GaAs上VCSEL

基于GaAs基材料系统的VCSEL由于高的Q值而备受研究者青睐，目前VCSEL最多也是生长在GaAs衬底上。但以GaAsSb QW作为有源区的CW长波长VCSEL发射波长被限制在1.23 m。发射波长1.3 m的GaAsSb-GaAs系统只有侧面发射激光器中报道过。日前美国贝尔实验室的F.Quochi等人演示了室温CW时激射波长为～1.28 m的生长在GaAs衬底下的光泵浦GaAsSb-GaAs QW VCSEL。这个波长是目前报道的GaAsSb-GaAs材料系最长的输出波长。

(3)新工艺

氧化物限制工艺

氧化物限制的重大意义在于：能较高水平地控制发射区面积和芯片尺寸，并能极大地提高效率和使光束稳定地耦合进单模和多模光纤。因此，采用氧化物限制方案器件有望将阈值电流降到几百Ａ，而驱动电流达到几个mA就足以产生1mW左右的输出光功率。

采用氧化孔径来限制电流与光场，使效率得到显著提高，同时降低了VCSEL的阈值电流。所以，现在极有可能在单个芯片上制作大型和密集型封装的氧化限制VCSEL阵列而不会存在严重的过热问题。除低阈值电流和高效率外，均匀性是成功的VCSEL阵列的又一重要因素。在驻波节点处设置微氧化孔提高了VCSEL阵列的均匀性，并降低了小孔器件的散射损耗。美国University of Southern California大学日前演示的均匀晶片键合氧化限制底部发射850nm VCSEL阵列中，5 5 VCSEL阵列的平均阈值电流低至346 A，而平均外量子效率接近57%，室温连续波电流激射时单模输出功率超过2 mW。他们还演示了大（10 20）VCSEL阵列，其阈值电流和外量子效率的变化分别低于4%与2%。

晶片键合工艺

长波长垂直腔面发射激光器（LW-VCSEL）因其低价格、超低阈值和小的光束发散，作为光纤通信系统中的激光源有很大的潜力。但是由于它的氧化层和有源层间存在着为满足足够的电流传播和弱的光横向限制的固有距离，使LW-VCSEL遭受横电光限制，因此在高的结电流时会出现一个不稳定的横模图形。

日本NTT光子实验室将具有充分的横向限制的掩埋异质结（BH）引入1.55 m VCSEL中，采用了薄膜晶片键合工艺使InP基掩埋异质结VCSEL制作在 GaAs-DBR 上。具体过程:（a）采用MOCVD生长InP 基激光器结构（第一次生长）；（b）采用反应离子刻蚀（RIE）形成台面方形；（c）再一次生长掺Fe InP层和n-InP层（第二次生长）；（d）又一次生长p-InP相位匹配和p-InGaAs接触层（第三次生长）；（e）将外延层安装在Si板上并用蜡作机械支撑；（f）采用HCl和H3PO4化学溶液腐蚀InP衬底和InGaAsP腐蚀中止层；（g）将InP基和GaAs基层的两表面在相同结晶方向面对面放置，然后在室温下蜡熔解而使Si片分开，将样品送入退火炉以形成化学键合；（h）将台面上部的p-InGaAs移开并将普通电极和SiO2-TiO2介质镜从台面上移去。底部涂覆一层抗反射涂层。

因为熔合界面远离有源区，而且它不在器件电流通过的路径上，所以晶片键合过程不会影响器件特性。

此LW-VCSEL结构有以下优点：首先，谐振腔波长可在晶片融合之前监控，因此发射波长可以提前控制。第二，激光器工作的可靠性会由于有源层和InP-GaAs熔合界面之间有足够距离而变得很高。此外，它能低电压工作的潜力在很大程度上是因为p-GaAs-AlAs DBR和p-InP-p-GaAs界面间的高电阻得到了消除。