬度為250um的n-GaAs(lOO) (S1: 2xl018/cm2)； 所述緩沖層⑵是厚度為0.5um的n-GaAS(S1:2X1018/Cm2)； 所述η型DBR反射鏡(3)是由20對(duì)λ /4周期重復(fù)的Ala9Gaa # (81.1xm)/GaAs (69.6nm) (S1: 2xl018/cm2)組成； 所述載流子下限制層(4)是厚度為72.3nm的n_Al0.2Ga0.8As (S1:1 X 1018/cm3)； 所述增益區(qū)(5)包括3個(gè)量子阱，且阱材料為Ina2Gaa8As厚度為8nm，勢(shì)壘材料為GaAs厚度為1nm ； 所述載流子上限制層(6)是厚度為72.3nm的p-Al0.2Ga0.8As (C:1 X 11Vcm3)； 所述光電限制層(7)是厚度為30nm的AlAs(C:2X1018/Cm3)； 所述P型DBR反射鏡⑶由29.5對(duì)λ /4周期重復(fù)的Ala9Gaa # (81.1xm)/GaAs (69.6nm) (C: 2 X 1018/cm3)構(gòu)成； 所述歐姆電極接觸層(9)是厚度為139.2nm的P型GaAs (C: 4X 11Vcm3)歐姆電極接觸層。
3.如權(quán)利要求2所述的壓電調(diào)制垂直腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一透明電極(10)是寬度為50um、厚度為0.3um的氧化銦錫透明電極；所述兩個(gè)第二金層(11)厚0.3um、寬度為10um ；所述S12增透膜(12)厚度為λ /4 ；所述兩個(gè)SiN絕緣層(13)寬度為50um、厚度為λ /4 ；第二透明電極(14)是厚度為0.3um的氧化銦錫透明電極；兩個(gè)第三金層(15)厚度為0.3um。
4.如權(quán)利要求1所述的壓電調(diào)制垂直腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二透明電極(14)出光口為圓形或方形。
5.如權(quán)利要求1所述的壓電調(diào)制垂直腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一透明電極(10)和所述第二透明電極(14)為ZnO透明電極或其他透明電極。
【文檔編號(hào)】H01S5/183GK104377545SQ201410759292
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】王智勇, 呂朝蕙, 李軍, 堯舜, 邱運(yùn)濤, 賈冠男, 高祥宇, 雷宇鑫 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)