1.一种垂直腔面发射激光器,其特征在于:包括半导体衬底(110)、设置在半导体衬底(110)上部的主激光器和设置在半导体衬底(110)下部的种子源激光器,所述主激光器包括由下至上依次布设的第一缓冲层(111)、第一N面电流引导层(108)、第一有源区(109)、第一高铝层(104)、第一P型分布式布拉格反射镜层(103)和第一P面电流引导层(102),所述第一有源区(109)的圆周边缘由内至外依次设置有第一电流阻挡层(105)和第一N面电极(107),所述第一高铝层(104)的圆周边缘设置有第一氧化限制层(106),所述第一P面电流引导层(102)的上表面设置有横截面为环形的第一P面电极(101);
所述种子源激光器包括由上至下依次布设的第二缓冲层(209)、N型分布式布拉格反射镜层(211)、第二N面电流引导层(201)、第二有源区(204)、第二高铝层(210)、第二P型分布式布拉格反射镜层(206)和第二P面电流引导层(207),所述第二有源区(204)的圆周边缘由内至外依次设置有第二电流阻挡层(203)和第二N面电极(202),所述第二高铝层(210)的圆周边缘设置有第二氧化限制层(205),所述第二P面电流引导层(207)的底面设置有第二P面电极(208);
所述第二P型分布式布拉格反射镜层(206)的反射率大于N型分布式布拉格反射镜层(211)的反射率;所述第一P型分布式布拉格反射镜层(103)的反射率小于N型分布式布拉格反射镜层(211)的反射率;所述第二P面电极(208)的半径为5μm~10μm;种子源激光器的孔径较小则种子源激光器输出的光束是一种单横模单纵模光束且横截面是圆形的激光束,种子源激光器光源所发出的光直接入射到主激光器的第一有源区范围内,这样主激光器工作时会受到种子源激光器光源的约束,从而限制主激光器的激光波长的漂移以及高阶横摸的产生,从而保证了主激光器在输出大功率激光束的同时,拥有良好的光束质量以及相对窄的线宽。
2.按照权利要求1所述的一种垂直腔面发射激光器,其特征在于:所述半导体衬底(110)的厚度为150μm~400μm,所述第一缓冲层(111)和第二缓冲层(209)的厚度均为20nm~2μm,所述第一N面电流引导层(108)和第二N面电流引导层(201)的厚度均为10nm~50nm,所述第一有源区(109)和第二有源区(204)的厚度均为0.2μm~0.4μm,所述第一高铝层(104)和第二高铝层(210)的厚度均为10nm~50nm,所述第二P型分布式布拉格反射镜层(206)的厚度大于所述N型分布式布拉格反射镜层(211)的厚度,所述N型分布式布拉格反射镜层(211)的厚度大于第一P型分布式布拉格反射镜层(103)的厚度,所述第一P面电流引导层(102)和第二P面电流引导层(207)的厚度均为10nm~50nm;
所述第一氧化限制层(106)和第二氧化限制层(205)的外圆半径与内圆半径之差为2μm~40μm,所述第一P面电极(101)的外圆半径与内圆半径之差为3μm~7μm,所述第一N面电极(107)和第二N面电极(202)的外圆半径与内圆半径之差均为10μm~20μm,所述第一P面电极(101)和第二P面电极(208)的厚度均为0.5μm~2μm,所述第一N面电极(107)和第二N面电极(202)的厚度均为0.5μm~2μm;
所述第一电流阻挡层(105)和第二电流阻挡层(203)的厚度均为0.5μm~2μm。
3.一种对如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器进行制作的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:步骤一、半导体激光器芯片的生长:
步骤101、选择半导体衬底(110);其中,所述半导体衬底(110)的厚度为150μm~400μm;
步骤102、采用半导体生长方法在所述半导体衬底(110)的上表面外延生长与所述半导体衬底(110)的材质相同的第一缓冲层(111);其中,所述第一缓冲层(111)的厚度为20nm~
2μm;
步骤103、采用所述半导体生长方法在所述缓冲层(111)上生长厚度为10nm~50nm的第一N面电流引导层(108);
步骤104、采用所述半导体生长方法在第一N面电流引导层(108)的上表面生长多周期量子阱结构,形成第一有源区(109);其中,所述量子阱结构的周期为2组~8组;
步骤105、采用所述半导体生长方法在第一有源区(109)的上表面生长第一高铝层(104);其中,所述第一高铝层(104)的厚度为10nm~50nm;
步骤106、采用所述半导体生长方法在第一高铝层(104)的上表面由下至上依次生长多周期对的第一折射材料层,形成第一P型分布式布拉格反射镜层(103);其中,所述第一折射材料层的周期对数为17~26,每周期对所述第一折射材料层为高低折射率层,所述第一P型分布式布拉格反射镜层(103)与第一缓冲层(111)晶格相匹配;
步骤107、采用所述半导体生长方法在第一P型分布式布拉格反射镜层(103)的上表面生长第一P面电流引导层(102);
步骤108、将所述半导体衬底(110)倒置,采用所述半导体生长方法在所述半导体衬底(110)的底部外延生长与所述第一缓冲层(111)结构相同的第二缓冲层(209);
步骤109、采用所述半导体生长方法在第二缓冲层(209)底部由下至上生长多周期对的第二折射材料层,形成N型分布式布拉格反射镜层(211),且所述N型分布式布拉格反射镜层(211)与第二缓冲层(209)晶格相匹配;其中,所述第二折射材料层的周期对数为25~32,每周期对所述第二折射材料层为高低折射率层;
步骤1010、采用所述半导体生长方法在N型分布式布拉格反射镜层(211)上生长与第一N面电流引导层(108)厚度和材质均相同的第二N面电流引导层(201);
步骤1011、采用所述半导体生长方法在第二N面电流引导层(201)上生长与第一有源区(109)厚度和材质均相同的第二有源区(204);
步骤1012、采用所述半导体生长方法在第二有源区(204)上生长与第一高铝层(104)厚度和材质均相同的第二高铝层(210);
步骤1013、采用所述半导体生长方法在第二高铝层(210)上由下至上生长多周期对的第三折射材料层,形成第二P型分布式布拉格反射镜层(206);其中,所述第三折射材料层的周期对数为26~38,所述第二P型分布式布拉格反射镜层(206)的反射率大于N型分布式布拉格反射镜层(211)的反射率,所述第一P型分布式布拉格反射镜层(103)的反射率小于N型分布式布拉格反射镜层(211)的反射率;
步骤1014、采用所述半导体生长方法在第二P型分布式布拉格反射镜层(206)上生长与第一P面电流引导层(102)厚度和材质均相同的第二P面电流引导层(207),完成半导体激光器芯片的生长;
步骤二、第一氧化限制层的制作:
步骤201、采用光学薄膜材料生长设备在第二P面电流引导层(207)的底部生长第一钝化层;其中,所述第一钝化层的厚度为0.5μm~2μm,所述第一钝化层的材质为二氧化硅或者三氧化铝;
步骤202、采用光刻机对第一N面电流引导层(108)上部进行一次刻蚀,形成一次刻蚀台面,并放入温度为420℃的氧化室内;
步骤203、将流量为1L/min~2L/min的氮气通过加热温度为95℃以上的去离子水,携带水蒸气的氮气进入恒温的氧化室内,对一次刻蚀后的半导体激光器芯片进行湿法氧化
10min~70min,在第一高铝层(104)的圆周边缘形成第一氧化限制层(106);
步骤三、第一电流阻挡层、第一N面电极和第一P面电极的制作:
步骤301、第一电流阻挡层的制作:
采用所述光学薄膜材料生长设备在所述一次刻蚀台面上生长第一电流阻挡层(105);
其中,第一电流阻挡层(105)的厚度为0.5μm~2μm,当所述第一钝化层的材质为二氧化硅时,第一电流阻挡层(105)的材质为三氧化铝,当所述第一钝化层的材质为三氧化铝时,第一电流阻挡层(105)的材质为二氧化硅;
步骤302、第一N面电极的制作,具体过程如下:
步骤3021、采用光刻机对第一电流阻挡层(105)的圆周边缘进行二次刻蚀,形成二次刻蚀台面;
步骤3022、采用真空镀膜设备在所述二次刻蚀台面上蒸镀第一Ge‑Au‑Ni结构;其中,所述第一Ge‑Au‑Ni结构的厚度为0.5μm~2μm;
步骤3023、采用退火处理设备对所述第一Ge‑Au‑Ni结构进行退火处理,形成第一N面电极(107);
步骤303、第一P面电极的制作,具体过程如下:
步骤3031、采用真空镀膜设备在所述第一P面电流引导层(102)上蒸镀第一Ti‑Pt‑Au结构;其中,所述第一Ti‑Pt‑Au结构的厚度为0.5μm~2μm;
步骤3032、采用退火处理设备对所述第一Ti‑Pt‑Au结构进行退火处理,形成第一P面电极(101);
步骤四、第二氧化限制层的制作:
步骤401、采用光学薄膜材料生长设备在第一P面电极(101)、第一P面电流引导层(102)、第一N面电极(107)、第一氧化限制层(106)和第一电流阻挡层(105)上生长第二钝化层;其中,所述第二钝化层的厚度为0.5μm~2μm,所述第二钝化层的材质与所述第一钝化层的材质相同;
步骤402、对所述第一钝化层进行腐蚀;
步骤403、采用光刻机对N型分布式布拉格反射镜层(211)下部进行三次刻蚀,形成三次刻蚀台面,并放入温度为420℃的氧化室内;
步骤404、按照步骤203的步骤,在第二高铝层(210)的圆周边缘形成第二氧化限制层(205);
步骤五、第二电流阻挡层、第二N面电极和第二P面电极的制作:
步骤501、第二电流阻挡层的制作:
步骤5011、采用光刻机对第二N面电流引导层(201)下部进行四次刻蚀,形成四次刻蚀台面;
步骤5012、采用所述光学薄膜材料生长设备在所述四次刻蚀台面上生长与第一电流阻挡层(105)厚度和材质均相同的第二电流阻挡层(203);
步骤502、第二N面电极的制作,具体过程如下:
步骤5021、采用光刻机对第二电流阻挡层(203)的圆周边缘进行五次刻蚀,形成五次刻蚀台面;
步骤5022、采用真空镀膜设备在所述五次刻蚀台面上蒸镀与所述第一Ge‑Au‑Ni结构厚度相同的第二Ge‑Au‑Ni结构;
步骤5023、采用退火处理设备对所述第二Ge‑Au‑Ni结构进行退火处理,形成第二N面电极(202);
步骤503、第二P面电极的制作,具体过程如下:
步骤5031、采用真空镀膜设备在所述第二P面电流引导层(207)上蒸镀与所述第一Ti‑Pt‑Au结构厚度相同的第二Ti‑Pt‑Au结构;
步骤5032、采用退火处理设备对所述第二Ti‑Pt‑Au结构进行退火处理,形成第二P面电极(208),完成激光器的制作。
4.按照权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤101中所述半导体衬底(110)为本征半导体;
步骤103中所述第一N面电流引导层(108)中掺杂有掺杂浓度为 ~
的碳,所述第一N面电流引导层(108)与所述半导体衬底的材质相同;
步骤104中所述量子阱结构包括自下而上依次生长的第一势垒层、势阱层和第二势垒层,所述第一势垒层、所述势阱层和所述第二势垒层为一组;所述第一势垒层和所述第二势垒层的厚度均为8nm~10nm,所述势阱层的厚度为6nm~8nm,步骤104中所述量子阱结构的下表面和上表面分别生长下空间层和上空间层,且所述下空间层和所述上空间层的材质与述半导体衬底(110)相同,以使所述第一有源区(109)的厚度为0.2μm~0.4μm;
步骤105中所述第一高铝层(104)为铝化合物;
步骤106中每周期对所述第一折射材料层均包括由下至上依次生长的第一高折射层和第一低折射层,所述第一高折射层的层厚为48nm~78nm,所述第一高折射层的折射率为2.8~3.5;所述第一低折射层的层厚为50nm~80nm,所述第一低折射层的折射率为2.7~3.4;
所述第一高折射层的折射率大于所述第一低折射层的折射率,所述第一高折射层的层厚小于所述第一低折射层的层厚,所述第一高折射层和所述第一低折射层均掺杂有掺杂浓度为~ 的硅;
步骤107中所述第一P面电流引导层(102)中掺杂有掺杂浓度为 ~
的锌,所述第一P面电流引导层(102)与所述半导体衬底的材质相同,所述第一P面电流引导层(102)的厚度为10nm~50nm;
步骤109中每周期对所述第二折射材料层均包括由下至上依次生长的第二高折射层和第二低折射层,所述第二高折射层与所述第一高折射层的厚度和折射率均相同,所述第二低折射层与所述第一低折射层的厚度和折射率均相同,且所述第二高折射层和所述第二低折射层均无掺杂物质;
步骤1013中每周期对所述第三折射材料层均包括由下至上依次生长的第三高折射层和第三低折射层,所述第三高折射层与所述第一高折射层的厚度和折射率均相同,所述第三低折射层与所述第一低折射层的厚度和折射率均相同,所述第三高折射层和所述第三低折射层均掺杂有掺杂浓度为 ~ 的硅。
5.按照权利要求4所述的方法,其特征在于:步骤102中所述第一缓冲层(111)的生长条件、步骤103中所述第一N面电流引导层(108)的生长条件、所述第一势垒层的生长条件、所述第二势垒层的生长条件、所述势阱层的生长条件、步骤105中第一高铝层(104)的生长条件、步骤106中所述第一折射材料层的生长条件、步骤107中第一P面电流引导层(102)的生长条件、步骤108中第二缓冲层(209)的生长条件、步骤109中所述第二折射材料层的生长条件、步骤1010中第二N面电流引导层(201)的生长条件、步骤1011中第二有源区(204)的生长条件、步骤1012中第二高铝层(210)的生长条件、步骤1013中第三折射材料层的生长条件和步骤1014中第二P面电流引导层(207)的生长条件均为压强0.1atm~0.3atm、温度630℃~
750℃。
6.按照权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤202中一次刻蚀后、步骤3021中二次刻蚀后、步骤403中三次刻蚀后、步骤5011中四次刻蚀后和步骤5021中五次刻蚀后均进行清洗,则清洗的具体过程为:步骤A、选择三氯乙烯、丙酮和乙醇3种清洗试剂;其中,三氯乙烯、丙酮和乙醇的体积浓度均为99%以上;
步骤B、分别将步骤A中选择的3种清洗试剂加热至沸点,并维持3种清洗试剂处于沸点状态;
步骤C、依次放入加热至沸点后的3种清洗试剂中清洗5min~15min。
7.按照权利要求3所述的方法,其特征在于:所述真空镀膜设备为DM‑450A型真空镀膜设备;
所述退火处理设备为RTP‑500快速热处理设备,所述退火处理的时间为60秒~120秒,所述退火处理的温度为250℃~450℃。
8.按照权利要求3所述的方法,其特征在于:所述半导体生长方法为MOCVD生长法、PECVD生长法或者MBE生长法;
步骤5032中形成第二P面电极(208)之后,还需对所述步骤401中所述第二钝化层进行腐蚀。
9.按照权利要求4所述的方法,其特征在于:步骤101中所述半导体衬底(110)为GaN半导体、GaAs半导体或者InP半导体;
当所述半导体衬底(110)为GaN半导体时,所述第一势垒层和所述第二势垒层均为GaN,所述势阱层为InGaN,所述第一高铝层(104)和所述第二高铝层(210)均为AlGaN;
当所述半导体衬底(110)为GaAs半导体时,所述第一势垒层和所述第二势垒层均为GaAs,所述势阱层为InGaAs,所述第一高铝层(104)和所述第二高铝层(210)均为AlAs;
当所述半导体衬底(110)为InP半导体时,所述第一势垒层和所述第二势垒层均为GalnAs,所述势阱层为InGaAsP,所述第一高铝层(104)和所述第二高铝层(210)均为AlAs。