垂直腔面发射激光器中GaAs/AlGaAs的选择性刻蚀技术研究

在氧化物限制型垂直腔面发射激光器制备中,刻蚀GaAs/AlGaAs时因异质型材料常出现选择性内蚀现象,这会直接影响后续的氧化工艺及电极钝化的效果。针对因选择性内蚀而出现的"镂空"现象,对湿法刻蚀工艺和干法刻蚀工艺进行详细研究,研究结果表明通过调整刻蚀液体积配比和感应耦合等离子体(ICP)刻蚀下电极射频功率可有效消除"镂空"现象。湿法刻蚀中,当刻蚀液H_3PO_4-H_2O_2-H_2O各物质体积配比为1\:1\:10时,得到了陡直度较好且光滑的侧壁。ICP干法刻蚀时,通过改变下电极RF功率可调整腔室内的化学刻蚀和物理刻蚀的动态平衡,在下电极射频功率为100 W时,"镂空"现象基本消失,且侧壁陡直度大于80°。     

用于垂直腔面发射激光器的GaAs/AlGaAs的ICP刻蚀工艺研究

采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀设备对应用于垂直腔面发射激光器的GaAs/AlGaAs材料进行刻蚀工艺研究。该刻蚀实验采用光刻胶作为刻蚀掩模,Cl2/BCl3作为刻蚀工艺气体,通过实验分析总结了ICP源功率、射频偏压功率和腔体压强对GaAs/AlGaAs材料和掩模刻蚀速率的影响。利用扫描电子显微镜观察不同参数条件对样品侧壁垂直度和底部平坦度的影响。最终在保证高刻蚀速率的前提下,通过调整优化各工艺参数,得到了侧壁光滑、底部平坦的圆台结构。     

新型垂直腔面发射激光器的研制

热问题是制约垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)的关键难题之一。为改善垂直腔面发射激光器的热特性,提高输出功率,设计并制备了一种新型内腔接触式结构VCSEL。在出光孔径为16μm时,同时制备传统结构和新型结构两种器件并对其进行测试,传统结构VCSEL的阈值电流为11.5 mA,当注入电流为34 mA时,最大输出功率达到7.3 mW;新结构器件的阈值电流为9 mA,当注入电流为35 mA时,最大输出功率达到10.2 mW;新结构的阈值电流降低了21.7%,最大输出功率提高了28%。结果表明,这种内腔接触式电极结构有望改善器件的热特性和光电性能。     

可见光垂直腔面发射激光器的研制

本文报道了一种工艺简单可靠、利用钨丝掩膜质子轰击（见Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｓｅｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，１９９６，１１∶１７３４～１７３６）方法制成的室温准连续运转可见光垂直腔面发射激光器。激射波长为６６０ｎｍ。外延片能带结构见图１。器件结构如图２。器件制作...     

垂直腔面发射激光器

The development and application of vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) are summarized in this paper. The emphasis is focused on the high power single and 2-D arrays bottom-emitting VCSELs with a wavelength of 980nm. A distinguished device performance is achieved. The maximum continuous-wave (CW) output power of large aperture single devices with active diameters up to 500μm is as high as 1.95W at room temperature, which is to our knowledge the highest value reported for a single device. Size dependence of the output power, the threshold current and the differential resistance are discussed. A 16 elements array with 200μm aperture size (250μm center spacing) of individual elements shows a CW output power of 1.32W at room temperature.     

外腔面发射激光器GaAs基质的酸性腐蚀

外腔面发射激光器的GaAs基质厚度大,热导率低,严重阻碍有源区热量的扩散,影响激光器功率的提高。为了去除激光器的GaAs基质,采用硫酸系酸性腐蚀,通过改变腐蚀液浓度和腐蚀温度来比较腐蚀液对GaAs基质的腐蚀影响,并采用原子力显微镜照片表征了腐蚀表面的粗糙度。结果表明,当腐蚀液的体积比V（H2SO4）:V（H2O2）:V（H2O）=1:5:10,腐蚀温度为30℃时,腐蚀速率适中,为5.2μm/min,腐蚀表面粗糙度2.7nm,腐蚀总体效果较为理想。较好的GaAs基质腐蚀效果为外腔面发射激光器衬底去除腐蚀阻挡层的选择性腐蚀提供了基本的保障。     

基于AlAs氧化法研制的垂直腔面发射激光器

结合垂直腔面发射激光器的制备,研究了AlAs选择性氧化工艺中氧化炉温、氮气流量、水温等条件和AlAs层的横向氧化速率之间的关系,并得到了可精确控制氧化过程的工艺条件,在优化的工艺条件下运用湿氮氧化制备出InGaAs/GaAs垂直腔面发射激光器,实现了器件的室温脉冲激射.     

980nm垂直腔面发射激光器的研制

采用低压金属有机化合物气相外延生长技术,应用AlAs/AlGaAs选择性湿氮氧化工艺实现光、电限制，制备出具有一定性能的980nm内腔接触式氧化物限制型顶发射980nm垂直腔面发射激光器(VCSEL). 通过制备不同氧化孔径尺寸的VCSEL，分析了氧化孔径尺寸大小对器件的阈值电流和串联电阻的影响. 获得的最小阈值电流为0.8mA，最大光输出功率达8mW.     

980nm垂直腔面发射激光器的研制

采用低压金属有机化合物气相外延生长技术,应用AlAs/AlGaAs选择性湿氮氧化工艺实现光、电限制,制备出具有一定性能的980nm内腔接触式氧化物限制型顶发射980nm垂直腔面发射激光器(VCSEL).通过制备不同氧化孔径尺寸的VCSEL,分析了氧化孔径尺寸大小对器件的阈值电流和串联电阻的影响.获得的最小阈值电流为0.8mA,最大光输出功率达8mW.     

新型结构垂直腔面发射激光器的研制

为改善垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)的热特性.提高其光电性能,研制了新型辐射桥结构的VCSEL,即采用辐射桥状的电流注入通道取代以往传统结构VCSEL的环形电流注入通道.研究表明辐射桥结构可以降低VCSEL器件的体电阻和热阻,改善器件的模式特性.在同一外延片上,采用相同的工艺制备了辐射桥结构与传统结构两种VCSEL器件,并对两种器件的光电性能进行了对比测试.结果表明,辐射桥结构VCSEL比传统结构的VCSEL微分电阻降低25%,输出功率提高到1.6倍;辐射桥结构的VCSEL具有良好的温度特性与模式特性,80℃时仍能正常激射,60℃时最大输出功率可达17 mW,器件的热阻可达1.95℃/mW;器件单模工作,其总体性能远优于传统结构的VCSEL器件.     

980nm垂直腔面发射激光器的研制

采用低压金属有机化合物气相外延生长技术,应用AlAs/AlGaAs选择性湿氮氧化工艺实现光、电限制,制备出具有一定性能的980nm内腔接触式氧化物限制型顶发射980nm垂直腔面发射激光器(VCSEL).通过制备不同氧化孔径尺寸的VCSEL,分析了氧化孔径尺寸大小对器件的阈值电流和串联电阻的影响.获得的最小阈值电流为0.8mA,最大光输出功率达8mW.     

垂直腔面发射激光器同相发射

桑迪亚国家实验室首次演示了强耦合锁相垂直腔面发射激光器列阵。该发明为具有衍射极限光束的高功率垂直腔面发射激光器(VSEL)基发射机铺平了道路。用反引导耦合将两支868nm垂直腔面发射激光器锁相,使它们完全同相发射。反引导耦合要求连接发射单元的光学材料折射率增强,使光容易在元件间泄漏。可使用消逝波耦合,但反引导耦合较强(单位长度),最好选择最低阶横模。通过在偶数波长间隔上放置两支垂直腔面发射激光器单元达到所要求的同相运转。当这两个单元以奇数波长分开时,就180°异相发射,产生不太合意的两瓣形远场图。以后会将几十个垂直…     

垂直腔面发射微腔激光器

介绍垂直腔面发射激光器(VCSEL)的结构、特点、性能、应用以及最新进展，并对当前要解决的关键问题进行了论述。     

高功率垂直腔面发射激光器

垂直腔面发射激光器(VCSEL)技术在20世纪90年代走向成熟并开始工业化生产,数据通信是VCSEL的第1个规模化产品应用市场.2001年对于VCSEL而言是一个转折点,这一年数据通信由高峰走入低谷,但VCSEL的生产厂家和用户却从VCSEL的优异性能中看到了其在非数据通信领域应用的光明前景.在工业应用方面,VCSEL作为激光光源现已广泛应用于气体传感器中,通过测量气体对激光的吸收光谱可以确定某种气体(O2等)的浓度.在最为人们所看好的人机界面领域,VCSEL以价格低廉、易于批量生产和性能优异的特点打入了鼠标市场,以VCSEL制成的激光鼠标已经成为主流产品,年产量巨大.现在摆在VCSEL面前的还有一个发展前景广阔的领域:高功率脉冲激光器应用市场.要想进入这一市场,VCSEL必须具备2个方面的优势:低成本和高性能.本文主要讨论了VCSEL在高功率脉冲激光器方面的应用,内容包括VCSEL的制造技术、装配解决方案、产品的性能和可靠性,另外还介绍了VCSEL瞄准的市场目标及其发展潜力.     

同相发射的垂直腔面激光器

由于桑迪亚国家实验室所作的研究,强烈耦合锁相列阵垂直腔面发射激光器已变成现实。这一发展为以不同衍射极限光束质量的高功率垂直腔面发射激光器为基础的发射器铺平了道路。利用反传导耦合,研究人员已使发射８６８ｎｍ波长的两个垂直腔面发射激光器锁相,让它们完全同相发射。反传导耦合要求连结发射元件的光学材料具有增大的折射率,以便光很易于在元件之间漏掉。与另一种可选方案（消逝波）不同,反传导耦合使每单位长度有很强耦合,并且最低级次的横模优先。所希望的同相运转通过两个垂直腔面发射激光器单元甚至隔开很多波长距离而实…     

垂直腔面发射激光器的结构和应用

VCSEL的发展虽然早在1962年就有人提出制造垂直腔二极管激光器的建议,但直到1977年才由日本东京工业大学的Kenichi Iga教授为首的研究小组首次提出制造垂直腔面发射激光器(VCSEL)的设想。当时他们的想法主要是通过采用缩短腔长的办法来获得稳定的动态单纵模工作的半导体激光器,以提高光通信的能力。但由于这种激光器的单程增益长度极短,激射条件十分苛刻,因此该研究工作长期停滞不前,直到1979年Iga小组才率先发明了世界上第一支垂直腔面发射激光器。这个时期的VCSEL采用的是液相外延(LPE)技术,以InGaAsP/InP为材料在77K°下的脉…     

电注入垂直腔面发射激光器

电注入垂直腔面发射激光器桑迪亚国家实验室的研究人员已报导首支电注入可见光垂直腔面发射激光器（ＶＣＳＥＬ）。此次演示被认为是激光技术的一个重要进展，这种进展使可见光面发射半导体激光器更接近于实现潜在的广泛产品。这个成就是桑迪亚Ｒ．Ｐ．Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ...     

垂直腔面发射激光器制作新工艺

采用一种新工艺制作了垂直腔面发射激光器(VCSEL),即用开环分布孔取代以往的环形沟道作为氧化物限制技术的注入窗口。因开环分布孔间形成多个桥,为电注入提供了天然的桥状通道,解决了电极过沟断线问题。这种新结构器件的输出功率约为以往结构器件的1.34倍。在20℃~80℃范围内,对器件的输出功率、阈值电流及波长漂移性进行了研究。60℃时最大输出光功率可达到6 mW。激射波长随温度升高呈线性变化,且向长波方向移动,速率为0.06 nm/℃。由实验结果计算出器件的热阻为1.96℃/mW。