氮化物垂直腔面發射激光器的發展與挑戰（特邀）

王玉坤，鄭重明，龍浩，梅洋，張保平

（廈門大學電子科學與技術學院（國家示范性微電子學院），廈門361005）

0 引言

半導體激光器有多種結構，例如分布反饋式激光器（Distributed Feedback Laser Diode，DFB-LD）、邊發射激光器（Edge-emitting Laser，EEL）和垂直腔面發射激光器（Vertical-cavity Surface-emitting Laser，VCSEL）等。其中，VCSEL 可以依托其垂直腔的特點制備成二維陣列，進行大尺寸二維集成，并且擁有圓形遠場光斑、單縱模輸出、低功耗、圓片測試等優點。

VCSEL 在半導體激光器歷史中發展雖較晚，但其研究已超過40年。1977年，東京工業大學的伊賀健一等第一次提出了VCSEL 的構想［1-2］。這種結構是一種上下法布里-珀羅腔（F-P），兩片反射鏡夾著中間的有源層。典型的制作方法是在藍寶石襯底上外延制備下分布布拉格反射鏡（Distributed Bragg Reflector，DBR），接著制備相應量子阱等有源層結構，之后再制備上DBR。電泵VCSEL 器件則還要額外制備上電極和底電極等結構。最初的VCSEL 主要基于砷磷化物（如：GaInAsP）材料體系制備。通過氧化有源區邊緣的砷化物來形成電流和光學限制層，從而實現對腔內光場和電流的局域化。

與傳統的邊發射激光器相比，VCSEL 有如下優點：1）圓形光斑，易與光纖耦合；2）同一基底上能夠同時制作多個器件，從而實現二維集成，降低成本，提升效率［3-4］；3）諧振腔長度為微米量級，與波長接近，縱模間距較大，器件容易實現單縱模工作，動態單模性較好，擁有較大的弛豫震蕩頻率［3］；4）制備過程中無需解理外延片形成諧振腔，腔長可通過外延精確控制，激射波長重復性高。

1979年，在提出VCSEL 概念兩年后，伊賀健一便在77 K 溫度下實現了第一支電注入GaInAsP/InP VCSEL 的脈沖激射［5］；……