專利名稱：一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器及其制備方法，尤其涉及一種適用于空間自由通信的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在光纖傳輸技術(shù)的研究與應(yīng)用中，由于短波長(zhǎng)面發(fā)射激光器具有較小的閾值電流、較小的發(fā)散角和圓形光斑，其可以實(shí)現(xiàn)短距離內(nèi)高速調(diào)制，并且具有節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，受到越來(lái)越多的重視和發(fā)展。目前，對(duì)面發(fā)射激光器的研究主要集中在面向光通信應(yīng)用的毫瓦級(jí)小功率器件的高速化技術(shù)上，包括近年來(lái)以爆炸式增長(zhǎng)的850nm的短距離光纖高速互聯(lián)技術(shù)，其主流調(diào)制頻率都以達(dá)到IOGHz為主，幾個(gè)典型的國(guó)際光通信公司都已經(jīng)有批量的相應(yīng)產(chǎn)品上市，其面發(fā)射氧化孔的直徑尺寸一般在8-12 u m左右，其功率基本上都在3-6mW的范圍以內(nèi)，且其多適用于300米以內(nèi)的多模光纖通信中，針對(duì)的一般都是短距離光纖傳輸數(shù)據(jù)通信市場(chǎng)。對(duì)于光纖中短距離傳輸來(lái)說，面發(fā)射激光器的工作功率可以在3mW以下，此較小功率的激光器的散熱問題也可以較好的得到控制，即便是在較小功率的情況下，其有源層附近的溫度一般都超過130°C。目前市面上的常規(guī)850nm面發(fā)射芯片用于空間通信時(shí)候，必須把工作電流加的很大，幾乎接近飽和電流，此時(shí)有源層的溫度甚至?xí)^170-180°C，這樣便嚴(yán)重降低了器件的壽命和可靠性。而在距離為l_3km的空間自由通信來(lái)說，面發(fā)射激光器的工作功率達(dá)到10_30mW是非常有必要的，此時(shí)，如果采用常規(guī)的方法來(lái)提高功率的話，則功率增大一個(gè)量級(jí)就需要相應(yīng)地把氧化孔放大到ISym以上，但是這樣就會(huì)增加臺(tái)面的尺寸和器件的電容值，從而導(dǎo)致器件的散熱問題更加嚴(yán)重，最終極大地影響器件的可靠性，因此，必須全面地重新優(yōu)化整個(gè)器件的材料、結(jié)構(gòu)和工藝，以此來(lái)滿足行業(yè)技術(shù)的要求?，F(xiàn)有的光纖通信用的面發(fā)射激光器一般都是通過采用GaAs/AlGaAs (砷化鎵/砷化鋁鎵)三量子阱作為有源區(qū)，其上反射鏡和下反射鏡各采用22對(duì)和35對(duì)的X/4的高Al(鋁)成分的AlGaAs和低Al成分的AlGaAs的DBR (分布式布拉格反射鏡)對(duì)，其中，均采用三元DBR對(duì)確實(shí)可以有效降低DBR的電阻，其在小功率情況下可以有效地提高器件的壽命，但是對(duì)于較大功率的面發(fā)射激光器的散熱卻會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響，這是因?yàn)槿衔锏纳嵝阅芘c二元化合物的散熱性能相比要低三倍左右。申請(qǐng)?zhí)枮?00510016967.X，申請(qǐng)公開號(hào)為CN1719673A，名稱為“一種帶凸凹反射
鏡的垂直外腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種包括散熱片、增透膜層，以及微通道散熱片的垂直外腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其雖然可以利用上述元件及其相應(yīng)結(jié)構(gòu)，在一定程度上解決高功率半導(dǎo)體激光器的散熱問題，但是因?yàn)槠渖嵝Ч陀行勖鼤r(shí)間會(huì)較大程度地受到上述元件的性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)技術(shù)水平的限制，從而使得整體器件的壽命和穩(wěn)定性受到影響，并且其還存在整體器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制備工藝繁瑣的缺陷。申請(qǐng)?zhí)枮?01110072769.0，申請(qǐng)公布號(hào)為CN102694341A，名稱為“一種刻蝕散熱增強(qiáng)型垂直腔面發(fā)射激光器”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種在襯底的中央采用刻蝕方法去掉相應(yīng)襯底，從而形成襯底溝槽的垂直腔面發(fā)射激光器，其雖然可以通過在已經(jīng)制作了下電機(jī)的襯底溝槽中填充高導(dǎo)熱焊料來(lái)較好地解決高功率半導(dǎo)體激光器的散熱問題，但是因?yàn)槠渖嵝Ч麖暮艽蟪潭壬鲜艿綔喜劭涛g技術(shù)水平以及高導(dǎo)熱焊料填充技術(shù)水平，乃至高導(dǎo)熱焊料其本身的性能指標(biāo)的影響，從而導(dǎo)致整體器件的壽命和穩(wěn)定性也受到相應(yīng)的影響，同時(shí)其也存在增大整體器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、增加器件制備工藝難度，以及增加器件制備成本的缺陷。總體來(lái)說，現(xiàn)有的一些半導(dǎo)體面發(fā)射激光器在距離為l_3km的空間自由通信中，多存在高功率工作情況下其散熱問題難以較為理想的解決的缺陷，從而存在整體器件的壽命較短、穩(wěn)定性較差、整體器件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、器件制備工藝較為復(fù)雜且難度較大，以及器件加工成本較高的缺陷，難以滿足空間自由通信實(shí)際應(yīng)用的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，以解決光纖傳輸應(yīng)用中面發(fā)射激光器的散熱問題，尤其是解決在距離為l_3km的空間自由通信中，高功率工作情況下面發(fā)射激光器的散熱問題，同時(shí)也使得面發(fā)射激光器在材料特性上得到改善，提高其工作壽命和工作可靠性，以滿足空間自由通信實(shí)際應(yīng)用的需求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，包括順次連接的襯底層、緩沖層、下分布式布拉格反射鏡DBR層、下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層、有源層、氧化的電流限制層和上分布式布拉格反射鏡DBR層；所述緩沖層上設(shè)有N型電極，所述上分布式布拉格反射鏡DBR層上設(shè)有P型電極；所述氧化的電流限制層上設(shè)有出光孔；所述下分布式布拉格反射鏡DBR層采用二元N型AlAs/GaAs對(duì)。如上所述的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，優(yōu)選的是，所述有源層采用整個(gè)厚度為一個(gè)入的長(zhǎng)度的應(yīng)變的 A10.37Ga0.63As (6nm) /In0.1Ga0.9As (4nm)五量子阱。在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述緩沖層、下分布式布拉格反射鏡DBR層、下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層、有源層、電流限制層和上分布式布拉格反射鏡DBR層的上面及側(cè)面設(shè)有三層導(dǎo)熱兼鈍化的AlN (氮化鋁)層。在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述N型電極和P型電極的上面和側(cè)面，以及P型臺(tái)和N型臺(tái)的上面和側(cè)面均設(shè)有厚度為2-3 的覆蓋銅層；所述下分布式布拉格反射鏡DBR層其設(shè)置的連接N型電極的覆蓋銅層與連接P型電極的覆蓋銅層之間間隔有距離。更優(yōu)選的是，所述出光孔的直徑為14-lSym;所述覆蓋銅層的內(nèi)環(huán)與出光孔圓周間的距離小于3iim。在上述任意方案中，優(yōu)選的是，所述整個(gè)器件上涂有bcb層，并生長(zhǎng)氧化硅層做平面化處理；所述bcb層和氧化硅層上設(shè)有淀積金屬做Pad層分別和N型電極和P型電極相連接。在上述任意方案中，優(yōu)選的是，所述下分布式布拉格反射鏡DBR層的二元N型AlAs/GaAs對(duì)的數(shù)量為三十對(duì)；所述下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層為三元N型Al0.92Ga0.08As/ Al0.12Ga0.88As的分布式布拉格反射鏡DBR，所述上分布式布拉格反射鏡DBR層為三元P型A10.92Ga0.08As/ A10.12Ga0.88As的分布式布拉格反射鏡DBR ;所述襯底層為半絕緣GaAs襯底層；所述緩沖層為摻Si的N型GaAs緩沖層；所述P型電極為P電極的TiPtAu (常規(guī)金屬柵)；所述氧化的電流限制層為AlOx氧化的電流限制層；所述N型電極為N型緩沖層所設(shè)的AuGeNi (合金)電極。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的制備方法，由此方法制備出的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，其能夠解決光纖傳輸應(yīng)用中面發(fā)射激光器的散熱問題，尤其是解決在距離為l_3km的空間自由通信中，高功率工作情況下面發(fā)射激光器的散熱問題，同時(shí)也使得面發(fā)射激光器在材料特性上得到改善，提高其工作壽命和工作可靠性，而且此方法本身也具有工藝簡(jiǎn)單，步驟合理，其成品性能良好，能夠滿足實(shí)際情況的需要的特點(diǎn)。如上所述的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的制備方法，包括以下步驟:
第一步，在上分布式布拉格反射鏡DBR層刻蝕P型臺(tái)，刻蝕有源層，刻蝕范圍限制在下分布式布拉格反射鏡DBR的上部層，但是不能刻蝕到下分布式布拉格反射鏡DBR層的二元N型AlAs/GaAs反射層；
第二步，采用濕法漂掉外層的氧化層，將器件放入氧化爐中，用氮?dú)獯禑崴羝?00°C的條件下對(duì)露出的氧化限制層進(jìn)行氧化，形成氧化的電流限制層和出光孔；
第三步，以下分布式布拉格反射鏡DBR層為基礎(chǔ)刻蝕N型臺(tái)，以上述刻蝕的P型臺(tái)中心為同心軸，再以大于P型臺(tái)的尺寸進(jìn)行刻蝕，刻蝕二元的下DBR層到N型GaAs層，作為N型電極的接觸層；
第四步，濺射生長(zhǎng)鈍化并兼導(dǎo)熱的AlN層；
第五步，在上部的P型 臺(tái)和下部的N型臺(tái)上分別開設(shè)窗口，并在N型臺(tái)上蒸發(fā)AuGeNi，以及在P型臺(tái)上濺射TiPtAu ；
第六步，在N型電極和P型電極的上面和側(cè)面，以及P型臺(tái)和N型臺(tái)的上面和側(cè)面均鍍上覆蓋銅層；
第七步，最后在整個(gè)器件上涂上bcb層，并生長(zhǎng)氧化硅層做平面化處理，然后在bcb層和氧化硅層上淀積金屬做Pad層，并分別和N型電極和P型電極相連接。如上所述的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的制備方法，優(yōu)選的是，第一步中，所述刻蝕P型臺(tái)是以30 iim為直徑刻蝕圓臺(tái)；第二步中，所述氧化深度為6-8 iim，所述出光孔的直徑為14-18 u m ;第三步中，所述刻蝕N型臺(tái)，是再以60 ii m為直徑進(jìn)行刻蝕，刻蝕二元的下DBR層到N型GaAs層；第四步中，所述濺射生長(zhǎng)的鈍化并兼導(dǎo)熱的AlN層的數(shù)量為三層；第六步中，所述覆蓋銅層的厚度為2-3 ym，所述覆蓋銅層的內(nèi)環(huán)靠近出光孔，但又不能擋住出光 L，所述覆蓋銅層的內(nèi)環(huán)與出光孔圓周間的距離小于3 ym，所述下DBR層其設(shè)置的連接N型電極的覆蓋銅層與連接P型電極的覆蓋銅層之間間隔有距離。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的應(yīng)用，以解決光纖傳輸應(yīng)用中面發(fā)射激光器的散熱問題，尤其是解決在距離為l_3km的空間自由通信中，高功率工作情況下面發(fā)射激光器的散熱問題，同時(shí)也使得面發(fā)射激光器在材料特性上得到改善，提高其工作壽命和工作可靠性，以滿足空間自由通信實(shí)際應(yīng)用的需求。如上所述的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器在距離為l_3km的空間自由通信中的應(yīng)用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，其有源層采用應(yīng)變的五量子阱，采用應(yīng)變的A10.37Ga0.63As (6nm) /In0.1Ga0.9As (4nm)五量子阱，以此代替常規(guī)的 A10.3Ga0.7As(8nm)/GaAs (6nm)三量子阱作為有源層，通過引入應(yīng)變來(lái)拉開輕空穴和重空穴的K空間距離，以降低態(tài)密度，從而提升激光器的差分增益，提高器件的高溫?zé)崽匦?，更加有利于其在高溫下工作。本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，其下DBR層采用二元N型AlAs/GaAs對(duì)，其能夠有效地提高散熱系數(shù)，有效改善底部散熱特性，很好的提高散熱性能，從而降低器件的核心層，即有源層，的工作溫度。本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，其上分布式布拉格反射鏡DBR層由于二元的P型其摻雜問題嚴(yán)重，所以仍然采用常規(guī)的A10.92Ga0.08As(70nm)/ A10.12Ga0.88As(59nm)的摻C (碳)結(jié)構(gòu)，即采用三元N型A10.92Ga0.08As/ A10.12Ga0.88As的分布式布拉格反射鏡DBR，其有源層下面幾對(duì)也采用類似結(jié)構(gòu)，即下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層采用三元N型A10.92Ga0.08As/ A10.12Ga0.88As的分布式布拉格反射鏡DBR，從而防止氧化對(duì)有源層的損傷。本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，其頂部利用高導(dǎo)熱層AlN層，并在臺(tái)面兩側(cè)和臺(tái)上設(shè)置較厚的覆蓋銅層，從而極大的提升上層的散熱特性，并且下分布式布拉格反射鏡DBR層其設(shè)置的連接N型電極的覆蓋銅層與連接P型電極的覆蓋銅層之間間隔有距離，以避免產(chǎn)生寄生電容。本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，其氧化孔的尺寸調(diào)節(jié)到18 y m左右，從而增大輸出功率。本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，其利用bcb層降低器件的電容，從而不顯著降低激光器的高頻特性。本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的制備方法，其從工藝方面，通過改進(jìn)工藝步驟，從而提高面發(fā)射激光器的整體散熱水平。總體來(lái)說，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器及其制備方法和應(yīng)用，其能夠有效地解決較大功率面發(fā)射激光器的散熱問題，把面發(fā)射激光器的功率提高一個(gè)量級(jí)，同時(shí)也使得面發(fā)射激光器在材料特性上得到改善，提高其工作壽命和工作可靠性，從而實(shí)現(xiàn)在l_3km內(nèi)自由空間通信，更加有利于在一些惡劣環(huán)境下進(jìn)行信息傳輸?shù)膶?shí)際應(yīng)用的需求。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
圖1是本發(fā)明的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的制備方法其第一步操作后器件結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的制備方法其第二步操作后器件結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的制備方法其第三步操作后器件結(jié)構(gòu)示意 圖4是本發(fā)明的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的制備方法其第四步操作后器件結(jié)構(gòu)示意 圖5是本發(fā)明的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的制備方法其第五步開設(shè)電極窗口操作后器件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的制備方法其第五步設(shè)置電極操作后器件結(jié)構(gòu)示意 圖7是本發(fā)明的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的制備方法其第六步操作后器件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，I為襯底層，2為N型GaAs緩沖層，3為AlN層，4為N型電極，5為覆蓋銅層，6為下分布式布拉格反射鏡DBR層,7為下分布式布拉格反射鏡DBR的上部層,8為上分布式布拉格反射鏡DBR層，9為有源層，10為氧化的電流限制層，11為出光孔，12為P型電極。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說明。但是，顯然可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行不同的變型和改型而不超出后附權(quán)利要求限定的本發(fā)明更寬的精神和范圍。因此，以下實(shí)施例具有例示性的而沒有限制的含義。實(shí)施例1:
一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，包括順次連接的襯底層1、N型GaAs緩沖層2、下分布式布拉格反射鏡DBR層6、下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層7、有源層9、氧化的電流限制層10和上DBR層8 ;所述緩沖層2上設(shè)有N型電極4，所述上DBR層8上設(shè)有P型電極12 ；所述氧化的電流限制層10上設(shè)有出光孔11 ;所述下DBR層6采用二元N型AlAs/GaAs對(duì)；所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6的二元N型AlAs/GaAs對(duì)的數(shù)量為三十對(duì)；所述出光孔11的直徑為14-18 V- m ;所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6的上部層為三兀N型分布式布拉格反射鏡DBR層,所述上分布式布拉格反射鏡DBR層8為三兀P型分布式布拉格反射鏡DBR層；所述下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層7采用三元N型A10.92Ga0.08As/A10.12Ga0.88As的分布式布拉格反射鏡DBR，所述上分布式布拉格反射鏡DBR層6采用三元P型A10.92Ga0.08As/ A10.12Ga0.88As的分布式布拉格反射鏡DBR ;所述襯底層I為半絕緣GaAs襯底層；所述緩沖層2為摻Si的N型GaAs緩沖層；所述N型電極4為N型氧化層所設(shè)的AuGeNi電極；所述P型電極12為P電極的TiPtAu ;所述氧化的電流限制層10為AlOx氧化的電流限制層。實(shí)施例2:
一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，包括順次連接的襯底層1、緩沖層2、下分布式布拉格反射鏡DBR層6、下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層7、有源層9、氧化的電流限制層10和上分布式布拉格反射鏡DBR層8 ;所述緩沖層2上設(shè)有N型電極4，所述上分布式布拉格反射鏡DBR層8上設(shè)有P型電極12 ;所述氧化的電流限制層10上設(shè)有出光孔11 ;所述出光孔11的直徑為14-18 ii m ;所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6米用二兀N型AlAs/GaAs對(duì)；所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6的二元N型AlAs/GaAs對(duì)的數(shù)量為三十對(duì)；所述有源層9采用應(yīng)變的A10.37Ga0.63As (6nm)/In0.1Ga0.9As (4nm)五量子阱；所述有源層9的整個(gè)厚度為一個(gè)\的長(zhǎng)度；所述襯底層I為半絕緣GaAs襯底層；所述緩沖層2為摻Si的N型GaAs緩沖層；所述N型電極4為N型氧化層所設(shè)的AuGeNi電極；所述P型電極12為P電極的TiPtAu ;所述氧化的電流限制層10為AlOx氧化的電流限制層。實(shí)施例3:
一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，包括順次連接的襯底層1、緩沖層2、下分布式布拉格反射鏡DBR層6、下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層7、有源層9、氧化的電流限制層10和上DBR層8 ;所述緩沖層2上設(shè)有N型電極4，所述上分布式布拉格反射鏡DBR層8上設(shè)有P型電極12 ;所述氧化的電流限制層10上設(shè)有出光孔11 ;所述出光孔11的直徑為14-18 y m ;所述下DBR層6采用二元N型AlAs/GaAs對(duì)；所述下DBR層6的二元N型AlAs/GaAs對(duì)的數(shù)量為三十對(duì)；所述緩沖層2、下分布式布拉格反射鏡DBR層6、下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層7、有源層9、氧化的電流限制層10和上分布式布拉格反射鏡DBR層8的上面及側(cè)面設(shè)有三層導(dǎo)熱兼鈍化的AlN層3 ;所述襯底層I為半絕緣GaAs襯底層；所述緩沖層2為摻Si的N型GaAs緩沖層；所述N型電極4為N型氧化層所設(shè)的AuGeNi電極；所述P型電極12為P電極的TiPtAu ;所述氧化的電流限制層10為AlOx氧化的電流限制層。實(shí)施例4:
一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，包括順次連接的襯底層1、緩沖層2、下分布式布拉格反射鏡DBR層6、下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層7、有源層9、氧化的電流限制層10和上分布式布拉格反射鏡DBR層8 ;所述緩沖層2上設(shè)有N型電極4，所述上分布式布拉格反射鏡DBR層8上設(shè)有P型電極12 ;所述氧化的電流限制層10上設(shè)有出光孔11 ;所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6米用二兀N型AlAs/GaAs對(duì)；所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6的二元N型AlAs/GaAs對(duì)的數(shù)量為三十對(duì)；所述N型電極4和P型電極12的上面和側(cè)面，以及P型臺(tái)和N型臺(tái)的上面和側(cè)面均設(shè)有覆蓋銅層5 ;所述覆蓋銅層5的厚度為2-3 y m ;所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6其設(shè)置的連接N型電極4的覆蓋銅層5與連接P型電極12的覆蓋銅層5之間間隔有距離；所述覆蓋銅層5的內(nèi)環(huán)與出光孔圓周間的距離小于3 U m ;所述出光孔11的直徑為14-18 V- m ;所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6米用二兀N型AlAs/GaAs對(duì)；所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6的二元N型AlAs/GaAs對(duì)的數(shù)量為三十對(duì)；所述緩沖層2、下分布式布拉格反射鏡DBR層6、下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層7、有源層9、氧化的電流限制層10和上分布式布拉格反射鏡DBR層8的上面及側(cè)面設(shè)有三層導(dǎo)熱兼鈍化的AlN層3 ;所述襯底層I為半絕緣GaAs襯底層；所述緩沖層2為摻Si的N型GaAs緩沖層；所述N型電極4為N型氧化層所設(shè)的AuGeNi電極；所述P型電極12為P電極的TiPtAu ;所述氧化的電流限制層10為AlOx氧化的電流限制層。實(shí)施例5:
一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，包括順次連接的襯底層1、緩沖層2、下分布式布拉格反射鏡DBR層6、下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層7、有源層9、氧化的電流限制層10和上分布式布拉格反射鏡DBR層8 ;所述緩沖層2上設(shè)有N型電極4，所述上分布式布拉格反射鏡DBR層8上設(shè)有P型電極12 ;所述氧化的電流限制層10上設(shè)有出光孔11 ;所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6米用二兀N型AlAs/GaAs對(duì)；所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6的二元N型AlAs/GaAs對(duì)的數(shù)量為三十對(duì)；所述出光孔11的直徑為14-18 u m ;所述整個(gè)器件上涂有bcb層，并生長(zhǎng)氧化硅層做平面化處理；所述bcb層和氧化硅層上設(shè)有淀積金屬做Pad層分別和N型電極4和P型電極12相連接；所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6的上部層為三兀N型分布式布拉格反射鏡DBR層,所述上分布式布拉格反射鏡DBR層8為三兀P型分布式布拉格反射鏡DBR層；所述下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層7米用三元N型A10.92Ga0.08As/ A10.12Ga0.88As的DBR，所述上分布式布拉格反射鏡DBR層6采用三元P型A10.92Ga0.08As/ A10.12Ga0.88As的分布式布拉格反射鏡DBR ;所述襯底層I為半絕緣GaAs襯底層；所述緩沖層2為摻Si的N型GaAs緩沖層；所述N型電極4為N型氧化層所設(shè)的AuGeNi電極；所述P型電極12為P電極的TiPtAu ;所述氧化的電流限制層10為AlOx氧化的電流限制層。實(shí)施例6:
如圖7所示，一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，包括順次連接的襯底層1、緩沖層2、下分布式布拉格反射鏡DBR層6、下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層7、有源層9、氧化的電流限制層10和上DBR層8 ;所述緩沖層2上設(shè)有N型電極4，所述上分布式布拉格反射鏡DBR層8上設(shè)有P型電極12 ;所述氧化的電流限制層10上設(shè)有出光孔11 ;所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6米用二兀N型AlAs/GaAs對(duì)；所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6的二元N型AlAs/GaAs對(duì)的數(shù)量為三十對(duì)；所述有源層9采用應(yīng)變的A10.37Ga0.63As (6nm) /In0.1Ga0.9As (4nm)五量子阱；所述有源層9的整個(gè)厚度為一個(gè)入的長(zhǎng)度；所述緩沖層2、下分布式布拉格反射鏡DBR層6、下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層7、有源層9、氧化的電流限制層10和上DBR層8的上面及側(cè)面設(shè)有三層導(dǎo)熱兼鈍化的AlN層3 ;所述N型電極4和P型電極12的上面和側(cè)面，以及P型臺(tái)和N型臺(tái)的上面和側(cè)面均設(shè)有覆蓋銅層5 ；所述覆蓋銅層5的厚度為2-3 u m ;所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6其設(shè)置的連接N型電極4的覆蓋銅層5與連接P型電極12的覆蓋銅層5之間間隔有距離；所述覆蓋銅層5的內(nèi)環(huán)與出光孔11圓周間的距離小于3 ym;所述出光孔11的直徑為14-18 ym;所述整個(gè)器件上涂有bcb層，并生長(zhǎng)氧化硅層做平面化處理；所述bcb層和氧化硅層上設(shè)有淀積金屬做Pad層分別和N型電極4和P型電極12相連接；所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6的上部層為三兀N型分布式布拉格反射鏡DBR層,所述上分布式布拉格反射鏡DBR層8為三兀P型分布式布拉格反射鏡DBR層；所述下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層7米用三兀N型A10.92Ga0.08As/ A10.12Ga0.88As的分布式布拉格反射鏡DBR，所述上分布式布拉格反射鏡DBR層6采用三元P型A10.92Ga0.08As/ A10.12Ga0.88As的分布式布拉格反射鏡DBR ;所述襯底層I為半絕緣GaAs襯底層；所述緩沖層2為摻Si的N型GaAs緩沖層；所述N型電極4為N型氧化層所設(shè)的AuGeNi電極；所述P型電極12為P電極的TiPtAu ;所述氧化的電流限制層10為AlOx氧化的電流限制層。實(shí)施例7:
如圖1至圖7所示，一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的制備方法，包括以下步驟:
第一步，在上分布式布拉格反射鏡DBR層(8)刻蝕P型臺(tái)，所述刻蝕P型臺(tái)是以30iim為直徑刻蝕圓臺(tái)，刻蝕有源層9，刻蝕范圍限制在下DBR的上部層，但是不能刻蝕到下DBR層6的二元N型AlAs/GaAs反射層；
第二步，采用濕法漂掉外層的氧化層，將器件放入氧化爐中，用氮?dú)獯禑崴羝?00°C的條件下對(duì)露出的氧化限制層進(jìn)行氧化，形成氧化的電流限制層10和出光孔11 ;所述氧化深度為6-8 u m，所述出光孔11的直徑為14-18 u m ；
第三步，以下分布式布拉格反射鏡DBR層6為基礎(chǔ)刻蝕N型臺(tái)，以上述刻蝕的P型臺(tái)中心為同心軸，再以大于P型臺(tái)的尺寸進(jìn)行刻蝕，所述刻蝕N型臺(tái)，是再以60 y m為直徑進(jìn)行刻蝕，刻蝕二元的下DBR層6到N型GaAs層，刻蝕二元的下DBR層6到N型GaAs層，作為N型電極4的接觸層；
第四步，濺射生長(zhǎng)鈍化并兼導(dǎo)熱的AlN層3 ;
第五步，在上部的P型臺(tái)和下部的N型臺(tái)上分別開設(shè)窗口，并在N型臺(tái)上蒸發(fā)AuGeNi，以及在P型臺(tái)上濺射TiPtAu ；
第六步，在N型電極4和P型電極12的上面和側(cè)面，以及P型臺(tái)和N型臺(tái)的上面和側(cè)面均鍍上2-3 u m的覆蓋銅層5 ；
第七步，最后在整個(gè)器件上涂上bcb層，并生長(zhǎng)氧化硅層做平面化處理，然后在bcb層和氧化硅層上淀積金屬做Pad層，并分別和N型電極4和P型電極12相連接，所述下DBR層6其設(shè)置的連接N型電極4的覆蓋銅層5與連接P型電極12的覆蓋銅層5之間間隔有距離。實(shí)施例8:
如圖1至圖7所示，一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的制備方法，包括以下步驟:
第一步，在上分布式布拉格反射鏡DBR層(8)刻蝕P型臺(tái)，所述刻蝕P型臺(tái)是以30iim為直徑刻蝕圓臺(tái)，刻蝕有源層9，刻蝕范圍限制在下分布式布拉格反射鏡DBR的上部層7，但是不能刻蝕到下分布式布拉格反射鏡DBR層6的二兀N型AlAs/GaAs反射層；
第二步，采用濕法漂掉外層的氧化層，將器件放入氧化爐中，用氮?dú)獯禑崴羝?00°C的條件下對(duì)露出的氧化限制層進(jìn)行氧化，形成氧化的電流限制層10和出光孔11 ;所述氧化深度為6-8 u m，所述出光孔11的直徑為14-18 u m ；
第三步，以下分布式布拉格反射鏡DBR層6為基礎(chǔ)刻蝕N型臺(tái)，以上述刻蝕的P型臺(tái)中心為同心軸，再以60 y m為直徑進(jìn)行刻蝕，刻蝕二元的下分布式布拉格反射鏡DBR層6到N型GaAs層，刻蝕二元的下分布式布拉格反射鏡DBR層6到N型GaAs層，作為N型電極4的接觸層；
第四步，濺射生長(zhǎng)三層鈍化并兼導(dǎo)熱的AlN層3，其相對(duì)于常規(guī)的SiNx和SiO2的散熱效果提升一個(gè)量級(jí)；
第五步，在上部的P型臺(tái)和下部的N型臺(tái)上分別開設(shè)窗口，并在N型臺(tái)上蒸發(fā)AuGeNi，以及在P型臺(tái)上濺射TiPtAu ；
第六步，在N型電極4和P型電極12的上面和側(cè)面，以及P型臺(tái)和N型臺(tái)的上面和側(cè)面均鍍上2-3 u m的覆蓋銅層5 ；
第七步，最后在整個(gè)器件上涂上bcb層，并生長(zhǎng)氧化硅層做平面化處理，然后在bcb層和氧化硅層上淀積金屬做Pad層，并分別和N型電極4和P型電極12相連接，所述下DBR層6其設(shè)置的連接N型電極4的覆蓋銅層5與連接P型電極12的覆蓋銅層5之間間隔有距離。實(shí)施例9:
如圖1至圖7所示，一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的制備方法，包括以下步驟:
第一步，在上分布式布拉格反射鏡DBR層(8)刻蝕P型臺(tái)，所述刻蝕P型臺(tái)是以30iim為直徑刻蝕圓臺(tái)，刻蝕有源層9，刻蝕范圍限制在下分布式布拉格反射鏡DBR的上部層7，但是不能刻蝕到下分布式布拉格反射鏡DBR層6的二兀N型AlAs/GaAs反射層；
第二步，采用濕法漂掉外層的氧化層，將器件放入氧化爐中，用氮?dú)獯禑崴羝?00°C的條件下對(duì)露出的氧化限制層進(jìn)行氧化，形成氧化的電流限制層10和出光孔11，所述氧化深度為6-8 u m，所述出光孔11的直徑為14-18 u m ；
第三步，以下分布式布拉格反射鏡DBR層6為基礎(chǔ)刻蝕N型臺(tái)，以上述刻蝕的P型臺(tái)中心為同心軸，再以60 y m為直徑進(jìn)行刻蝕，刻蝕二元的下分布式布拉格反射鏡DBR層6到N型GaAs層，刻蝕二元的下分布式布拉格反射鏡DBR層6到N型GaAs層，作為N型電極4的接觸層；
第四步，濺射生長(zhǎng)三層鈍化并兼導(dǎo)熱的AlN層(3)，其相對(duì)于常規(guī)的SiNx和SiO2的散熱效果提升一個(gè)量級(jí)；
第五步，在上部的P型臺(tái)和下部的N型臺(tái)上分別開設(shè)窗口，并在N型臺(tái)上蒸發(fā)AuGeNi，以及在P型臺(tái)上濺射TiPtAu ；
第六步，在N型電極4和P型電極12的上面和側(cè)面，以及P型臺(tái)和N型臺(tái)的上面和側(cè)面均鍍上2-3i!m的覆蓋銅層5，所述覆蓋銅層5的內(nèi)環(huán)靠近出光孔11，但又不能擋住出光孔11，所述覆蓋銅層5的內(nèi)環(huán)與出光孔11外周間的距離小于3 ;
第七步，最后在整個(gè)器件上涂上bcb層，并生長(zhǎng)氧化硅層做平面化處理，然后在bcb層和氧化硅層上淀積金屬做Pad層，并分別和N型電極4和P型電極12相連接，所述下分布式布拉格反射鏡DBR層6其設(shè)置的連接N型電極4的覆蓋銅層5與連接P型電極12的覆蓋銅層5之間間隔有距離。實(shí)施例10:
一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器在光纖傳輸中的應(yīng)用。實(shí)施例11: 一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器在距離為l_3km的空間自由通信中的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，其特征在于:包括順次連接的襯底層(I)、緩沖層(2)、下分布式布拉格反射鏡DBR層(6)、下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層(7)、有源層(9)、氧化的電流限制層(10)和上分布式布拉格反射鏡DBR層(8);所述緩沖層(2)上設(shè)有N型電極(4)，所述上分布式布拉格反射鏡DBR層(8)上設(shè)有P型電極(12);所述氧化的電流限制層(10 )上設(shè)有出光孔(11);所述下分布式布拉格反射鏡DBR層(6 )采用二元N型AlAs/GaAs 對(duì)。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，其特征在于:所述有源層(9)采用整個(gè)厚度為一個(gè)\的長(zhǎng)度的應(yīng)變的A10.37Ga0.63As (6nm) /In0.1Ga0.9As (4nm)五量子阱。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，其特征在于:所述緩沖層(2)、下分布式布拉格反射鏡DBR層(6)、下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層(7)、有源層(9)、氧化的電流限制層(10)和上分布式布拉格反射鏡DBR層(8)的上面及側(cè)面設(shè)有三層導(dǎo)熱兼鈍化的AlN 層(3)。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，其特征在于:所述N型電極(4)和P型電極(12)的上面和側(cè)面，以及P型臺(tái)和 N型臺(tái)的上面和側(cè)面均設(shè)有厚度為2-3 u m的覆蓋銅層(5);所述下分布式布拉格反射鏡DBR層(6)其設(shè)置的連接N型電極(4)的覆蓋銅層(5)與連接P型電極(12)的覆蓋銅層(5)之間間隔有距離。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，其特征在于:所述出光孔(11)的直徑為14-18 V- m ;所述覆蓋銅層(5)的內(nèi)環(huán)與出光孔(11)圓周間的距離小于3 ii m。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，其特征在于:所述整個(gè)器件上涂有bcb層，并生長(zhǎng)氧化硅層做平面化處理；所述bcb層和氧化硅層上設(shè)有淀積金屬做Pad層分別和N型電極(4)和P型電極(12)相連接。
7.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器，其特征在于:所述下分布式布拉格反射鏡DBR層(6)的二兀N型AlAs/GaAs對(duì)的數(shù)量為三十對(duì)；所述下分布式布拉格反射鏡DBR層的上部層(7)為三元N型A10.92Ga0.08As/ A10.12Ga0.88As的分布式布拉格反射鏡DBR，所述上分布式布拉格反射鏡DBR層(8)為三元P型A10.92Ga0.08As/A10.12Ga0.88As的分布式布拉格反射鏡DBR ;所述襯底層(I)為半絕緣GaAs襯底層；所述緩沖層(2)為摻Si的N型GaAs緩沖層；所述P型電極(12)為P電極的TiPtAu ;所述氧化的電流限制層(10)為AlOx氧化的電流限制層；所述N型電極(4)為N型緩沖層所設(shè)的AuGeNi 電極。
8.一種半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的制備方法，包括以下步驟: 第一步，在上分布式布拉格反射鏡DBR層(8)刻蝕P型臺(tái)，刻蝕有源層(9)，刻蝕范圍限制在下分布式布拉格反射鏡DBR的上部層(7)，但是不能刻蝕到下分布式布拉格反射鏡DBR層(6)的_.兀N型AlAs/GaAs反射層； 第二步，采用濕法漂掉外層的氧化層，將器件放入氧化爐中，用氮?dú)獯禑崴羝?00°C的條件下對(duì)露出的氧化限制層進(jìn)行氧化，形成氧化的電流限制層(10)和出光孔(11)； 第三步，以下分布式布拉格反射鏡DBR層(6)為基礎(chǔ)刻蝕N型臺(tái)，以上述刻蝕的P型臺(tái)中心為同心軸，再以大于P型臺(tái)的尺寸進(jìn)行刻蝕，刻蝕二元的下分布式布拉格反射鏡DBR層(6)到N型GaAs層，作為N型電極(4)的接觸層；第四步，濺射生長(zhǎng)鈍化并兼導(dǎo)熱的AlN層(3); 第五步，在上部的P型臺(tái)和下部的N型臺(tái)上分別開設(shè)窗口，并在N型臺(tái)上蒸發(fā)AuGeNi，以及在P型臺(tái)上濺射TiPtAu ； 第六步，在N型電極(4)和P型電極(12)的上面和側(cè)面，以及P型臺(tái)和N型臺(tái)的上面和側(cè)面均鍍上覆蓋銅層(5); 第七步，最后在整個(gè)器件上涂上bcb層，并生長(zhǎng)氧化硅層做平面化處理，然后在bcb層和氧化硅層上淀積金屬做Pad層，并分別和N型電極(4)和P型電極(12)相連接。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器的制備方法，其特征在于:第一步中，所述刻蝕P型臺(tái)是以30 為直徑刻蝕圓臺(tái)；第二步中，所述氧化深度為6-8 u m,所述出光孔(11)的直徑為14-18 u m ;第三步中，所述刻蝕N型臺(tái)，是再以60 y m為直徑進(jìn)行刻蝕，刻蝕二元的下分布式布拉格反射鏡DBR層(6)到N型GaAs層；第四步中，所述濺射生長(zhǎng)的鈍化并兼導(dǎo)熱的AlN層(3)的數(shù)量為三層；第六步中，所述覆蓋銅層(5)的厚度為2-3 u m,所述覆蓋銅層(5)的內(nèi)環(huán)靠近出光孔(11)，但又不能擋住出光孔(11)，所述覆蓋銅層(5)的內(nèi)環(huán)與出光孔(11)外周間的距離小于3 ym，所述下分布式布拉格反射鏡DBR層(6)其設(shè)置的連接N型電極(4)的覆蓋銅層(5)與連接P型電極(12)的覆蓋銅層(5)之間間隔有距離。
10.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體面發(fā)射激光器在距離為l_3km的空間自由通信中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體面發(fā)射激光器及其制備方法和應(yīng)用，有源層采用應(yīng)變五量子阱，下分布式布拉格反射鏡DBR層采用二元N型AlAs/GaAs對(duì)，上分布式布拉格反射鏡DBR層仍采用常規(guī)三元N型Al0.92Ga0.08As/Al0.12Ga0.88As的DBR，有源層下面幾對(duì)采用類似結(jié)構(gòu)，頂部利用高導(dǎo)熱層AlN層，臺(tái)面兩側(cè)和臺(tái)上設(shè)置覆蓋銅層，氧化孔尺寸約18μm，利用bcb層降低器件的電容，制備方法通過改進(jìn)工藝步驟，提高面發(fā)射激光器的整體散熱水平；有效解決較大功率面發(fā)射激光器散熱問題，把面發(fā)射激光器功率提高一個(gè)量級(jí)，使面發(fā)射激光器在材料特性上改善，提高工作壽命和工作可靠性，實(shí)現(xiàn)1-3km內(nèi)自由空間通信。
文檔編號(hào)H01S5/187GK103208741SQ201310104299
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者湯寶, 余向紅, 岳愛文, 王任凡 申請(qǐng)人:武漢電信器件有限公司