本发明涉及激光器技术领域，具体而言，涉及一种半导体激光发射器。
背景技术：
半导体类型的激光器，由于其出色的可控性能，并且非常容易实现阵列型的集成化设计，被越来越多地利用在各个探测过程中，通过对于电压等特性的控制也能比较方便地实现激光参数的调整，对于整个系统而言是非常有利的，半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的激光器，又称半导体激光二极管(ld)，是20世纪60年代发展起来的一种激光器。半导体激光器的工作物质有几十种，例如砷化镓(gaas)、硫化镉(cds)等，激励方式主要有电注入式、光泵式和高能电子束激励式三种。半导体激光器的优点主要包含以下几个方面：1)体积小、重量轻。2)可注入激励：仅用几伏的电压注入毫安级的电流就能够驱动。除电源装置以外不需要其它的激励设备和部件。电功率直接变换成光功率，能量效率高。3)波长范围宽：适当的选择材料和合金比，在红外和可见光很宽的波长范围内能够实现任意波长的激光器。4)可直接调制：把信号重叠在驱动电流上，在直流到g赫兹范围内，可以调制振荡强度、频率和相位。5)相干性高：用单横模的激光器可以得到空间上相干性高的输出光。在分布反馈型(dfb)和分布布拉格反射型(dbr)激光器中能够得到稳定的单纵模激射，得到时间上的高相干性等等优势。
目前应用较多的一种半导体激光器为表面发射半导体激光器，与传统的边缘发射报道提激光器相比也具有许多的优势，而在表面发射型半导体激光器中垂直腔表面发射激光器vcsel(vertical-cavitysurface-emittinglasers)因其本身低阈值、圆形光束、易耦合和易二维集成其同时具有边模抑制比高、阈值低、体积小、易于集成、输出功率高等优点。等优点，成为光电子领域研究的热点。在光纤通讯系统中，动态单模工作的长波长垂直腔面发射激光光源是不可缺少的关键性元件。主要用于中距离和长距离高速数据通讯和光互连、光并行处理、光识别系统，在城域网和广域网中都有着重要的应用。
垂直腔表面发射激光器vcsel基本结构如图1所示，包括上、下分布式布拉格反射镜(distributedbraggreflector，dbr)、氧化限制孔、多量子阱有源区和欧姆接触电极。量子阱有源区位于n型掺杂和p型掺杂的dbr之间。dbr反射镜具有大于99％的反射率，由高低折射率介质或半导体材料交替外延生长而成，每层材料的光学厚度为激光波长的1/4。有源区的光学厚度为1/2(或(2k 1)*1/2)激光波长的整数倍，通过p-contact向有源区注入电流并产生受激辐射的光子在dbr中往复被反射并谐振放大，从而形成激光。
vcsel工作过程中，一方面，由于上下dbr、有源区存在一定电阻而产生焦耳热以及载流子泄露机制产生热；另一方面有源区的自发辐射吸收以及dbr中的散射吸收产生大量的热；特别连续工作模式下的高功率激光器，产生内部热积累，有源区温度急剧上升，从而导致vcsel激光器性能下降，如①vcsel输出功率下降甚至出现烧孔效应；②高温增强非辐射载流子复合从而导致阈值电流增大；③随着温度的变化，有源区量子阱禁带宽度发生变化以及上下dbr的折射率变化从而导致辐射波长发生温漂；④vcsel内部持续高温除了对性能的影响，还会影响整个器件的可靠性，有源区及dbr中的缺陷在高温下进一步生长扩大致使器件性能下降甚至会出现光学灾变，导致器件失效。因此开发一种能够减少器件产生的热量且成本较低的一种激光器方案是亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种半导体激光发射器，以便解决相关技术中，dbr层数太多，drb电阻以及dbr工作过程中产生的热量太多而引起的一些列问题，严重的甚至导致整个激光发射器不能使用。
为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
本发明实施例提供了一种半导体激光发射器，其特征在于，包括：
一种半导体激光发射器，其特征在于，包括：
第一dbr层，第二dbr层，位于第一dbr层上方的谐振部，以及配置于所述第一dbr层与所述第二dbr层之间的量子阱有源区，所述第一dbr层还连接衬底层。
可选的，所述谐振部贯通整个衬底层。
可选的，所述第一dbr层为n型掺杂，所述第二dbr层为p型掺杂。
可选的，所述的谐振部包括外腔反射镜和透明导电层。
可选的，所述的透明导电层为氧化铟锡。
可选的，所述透明导电层的厚度为80-160um。
可选的，所述外腔反射镜层为曲面。
可选的，所述外腔反射镜层的曲率半径20-160um。
可选的，所述的谐振部的出光尺寸为20-160um。
可选的，所述外腔反射镜层厚度为10-50um。
本发明的有益效果是：本发明提供一种半导体激光发射器，其特征在于，包括：第一dbr层，第二dbr层，位于第一dbr层上方的谐振部，以及配置于所述第一dbr层与所述第二dbr层之间的量子阱有源区，所述第一dbr层还连接衬底层，通过如此设计，n-dbr对数可由原来的22-26pairs减少至8-10pairs，可以有效的减小n-dbr电阻以及工作过程产生的焦耳热。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为现有技术中提供的一种激光发射器的结构示意图；
图2为现有技术中提供的一种激光发射器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种激光发射器的结构示意图；
图4-图11为本发明实施例提供的一种工艺实现示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1为现有技术公开的一种激光发射器的示例图，包含了第一电极101，第一电极的材料可以采用金(au)，锗(ge)，银(ag)，钯(pd)，铂(pt)，镍(ni)，钛(ti)，钒(v)，钨(w)，铬(cr)，铝(al)，铜(cu)，锌(zn)，锡(sn)和铟(in)等等材料，当然也不限定于金属材料，也可以为金属氧化物等形成的透明电极，第一电极与第一dbr层102相连接，其中第一dbr层102具有其中低折射率层和高折射率层交替堆叠的层叠结构。该低折射率层例如是光学膜厚为λ/4(或者(2k 1)*λ/4)的p型alx1ga(1-x1)as(0＜x1＜1)。高折射率层例如是光学膜厚为λ/4(或者(2k 1)*λ/4)的p型alx2ga(1-x2)as(0≤x2＜x1)，此处也只是示例性地说明，也非具体限定实施材料必须为此，满足中低折射率与高折射率交替堆叠的布拉格型结构设置即可，107为氧化限制层，起到对于生成光子限制的作用，使得生成的激光发出更居中，同时其可减小共振器的折射率来增加在该位置中的高次横向模式的光损失并因此抑制振荡，其中在高次横向模式中可得到最强强度，进而实现更好的聚准效果，此处也不限定具体的材料。103为发射器的有源区，有源区103具有量子阱结构，在该量子阱结构中，交替地层叠具有8nm厚度的未掺杂al0.11as0.89gaas量子阱层的量子阱层和具有5nm厚度的未掺杂al0.3ga0.7as层的阻挡层。例如将有源区103设计成具有780nm波长的光发射，有源区103的光学厚度为1/2激光波长的整数倍，通过p-contact第一电极301向有源区注入电流并产生受激辐射的光子在dbr中往复被反射并谐振放大，从而形成激光。由未掺杂al0.6ga0.4as层形成的作为用于形成有源区3中的一层的隔离层在其中心包括量子阱结构。整个隔离层具有的膜厚同λ/nr的整数倍一样大，这里λ是振荡波长而nr是介质的折射率，此处也只是示例型说明并不限定实现材料、厚度和出射光波长等等特性，有源区103的另一端连接第二dbr层104，其具有其中低折射率层和高折射率层交替堆叠的层压结构。该低折射率层例如是光学膜厚为λ/4(或者(2k 1)*λ/4)的n型alx3ga(1-x3)as(0＜x3＜1)。λ表示半导体激光器1的振荡波长。高折射率层例如是光学膜厚为λ/4(或者(2k 1)*λ/4)的n型alx4ga(1-x4)as(0≤x4＜x3)。与第一dbr层102结构类似，此处并不限定具体的材料，也可以由其他材料形成中低折射率与高折射率交替堆叠的布拉格型结构设置即可，通过如此设置的dbr反射区可具有大于99％的反射率。第二dbr层104进一步可以连接衬底层105，例如由砷化镓(gaas)衬底层105构成。衬底层105由对层叠结构(更具体地说，由对有源层103产生的光具有高透明性的材料制成)。衬底层105可以由磷化铟(inp)，氮化镓(gan)，氮化镓铟(ingan)，蓝宝石，硅(si)，碳化硅(sic)等制成，此处也不限定只能采用列举的材料制成，进一步衬底层105还连接第二电极106，其可采用与第一电极101类似的材料制成。通过电极施压，vcsel可以实现被激发工作，在工作过程中一方面，由于第一和第二dbr、有源区存在一定电阻而产生焦耳热以及载流子泄露机制产生热；另一方面有源区的自发辐射吸收以及dbr中的散射吸收产生大量的热；特别连续工作模式下的高功率激光器，产生内部热积累，有源区温度急剧上升，从而导致vcsel激光器性能下降，这将会在半导体激光器使用中产生如下问题：①vcsel输出功率下降甚至出现烧孔效应；②高温增强非辐射载流子复合从而导致阈值电流增大；③随着温度的变化，有源区量子阱禁带宽度发生变化以及上下dbr的折射率变化从而导致辐射波长发生温漂；④vcsel内部持续高温除了对性能的影响，还会影响整个器件的可靠性，有源区及dbr中的缺陷在高温下进一步生长扩大致使器件性能下降甚至会出现光学灾变，导致器件失效。
图2为现有技术中提供的一种激光发射器的结构示意图；垂直外腔面发射激光器(vertical-external-cavitysurface-emittinglaser,vecsel)根据驱动方式可以分为两种，光泵浦垂直外腔面激光器(op-vecsel)和电泵浦垂直外腔面激光器(ep-vecsel)，相比于op-vecsel电泵浦vecsel具有较为紧凑化、小型化；另一方面，ep-vecsel能够通过电注入直接将电能转换为激光输出，具有更高的电光转换效率。如图2所示，ep-vecsel的外腔反射镜通过在vcsel芯片外集成。自上而下包括外腔反射镜、n型欧姆接触电极、衬底、n型掺杂的分布式布拉格反射镜(distributedbraggreflector，dbr)、多量子阱有源区、防护材料层、p型掺杂dbr、以及n型欧姆接触电极。量子阱有源区位于n型掺杂和p型掺杂的dbr之间。dbr反射镜具有大于99％的反射率，由高低折射率介质或半导体材料交替外延生长而成，每层材料的光学厚度为激光波长的1/4。有源区的光学厚度为1/2激光波长的整数倍，通过p-contact向有源区注入电流并产生受激辐射的光子在dbr中往复被反射并谐振放大，从而形成激光。如图2所示的ep-vecsel的外腔反射镜通过在vcsel芯片外集成，，这种方式不利于光源的进一步集成化、小型化。
图3为本发明实施例提供的一种激光发射器的结构示意图，与图2中各层功能和材料类似，此处不在赘述，本发明的改进在于，所述第一dbr层301还连接衬底层306，所述透明导电层304和外腔反射镜305共同组成谐振部。所述谐振部贯穿整个306衬底层，谐振部的出光孔尺寸为20-160um。透明导电层的厚度为80-160um，透明导电层的材料包括透明电极氧化铟锡(ito)或铟制成，氧化锌(izo)等。305外腔反射镜层厚度为10-50um，外腔反射镜层具有一定曲率，曲率半径20-160um。305外腔反射镜层与r1形成谐振腔，n-dbr对数可由原来的22-26pairs减少至8-10pairs，可以有效的减小n-dbr电阻以及工作过程产生的焦耳热。
图4-图11为本发明实施例提供的一种工艺实现示意图。图4为外延成长步骤，外延生长少对数n-dbr，n-dbr对数为8-12对。图5为台面刻蚀，采用电感耦合等离子体干法刻蚀在外延片p型掺杂面(p面)刻蚀出一系列圆形台面，刻蚀深度超过氧化限制层；图6为蒸镀欧姆接触电极，生长ti/pt/au层形成电极接触；图7为侧氧制备氧化限制层，进行侧氧形成氧化限制层；图8为填充保护层图；9为衬底刻蚀出光孔，过双面对准在衬底制作出光窗口，刻蚀将衬底完全刻蚀至n-dbr区域，出光孔尺寸为20-160um；图10为沉积ito及介质层，通过化学气相沉积技术在出光窗口进行透明导电材料沉积，沉积厚度80-160um；透明导电材料包括透明电极，氧化铟锡(ito)或铟制成。氧化锌(izo)等；通过化学气相沉积技术在出光窗口填有透明导电材料的上方沉积介质层层，包括氧化硅、氮化硅等，介质层厚度10-50um，介质层具有一定曲率，曲率半径20-160um。所沉积介质层为外腔反射镜；图11为倒装焊与基片，将激光器芯片倒装焊与底座之上。
通过本发明的技术方案实现了如下几个的技术优点：
1)具有一体化垂直外腔面的电泵浦发射激光器，采用外腔面(沉积介质层)，n-dbr对数可由原来的22-26pairs减少至8-10pairs，可以有效的减小n-dbr电阻以及工作过程产生的焦耳热；
2)背出光区域通过刻蚀技术完全贯通，并填充ito材料；
3)良好的欧姆接触，保证载流子高效注入；
4)ito相比于gaas衬底具有较高光透过率。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
1.一种半导体激光发射器，其特征在于，包括：
第一dbr层，第二dbr层，位于第一dbr层上方的谐振部，以及配置于所述第一dbr层与所述第二dbr层之间的量子阱有源区，所述第一dbr层还连接衬底层。
2.根据权利要求1所述的半导体激光发射器，其特征在于，所述谐振部贯通整个衬底层。
3.根据权利要求1所述的半导体激光发射器，其特征在于，所述第一dbr层为n型掺杂，所述第二dbr层为p型掺杂。
4.根据权利要求1所述的半导体激光发射器，其特征在于，所述的谐振部包括外腔反射镜和透明导电层。
5.根据权利要求4所述的半导体激光发射器，其特征在于，所述的透明导电层为氧化铟锡。
6.根据权利要求4所述的半导体激光发射器，其特征在于，所述透明导电层的厚度为80-160um。
7.根据权利要求4所述的半导体激光发射器，其特征在于，所述外腔反射镜层为曲面。
8.根据权利要求4所述的半导体激光发射器，其特征在于，所述外腔反射镜层的曲率半径20-160um。
9.根据权利要求1所述的半导体激光发射器，其特征在于，所述的谐振部的出光尺寸为20-160um。
10.根据权利要求4所述的半导体激光发射器，其特征在于，所述外腔反射镜层厚度为10-50um。
技术总结