一种多波长垂直腔面发射激光器及其制备方法

1.本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种多波长垂直腔面发射激光器及其制备方法。


背景技术：

2.垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface emitting laser，vcsel)具有单纵模、低阈值、圆形光斑、易于形成二维阵列等特点。随着数据流量的爆发，大容量的数据通信中需要利用波分复用(wavelength division multiplexing，wdm)技术实现数据传输容量的扩展。在该技术中，需要不同激射波长的vcsel器件在同一光纤中进行数据传输。
3.现有技术中，传统vcsel的腔长较短，一般只支持单纵模激射，即仅支持一个波长激射。而在wdm应用时，需要多个不同波长的vcsel器件同时工作，并同时耦合到一个光纤中。多个vcsel器件不仅会降低耦合效率，还会增加整个光模块的体积，增大功耗和成本。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种多波长垂直腔面发射激光器及其制备方法，以在波分复用通信技术中，节约光模块的体积、功耗和成本，并提高耦合效率。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.第一方面，本发明提供一种多波长垂直腔面发射激光器，包括：基底。形成在基底的第一区域上的有源结构以及形成在有源结构上方的第一电极；其中，有源结构包括多个级联的有源层，每个有源层的量子阱对应的增益峰值波长与其他有源层的量子阱对应的增益峰值波长均不相同。形成在基底的第二区域上的接触电极，以及形成在接触电极上且与接触电极电性连接的第二电极。形成在基底上的光敏材料层，接触电极和有源结构间隔形成在光敏材料层中，第一电极和第二电极形成在光敏材料层上。
7.与现有技术相比，本发明提供的多波长垂直腔面发射激光器中，有源结构中包括多个级联的有源层，且由于每个有源层对应的增益峰值波长与其他有源层对应的增益峰值波长均不相同，多个有源层可以分别实现对不同波长的增益，故包括多个有源层级联的有源结构也能够实现对多个波长的激射。再者，多个不同的有源层级联，在一定程度上也延长了vcsel器件中的谐振腔长度，实现了增益曲线的扩展，从而能够在宽波长的范围内获得较高的增益，以支持多个激射波长同时具有高增益。在应用到波分复用通信技术中时，无需多个不同波长的vcsel器件同时耦合到一个光纤，就能够实现多波长激射的目的，解决了使用多个vcsel器件会导致整个光模块的体积、功耗以及成本增加的问题。
8.此外，有源结构和接触电极间隔形成在光敏材料层中，由于光敏材料层的介电常数相较于半导体材料更小，使得第一电极和第二电极之间的寄生电容也更小。且第一电极和第二电极均形成在光敏材料层上，二者的位置在垂直方向上无重叠，也能够减少第一电极和第二电极之间的寄生电容。当寄生电容减小时，相应的vcsel器件的调制带宽也会进一步提高，从而在应用波分复用技术时实现更高的调制速率。
9.由此可知，本发明提供的多波长垂直腔面发射激光器，能够在波分复用通信技术中节约光模块的体积、功耗和成本，并提高耦合效率。
10.第二方面，本发明还提供一种多波长垂直腔面发射激光器的制备方法，用于制备上述第一方面技术方案所述的多波长垂直腔面发射激光器，所述制备方法包括：提供一基底。在所述基底的第一区域上外延生长有源结构以及形成第一电极；其中，所述有源结构包括多个级联的有源层，每个所述有源层的量子阱对应的增益峰值波长与其他所述有源层的量子阱对应的增益峰值波长均不相同。在所述基底的第二区域上形成接触电极。在所述基底上形成光敏材料层，其中，所述接触电极和所述有源结构间隔形成在所述光敏材料层中，且所述光敏材料层的上方与所述第一电极的下方相齐平。在所述光敏材料层上形成第二电极，所述第二电极与所述接触电极电性连接。
11.与现有技术相比，本发明提供的多波长垂直腔面发射激光器的制备方法的有益效果与上述技术方案所述的多波长垂直腔面发射激光器的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
12.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
13.图1为本发明实施例中提供的多波长垂直腔面发射激光器的结构示意图；
14.图2为本发明实施例中提供的多波长垂直腔面发射激光器的制备方法的流程图；
15.图3～图11为本发明实施例中提供的多波长垂直腔面发射激光器的制备过程中的剖面结构图。
16.附图标记：
17.1-基底，
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11-绝缘衬底，
18.12-欧姆接触层，
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2-第一反射镜结构；
19.3-延长腔结构，
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4-有源结构，
20.41-第一有源层，
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42-间隔层，
21.421-离子注入区域，
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43-隧道结层，
22.44-第二有源层，
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45-第三有源层，
23.46-第四有源层，
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5-氧化层，
24.51-高铝层，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
52-氧化孔，
25.6-第二反射镜结构，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
7-第一电极，
26.8-光敏材料层，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
9-接触电极，
27.10-第二电极。
具体实施方式
28.为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
29.需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
30.本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
31.为了解决上述背景技术中存在的问题，如图1所示，本发明实施例提供一种多波长垂直腔面发射激光器，包括：基底1。形成在基底1的第一区域上的有源结构4以及形成在有源结构4上方的第一电极7；其中，有源结构4包括多个级联的有源层，每个有源层的量子阱对应的增益峰值波长与其他有源层的量子阱对应的增益峰值波长均不相同。形成在基底1的第二区域上的接触电极9，以及形成在接触电极9上且与接触电极9电性连接的第二电极10。形成在基底1上的光敏材料层8，接触电极9和有源结构4间隔形成在光敏材料层8中，第一电极7和第二电极10形成在光敏材料层8上。
32.在本技术中，上述光敏材料层8可以是苯并环丁烯材料层，苯并环丁烯材料具有优异的电绝缘性能，使用苯并环丁烯作为光敏材料层8可以使得形成在第一区域的有源结构4与形成在第二区域的接触电极9之间实现电性隔离。
33.通过上述多波长垂直腔面发射激光器的具体结构可知，有源结构4中包括多个级联的有源层，且由于每个有源层对应的增益峰值波长与其他有源层对应的增益峰值波长均不相同，多个有源层可以分别实现对不同波长的增益，故包括多个有源层级联的有源结构4也能够实现对多个波长的激射。再者，多个不同的有源层级联，在一定程度上也延长了vcsel器件中的谐振腔长度，实现了增益曲线的扩展，从而能够在宽波长的范围内获得较高的增益，以支持多个激射波长同时具有高增益。在应用到波分复用通信技术中时，无需多个不同波长的vcsel器件同时耦合到一个光纤，就能够实现多波长激射的目的，解决了使用多个vcsel器件会导致整个光模块的体积、功耗以及成本增加的问题。
34.此外，有源结构4和接触电极9间隔形成在光敏材料层8中，使得有源结构4和接触电极9之间实现了电性隔离，由于光敏材料层8的介电常数相较于半导体材料更小，使得第一电极7和第二电极10之间的寄生电容也更小。且第一电极7和第二电极10均形成在光敏材料层8上，二者的位置在垂直方向上无重叠，也能够减少第一电极7和第二电极10之间的寄生电容。当寄生电容减小时，相应的vcsel器件的调制带宽也会进一步提高，从而在应用波分复用通信技术时实现更高的调制速率。
35.由此可知，本发明实施例提供的多波长垂直腔面发射激光器，能够在波分复用通信技术中节约光模块的体积、功耗和成本，并提高耦合效率。
36.在实际中，当有源结构4中包括2个级联的有源层时，就可以实现对2种波长的增益，当有源结构4中包括3个级联的有源层时，就可以实现对3中波长的增益。图1示例出了包
括4个有源层的情况，因此可以实现对4种波长的增益，上述有源层的个数可以根据具体需求进行设置，本发明实施例对此不做具体限定。
37.可以理解的是，图1仅示例出了一种正面出光的多波长垂直腔面发射激光器，在实际中，还可以根据具体需求将其设置为背面出光的多波长垂直腔面发射激光器，本发明实施例对此不做限定。
38.在一种可能的实现方式中，为了实现每个有源层的量子阱对应波长的增益峰值与其他有源层的量子阱对应波长的增益峰值均不相同的目的，可以设置每个有源层的厚度与其他有源层的厚度均不相同，和/或，每个有源层的材料组分与其他有源层的材料组分均不相同，其中，有源层的材料包括al
x
ga
1-x
as、gaas、inp、in
x
ga
1-x
as以及ga
x
in
1-x
nyas
1-y
中的一种或几种。
39.示例性的，图1中示出了包括4个有源层的情况，沿基底1的厚度方向，自下而上依次为第一有源层41、第二有源层44、第三有源层45和第四有源层46。在每个有源层的厚度均相同的情况下，可以通过设置多个有源层中的量子阱结构不同的组分，来实现对不同波长进行增益的目的，例如：第一有源层41中的量子阱结构可以为al
0.1
gaas/al
0.3
gaas，第二有源层44中的量子阱结构可以为gaas/al
0.3
gaas，第三有源层45中的量子阱结构可以为in
0.1
gaas/al
0.3
gaas，第四有源层46中的量子阱结构可以为in
0.2
gaas/al
0.3
gaas。可以理解的是，在每个有源层中的材料组分相同的情况下，也可以通过设置不同厚度的有源层，来实现对不同波长进行增益的目的，例如，第一有源层41的厚度为4nm，第二有源层44的厚度为5nm，第三有源层45的厚度为6nm，第四有源层46的厚度为7nm。或者，也可以设置四个有源层的厚度以及材料组分均不相同，本发明实施例对此不做具体限定。
40.在一种可能的实现方式中，如图1所示，有源结构4还包括多个间隔层42以及多个隧道结层43。每个间隔层42以及每个隧道结层43依次形成在相应有源层上。
41.具体的，图1中示例出了4个有源层的情况，相应的间隔层42以及隧道结层43的数量可以为3个，即每两个有源层之间均包括一个间隔层42以及隧道结层43，间隔层42用于调节有源层和隧道结层43在纵向驻波场的位置，隧道结层43用于将每两个有源层之间进行级联。应注意，不同有源层量子阱产生的增益曲线需要与各个纵模进行对应，以使得各个纵模均有较高的增益。
42.在一些实施例中，隧道结层43的材料包括al
x
ga
1-x
as、gaas、inp、in
x
ga
1-x
as以及ga
x
in
1-x
nyas
1-y
中的一种或几种。每个隧道结层43的离子掺杂浓度大于相应有源层的离子掺杂浓度。具体的，隧道结层43的材料可以是重掺杂的n-gaas/p-gaas，或者隧道结层43的材料也可以是重掺杂的n-inp/p-inp，本发明实施例对此不做具体限定。
43.在一些实施例中，间隔层42的离子注入深度包括0微米～20微米。离子注入区域421如图1所示，间隔层42中注入的离子包括氢离子、氧离子、氮离子、氩离子、碳离子、磷离子以及硼离子中的一种或几种。具体的，注入的深度可以为1μm、1.5μm、5μm、10μm、15μm或者20μm，对间隔层42注入上述离子，以实现绝缘的目的。
44.基底1的具体结构可以根据实际应用场景设置，此处不做具体限定。具体的，基底1可以为其上未形成有任何结果的硅衬底、磷化铟(inp)衬底、砷化镓(gaas)衬底、锗衬底、锗硅衬底、锗衬底、绝缘体上硅(soi)衬底或绝缘体上锗(goi)衬底等衬底，也可以是在衬底上形成有一些结构的基底1。
45.例如：基底1可以包括绝缘衬底11，以及形成在绝缘衬底11上的欧姆接触层12。有源结构4以及第一电极7形成在欧姆接触层12的第一区域上，接触电极9以及第二电极10形成在欧姆接触层12的第二区域上。
46.本技术中，上述绝缘衬底11可以为n型gaas(砷化镓)衬底，欧姆接触层12可以为材料是gaas的n型欧姆接触层，欧姆接触层12用于与接触电极9形成欧姆接触。在实际中，当多波长垂直腔面发射激光器为背面出光时，相应的绝缘衬底11以及欧姆接触层12可以为p型，本发明实施例对此不做具体限定。
47.在一种可能的实现方式中，多波长垂直腔面发射激光器还包括形成在第一区域上的第一反射镜结构2、氧化层5以及第二反射镜结构6，其中：第一反射镜结构2形成在有源结构4与基底1之间。氧化层5以及第二反射镜结构6依次形成在有源结构4和第一电极7之间，且位于光敏材料层8中。多波长垂直腔面发射激光器还包括延长腔结构3，延长腔结构3位于第一反射镜结构2与第二反射镜结构6之间。
48.具体的，如图1所示，第一反射镜结构2形成在欧姆接触层12上，有源结构4形成在第一反射镜结构2上，氧化层5以及第二反射镜结构6依次形成在有源结构4上，第一电极7形成在第二反射镜结构6上。可以理解的是，当需要延长vcsel器件的谐振腔，从而实现多纵模激射，可以在第一反射镜结构2与第二反射镜结构6之间增加厚度大于0μm，且小于等于20μm的延长腔结构3，延长腔层的厚度可以是1μm、5μm、10μm、16μm或者20μm，延长腔结构3可以形成在第一反射镜结构2和有源结构4之间(例如图1)，也可以形成在有源结构4与第二反射镜结构6之间，或者，还可以在有源结构4内的有源层与有源层之间形成延长腔结构3，本发明实施例对此不做具体限定。
49.如图2所示，本发明实施例还提供一种多波长垂直腔面发射激光器的制备方法，用于制备上述实施例中所述的多波长垂直腔面发射激光器，所述制备方法包括：
50.s100：提供一基底1。该基底1的具体结构可以参考前文，此处不再赘述。
51.示例性的，采用金属有机物化学气相淀积(metal-organic chemical vapor deposition，mocvd)或分子束外延(molecular beam epitaxy，mbe)工艺在材料为n-gaas的绝缘衬底11上外延生长材料为gaas的n型欧姆接触层。
52.s200：在基底1的第一区域上外延生长有源结构4以及形成第一电极7；其中，有源结构4包括多个级联的有源层，每个有源层对应的增益峰值波长与其他有源层对应的增益峰波长值均不相同。
53.具体的，有源结构4和第一电极7的具体结构可以参考前文，此处不再赘述。
54.在一种可能的实现方式中，上述s200具体包括以下步骤：
55.s201：在基底1上依次外延生长第一反射镜结构2、延长腔结构3、有源结构4、高铝层51以及第二反射镜结构6，以形成第一外延结构。
56.如图3所示，在形成n型欧姆接触层后，采用mocvd或mbe工艺在n型欧姆接触层上依次外延生长40对n-al
0.12
gaas与n-a
l0.9
gaas构成第一反射镜结构2；
57.在第一反射镜结构2上继续生长一层al
0.12
gaas，以形成延长腔结构3。
58.在延长腔结构3之上，外延生长al
0.1
gaas/al
0.3
gaas量子阱结构形成第一有源层41，在第一有源层41上形成al
0.12
gaas的间隔层42，之后在间隔层42上形成重掺杂的n-gaas/p-gaas作为隧道结层43，在隧道结层43上形成gaas/al
0.3
gaas的量子阱结构作为第二
有源层44；之后，在第二有源层44上形成al
0.12
gaas的间隔层42以及重掺杂的n-gaas/p-gaas隧道结层43，在隧道结层43上形成in
0.1
gaas/al
0.3
gaas量子阱结构作为第三有源层45；之后，在第三有源层45形成上al
0.12
gaas的间隔层42以及重掺杂的n-gaas/p-gaas隧道结层43，在隧道结层43上形成in
0.2
gaas/al
0.3
gaas量子阱结构作为第四有源层46，以形成包括4个有源层在内的有源结构4。
59.在有源结构4上形成高铝层51，高铝层51的材料可以为al
0.98
gaas。
60.在高铝层51上，生长20对p-al
0.12
gaas与p-al
0.9
gaas构成第二反射镜结构6，以形成包括第一反射镜结构2、延长腔结构3、有源结构4、高铝层51以及第二反射镜结构6在内的第一外延结构。
61.s202：对第一外延结构进行刻蚀处理，形成第二外延结构，以使第二外延结构形成在基底1的第一区域上，且露出基底1的第二区域。
62.s203：对高铝层51进行氧化处理，形成具有氧化孔52的氧化层5。
63.如图4所示，用光刻胶做掩膜，利用电感耦合等离子(inductively coupled plasma，icp)对第一外延结构进行刻蚀，以形成氧化台面，之后利用湿法氧化对高铝层51进行氧化处理，通过控制合适的氧化时间，从而在氧化层5的中心位置形成直径小于10μm的氧化孔52，使得vcsel器件工作在单基模激射模式。
64.如图5所示，对有源结构4中的间隔层42进行离子注入，利用光刻胶做离子注入掩模，形成离子注入区域421。注入的深度可以为1μm、1.5μm、5μm、10μm、15μm或者20μm，住注入的离子可以为氢离子、氧离子、氮离子、氩离子、碳离子、磷离子以及硼离子中的一种或几种，通过离子注入实现间隔层42的绝缘。
65.s204：在第二反射镜结构6上方溅射并电镀形成第一电极7。
66.如图6所示，在第二反射镜结构6上溅射电镀制作厚度为15nm/15nm/2000nm的ti/pt/au制备第一电极7。
67.s300：在基底1的第二区域上形成接触电极9。
68.如图7所示，在n型接触层的露出的表面制作厚度为30nm/300nm的nigeau/au n型接触电极9。
69.s400：在基底1上形成光敏材料层8，其中，接触电极9和有源结构4间隔形成在光敏材料层8中，且光敏材料层8的上方与第一电极7的下方相齐平。
70.在一种可能的实现方式中，上述s400具体包括以下步骤：
71.在基底1的第一区域以及基底1的第二区域旋涂光敏材料层8，以使接触电极9和有源结构4间隔形成在光敏材料层8中。
72.对光敏材料层8进行平坦化处理，以使光敏材料层8的上方与第一电极7的下方相齐平。
73.对光敏材料层8进行固化处理。
74.具体的，如图8所示，在欧姆接触层12的第一区域以及第二区域旋涂光敏材料层8，结合紫外光刻对厚度为0.1μm～10μm的光敏材料层8进行平坦化处理，以从而使得光敏材料层8的上方与第一电极7的下方相齐平，进一步降低vcsel器件的寄生参数，有利于实现vcsel器件的高调制速率。之后，对光敏材料层8进行固化处理，以形成透光率更高的光敏材料层8。
75.s500：在光敏材料层8上形成第二电极10，第二电极10与接触电极9电性连接。
76.如图9所示，利用电感耦合等离子体对n型欧姆接触电极9上的光敏材料层8进行刻蚀处理，直至露出n型欧姆接触电极9，以在光敏材料层8上形成接触通孔。
77.如图10所示，利用溅射工艺在器件表面溅射30nm/80nm的ti/au层作为电镀种子层。利用光刻胶保护电镀种子层，电镀厚金层制作第二电极10，与n型欧姆接触电极9连接，之后，采用湿法腐蚀方法，去除剩余的电镀种子层，以完成第二电极10的制备。
78.如图11所示，对绝缘衬底11进行减薄。使用磨片机将绝缘衬底11磨薄到100μm左右，并快速热退火后，完成对多波长垂直腔面发射激光器的制备。
79.采用上述实施例制备出的垂直腔面发射激光器的波长为200nm(纳米)～3000nm，多个激射波长的间隔为1nm～50nm。
80.与现有技术相比，本发明实施例提供的多波长垂直腔面发射激光器的制备方法中，将多个不同的量子阱有源层通过隧道结层进行级联，以通过调整每个有源层的量子阱材料组分和/或厚度等参数实现不同波长的差异化增益谱曲线。此外，通过将多个不同的有源层进行级联，还能够实现增益曲线的扩展，从而使得本发明提供的多波长vcsel器件在宽波长范围内均具有较高的增益。在每个有源区间隔位置或有整个有源区上部或下部增加腔内扩展层，拉大vcsel的谐振腔长度，使vcsel实现多纵模激射。谐振腔的腔长与纵模的间隔有关，谐振腔的腔长越长，纵模之间的间隔就越小，能够支持的纵模数量也随之增加。通过湿法氧化、质子注入等技术控制了多波长vcsel器件的横向模式，使得多波长vcsel器件获得单基模激射。且本发明实施例提供的制备方法中，还通过将第一电极以及第二电极设置为共面结构，对光敏材料层进行平坦化处理等技术，对器件结构的寄生参数进行了优化，从而制备出具有高调制速率的vcsel器件，最终实现了单个vcsel器件的多波长激射。基于此，本发明实施例提供的能够实现多波长激射的vcsel器件在高容量数据通信的波分复用、光谱学、全息显示等领域均具有重要的应用前景。
81.在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
82.以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

技术特征：
1.一种多波长垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：基底；形成在所述基底的第一区域上的有源结构以及形成在所述有源结构上方的第一电极；其中，所述有源结构包括多个级联的有源层，每个所述有源层的量子阱对应的增益峰值波长与其他所述有源层的量子阱对应的增益峰值波长均不相同；形成在所述基底的第二区域上的接触电极，以及形成在所述接触电极上且与所述接触电极电性连接的第二电极；形成在所述基底上的光敏材料层，所述接触电极和所述有源结构间隔形成在所述光敏材料层中，所述第一电极和所述第二电极形成在所述光敏材料层上。2.根据权利要求1所述的多波长垂直腔面发射激光器，其特征在于，每个所述有源层的厚度与其他所述有源层的厚度均不相同，和/或，每个所述有源层的材料组分与其他所述有源层的材料组分均不相同，其中，所述有源层的材料包括al
x
ga
1-x
as、gaas、inp、in
x
ga
1-x
as以及ga
x
in
1-x
n
y
as
1-y
中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的多波长垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述有源结构还包括多个间隔层以及多个隧道结层；每个所述间隔层以及每个所述隧道结层依次形成在相应所述有源层上。4.根据权利要求3所述的多波长垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述隧道结层的材料包括al
x
ga
1-x
as、gaas、inp、in
x
ga
1-x
as以及ga
x
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中的一种或几种；每个所述隧道结层的离子掺杂浓度大于相应所述有源层的离子掺杂浓度。5.根据权利要求3所述的多波长垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述间隔层的离子注入深度包括0微米～20微米；所述间隔层中注入的离子包括氢离子、氧离子、氮离子、氩离子、碳离子、磷离子以及硼离子中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的多波长垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述基底包括绝缘衬底，以及形成在所述绝缘衬底上的欧姆接触层；所述有源结构以及所述第一电极形成在所述欧姆接触层的第一区域上，所述接触电极以及所述第二电极形成在所述欧姆接触层的第二区域上。7.根据权利要求1所述的多波长垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述多波长垂直腔面发射激光器还包括形成在所述第一区域上的第一反射镜结构、氧化层以及第二反射镜结构，其中：所述第一反射镜结构形成在所述有源结构与所述基底之间；所述氧化层以及所述第二反射镜结构依次形成在所述有源结构和所述第一电极之间，且位于所述光敏材料层中；所述多波长垂直腔面发射激光器还包括延长腔结构，所述延长腔结构位于所述第一反射镜结构与所述第二反射镜结构之间。8.一种多波长垂直腔面发射激光器的制备方法，用于制作权利要求1～7任一项所述的多波长垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述制备方法包括：提供一基底；在所述基底的第一区域上外延生长有源结构，以及形成第一电极；其中，所述有源结构
包括多个级联的有源层，每个所述有源层的量子阱对应的增益峰值波长与其他所述有源层的量子阱对应的增益峰值波长均不相同；在所述基底的第二区域上形成接触电极；在所述基底上形成光敏材料层，其中，所述接触电极和所述有源结构间隔形成在所述光敏材料层中，且所述光敏材料层的上方与所述第一电极的下方相齐平；在所述光敏材料层上形成第二电极，所述第二电极与所述接触电极电性连接。9.根据权利要求8所述的多波长垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，所述多波长垂直腔面发射激光器还包括第一反射镜结构、延长腔结构、氧化层以及第二反射镜结构，所述在所述基底的第一区域上外延生长有源结构，以及形成第一电极，包括：在所述基底上依次外延生长所述第一反射镜结构、所述延长腔结构、所述有源结构、高铝层以及所述第二反射镜结构，以形成第一外延结构；对所述第一外延结构进行刻蚀处理，形成第二外延结构，以使所述第二外延结构形成在所述基底的第一区域上，且露出所述基底的第二区域；对所述高铝层进行氧化处理，形成具有氧化孔的所述氧化层；在所述第二反射镜结构上方溅射并电镀形成所述第一电极。10.根据权利要求9所述的多波长垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，所述在所述基底上形成光敏材料层，包括：在所述基底的第一区域以及所述基底的第二区域旋涂所述光敏材料层，以使所述接触电极和所述有源结构间隔形成在所述光敏材料层中；对所述光敏材料层进行平坦化处理，以使所述光敏材料层的上方与所述第一电极的下方相齐平；对所述光敏材料层进行固化处理。

技术总结
本发明公开一种多波长垂直腔面发射激光器及其制备方法，涉及半导体激光器技术领域，以在波分复用通信技术中，节约光模块的体积、功耗和成本，并提高耦合效率。所述多波长垂直腔面发射激光器包括：基底。形成在基底的第一区域上的有源结构以及形成在有源结构上方的第一电极；其中，有源结构包括多个级联的有源层，每个有源层的量子阱对应的增益峰值波长与其他有源层的量子阱对应的增益峰值波长均不相同。形成在基底的第二区域上的接触电极，以及形成在接触电极上且与接触电极电性连接的第二电极。形成在基底上的光敏材料层，接触电极和有源结构间隔形成在光敏材料层中，第一电极和第二电极形成在光敏材料层上。极和第二电极形成在光敏材料层上。极和第二电极形成在光敏材料层上。


技术研发人员：荀孟 潘冠中 孙昀 周晓莉
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：2023.07.19
技术公布日：2023/10/15