CN109728502B - 垂直腔面发射激光器外延结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垂直腔面发射激光器外延结构及其制备方法，其中，N型DBR层由Al组分含量不同的AlYGa1‑YAs组成，不同AlYGa1‑YAs层间的势垒结减小，并利用相邻AlYGa1‑YAs层之间的应力变化拉伸势垒高度，使得N型DBR层的势垒结整体深度变浅，降低N型DBR层的串联阻值，降低N型DBR层两端的电压，减小DBR层的阈值电流，使得电流在N型DBR层中消耗较少，进而减小外延结构的热损耗，提高外延结构的功率转换效率和斜率效率。另外，不同Al组分的AlYGa1‑YAs之间形成台阶，势垒差减小，可以使电子更容易跃迁，电子与空穴复合对数增多，使粒子反转数增多，提高增益。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，特别是涉及一种垂直腔面发射激光器外延结构及其制备方法。
背景技术
垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，简称VCSEL)是一种从垂直于衬底面射出激光的半导体激光器，具有体积小、寿命长、效率高、输出圆形光斑、单纵模等特点，广泛应用在光纤通信、光存储和激光打印等诸多领域。VCSEL一般由衬底、有源区、分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflection，简称DBR)和金属镀层等几部分组成，N型DBR的镜面和P型DBR的镜面组成VCSEL的谐振腔。
目前VCSEL外延结构主要以突变DBR、堆积DBR、线性DBR等方式获得较高的反射率，但是，现有VCSEL的阈值电流较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种垂直腔面发射激光器外延结构及制备方法，以减小VCSEL的阈值电流。
为解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：
一种垂直腔面发射激光器外延结构，包括：
衬底；
位于所述衬底第一侧表面的缓冲层；
位于所述缓冲层背离所述衬底一侧的N型分布式布拉格反射层，所述N型分布式布拉格反射层包括层叠的多个第一堆叠单元；
位于所述N型分布式布拉格反射层背离所述缓冲层一侧的第一限制层；
位于所述第一限制层背离所述分布式布拉格反射层一侧的第一波导层；
位于所述第一波导层背离所述第一限制层一侧的量子肼发光层；
位于所述量子肼发光层背离所述第一波导层一侧的第二波导层；
位于所述第二波导层背离所述量子肼发光层一侧的第二限制层；
位于所述第二限制层背离所述第二波导层一侧的氧化层；
位于所述氧化层背离所述第二限制层一侧的P型分布式布拉格反射层，所述P型分布是布拉格反射层包括层叠的多个第二堆叠单元；
其中，所述第一堆叠单元包括层叠的第一N型过渡层、第二N型过渡层、第三N型过渡层、第一N型反射层、第四N型过渡层、第五N型过渡层、第六N型过渡层和第二N型反射层，所述第一N型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一N型反射层中铝的组分为Y4，所述第四N型过渡中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五N型过渡中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六N型过渡中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二N型反射层中铝的组分为Y1，Y1小于Y3小于Y2小于Y4；
所述第二堆叠单元包括层叠的第一P型反射层和第二P型反射层，所述第一P型反射层中铝的组分大于所述第二P型反射层中铝的组分。
可选的，第一N型过渡层、第三N型过渡层、第五N型过渡层中铝组分的渐变曲线满足1/4周期的正弦曲线。
第二N型过渡层、第四N型过渡层、第六N型过渡层中铝组分的渐变曲线满足1/4周期的余弦曲线。
可选的，Y1为0.1，Y2为0.6，Y3为0.4，Y4为0.9。
可选的，所述第二堆叠单元还包括：
位于所述第一P型反射层与所述氧化层之间，层叠设置的第一P型过渡层、第二P型过渡层、第三P型过渡层，所述第一P型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一P型反射层中铝的组分为Y4；
位于所述第一P型反射层和所述第二P型反射层之间，层叠设置的第四P型过渡层、第五P型过渡层和第六P型过渡层，所述第四P型过渡中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五P型过渡中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六P型过渡中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二P型反射层中铝的组分为Y1。
可选的，所述第一N型过渡层、所述第二N型过渡层、所述第三N型过渡层、所述第四N型过渡层、所述第五N型过渡层和所述第六N型过渡层的厚度相同；
所述第一P型过渡层、所述第二P型过渡层、所述第三P型过渡层、所述第四P型过渡层、所述第五P型过渡层和第六P型过渡层的厚度相同。
可选的，所述第一N型过渡层的厚度取值范围为1-10nm，包括端点值；
所述第一P型过渡层的厚度取值范围为1-10nm，包括端点值。
可选的，所述N型分布式布拉格反射层中所述第一堆叠单元个数的取值范围为1-100，包括端点值；
所述P型分布式布拉格反射层中所述第二堆叠单元个数的取值范围为1-100，包括端点值；
一种垂直腔面发射激光器外延结构的制备方法，该制备方法包括：
在衬底第一侧表面形成缓冲层；
在所述缓冲层背离所述衬底一侧形成N型分布式布拉格反射层，所述N型分布式布拉格反射层包括层叠的多个第一堆叠单元；
在所述N型分布式布拉格反射层背离所述缓冲层一侧形成第一限制层；
在所述第一限制层背离所述分布式布拉格反射层一侧形成第一波导层；
在所述第一波导层背离所述第一限制层一侧形成量子肼发光层；
在所述量子肼发光层背离所述第一波导层一侧形成第二波导层；
在所述第二波导层背离所述量子肼发光层一侧形成第二限制层；
在所述第二限制层背离所述第二波导层一侧形成氧化层；
在所述氧化层背离所述第二限制层一侧形成P型分布式布拉格反射层，所述P型分布是布拉格反射层包括层叠的多个第二堆叠单元；
其中，所述第一堆叠单元包括层叠的第一N型过渡层、第二N型过渡层、第三N型过渡层、第一N型反射层、第四N型过渡层、第五N型过渡层、第六N型过渡层和第二N型反射层，所述第一N型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一N型反射层中铝的组分为Y4，所述第四N型过渡层中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二N型反射层中铝的组分为Y1，Y1小于Y3小于Y2小于Y4；
所述第二堆叠单元包括层叠的第一P型反射层和第二P型反射层，所述第一P型反射层中铝的组分大于所述第二P型反射层中铝的组分。
可选的，所述第二堆叠单元还包括：
位于所述第一P型反射层与所述氧化层之间，层叠设置的第一P型过渡层、第二P型过渡层、第三P型过渡层，所述第一P型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一P型反射层中铝的组分为Y4；
位于所述第一P型反射层和所述第二P型反射层之间，层叠设置的第四P型过渡层、第五P型过渡层和第六P型过渡层，所述第四P型过渡层中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二P型反射层中铝的组分为Y1。
可选的，所述N型布拉格反射层和所述P型布拉格反射层的生长环境包括氮气环境和氢气环境中的至少一种。
本方案具有以下优势：
本发明所提供的垂直腔面发射激光器外延结构中，所述N型DBR层由Al组分含量不同的AlYGa1-YAs组成，不同AlYGa1-YAs层间的势垒结减小，并利用相邻AlYGa1-YAs层之间的应力变化拉伸势垒高度，使得所述N型DBR层的势垒结整体深度变浅，从而降低所述N型DBR层的串联阻值，降低所述N型DBR层两端的电压，减小所述DBR层的阈值电流，使得电流在N型DBR层中消耗较少，进而减小所述外延结构的热损耗，提高所述外延结构的功率转换效率和斜率效率。并且不同Al组分的AlYGa1-YAs之间形成台阶，势垒差减小，使电子更容易跃迁，电子与空穴复合对数增多，从而使粒子反转数增多，提高增益，同时减少热量的产生。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明一个实施例所提供的垂直腔面发射激光器外延结构的结构示意图；
图2为本发明一个实施例所提供的垂直腔面发射激光器外延结构中第一堆叠单元的结构示意图；
图3为本发明一个实施例中，第一外延结构、第二外延结构和第三外延结构中第一堆叠单元的能带随其生长厚度的变化关系曲线图；其中，曲线a为第一外延结构中第一堆叠单元的能带随其生长厚度的变化关系曲线图，b为第二外延结构中第一堆叠单元的能带随其生长厚度的变化关系曲线图，c为第三外延结构中第一堆叠单元的能带随其生长厚度的变化关系曲线图；
图4为本发明一个实施例所提供的垂直腔面发射激光器外延结构中第二堆叠单元的结构示意图；
图5为本发明一个实施例所提供的垂直腔面发射激光器外延结构的制备方法流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
正如背景技术部分所述，现有VCSEL的阈值电流较大。
发明人研究发现，这是由于现有VCSEL的N型DBR中通常包括叠加的高反射AlGaAs层和低反射AlGaAs层，其中，所述高反射AlGaAs层中Al的组分为0.1，低反射AlGaAs层中Al的组分为0.9，从而使得高反射AlGaAs层和低反射AlGaAs层之间具有较大的势垒结，从而导致VCSEL的电阻值较高，使VCSEL的电压较高，电流在DBR中消耗过多，造成VCSEL的阈值电流较大，此外，还会影响VCSEL的功率转换率和斜率效率。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种垂直腔面发射激光器外延结构，如图1所示，该外延结构包括：
衬底10；
位于所述衬底10第一侧表面的缓冲层20；
位于所述缓冲层20背离所述衬底10一侧的N型分布式布拉格反射层30，所述N型分布式布拉格反射层30包括层叠的多个第一堆叠单元；
位于所述N型分布式布拉格反射层30背离所述缓冲层20一侧的第一限制层40；
位于所述第一限制层40背离所述分布式布拉格反射层30一侧的第一波导层50；
位于所述第一波导层50背离所述第一限制层40一侧的量子肼发光层60；
位于所述量子肼发光层60背离所述第一波导层50一侧的第二波导层70；
位于所述第二波导层70背离所述量子肼发光层60一侧的第二限制层80；
位于所述第二限制层80背离所述第二波导层70一侧的氧化层90；
位于所述氧化层90背离所述第二限制层80一侧的P型分布式布拉格反射层100，所述P型分布是布拉格反射层100包括层叠的多个第二堆叠单元；
其中，所述第一堆叠单元包括层叠的第一N型过渡层、第二N型过渡层、第三N型过渡层、第一N型反射层、第四N型过渡层、第五N型过渡层、第六N型过渡层和第二N型反射层，所述第一N型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一N型反射层中铝的组分为Y4，所述第四N型过渡层中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二N型反射层中铝的组分为Y1，Y1小于Y3小于Y2小于Y4；
所述第二堆叠单元包括层叠的第一P型反射层和第二P型反射层，所述第一P型反射层中铝的组分大于所述第二P型反射层中铝的组分。
可选的，在本发明实施例中，所述N型过渡层为N型AlGaAs层。
由此可见，本发明实施例所提供的垂直腔面发射激光器外延结构中，所述N型分布式布拉格反射层不仅包括第一N型反射层和第二N型反射层，还包括位于所述第一N型反射层背离所述第二N型反射层之间的第一N型过渡层、第二N型过渡层和第三N型过渡层以及位于所述第一N型反射层和第二N型反射层之间的第四N型过渡层、第五N型过渡层和第六N型过渡层，其中，所述第一N型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一N型反射层中铝的组分为Y4，所述第四N型过渡层中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二N型反射层中铝的组分为Y1，Y1小于Y3小于Y2小于Y4，从而使得所述N型分布式布拉格反射层中Al的组分由Y1升到Y4再由Y4降到Y1的过程中，采用台阶式的组分变化，先由Y1渐变到Y2，由Y2渐变到Y3，由Y3渐变到Y4，再由Y4渐变到Y3，由Y3渐变到Y2，最后由Y2渐变到Y1，，Al(Y1)与Al(Y2)之间产生较小势垒结，Al(Y2)与Al(Y3)之间产生较小势垒结，Al(Y3)与Al(Y4)之间产生较小势垒结，从而减小相邻过渡层之间的势垒结，并利用相邻N型过渡层或N型过渡层与其相邻的N型反射层之间的应力变化拉伸势垒高度，使得所述N型布拉格反射层的势垒结整体深度变浅，从而降低所述N型布拉格反射层的串联阻值，降低所述N型布拉格反射层两端的电压，减小所述N型布拉格反射层的阈值电流，使得电流在所述N型布拉格反射层中消耗较少，进而减小所述外延结构的热损耗，提高所述外延结构的功率转换效率和斜率效率。
需要说明的是，由于影响所述第一堆叠单元整体电阻值的因素包括第一堆叠单元的串联阻值以及所述第一堆叠单元的掺杂浓度，而本发明实施例中，所述第一堆叠单元的串联阻值减小，因此，在整体电阻值相同的前提下，本发明实施例中，所述第一堆叠单元中的掺杂浓度可以较小，从而降低所述第一堆叠单元的本底，减小所述第一堆叠单元的损耗，提高增益。
另外，由于Al的组分为0.1的AlGaAs层与Al的组分为0.9的AlGaAs层之间具有较高的势垒差，电子很难跃迁，从而限制在势垒结中，会产生大量的热，而本发明实施例所提供的外延结构中，所述N型布拉格反射层中所述第一N型反射层背离所述第二N型发射层以及所述第一N型反射层和第二N型反射层之间具有多个N型过渡层，从而利用各N型过渡层在所述第一N型反射层和所述第二N型反射层之间形成多个台阶，以使得所述N型布拉格反射层中的电子更容易发生跃迁，进而使得所述外延结构中电子和空穴复合对变多，使得所述外延结构中粒子数反转变多，提高增益。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，第一N型过渡层、第三N型过渡层、第五N型过渡层中铝组分的渐变曲线满足1/4周期的正弦曲线，第二N型过渡层、第四N型过渡层、第六N型过渡层中铝组分的渐变曲线满足1/4周期的余弦曲线，以使得所述N型布拉格反射层中各过渡层里铝的组分变化更平滑，进一步降低所述N型布拉格反射层的串联阻值，降低所述N型布拉格反射层两端的电压，减小所述N型布拉格反射层的阈值电流，使得电流在所述N型布拉格反射层中消耗较少，进而减小所述外延结构的热损耗，提高所述外延结构的功率转换效率和斜率效率，同时使得所述外延结构中电子和空穴复合对变多，使得所述外延结构中粒子数反转变多，提高增益。
具体的，在本发明的一个实施例中，Y1为0.1，Y4为0.9，在本实施例的一种具体实现方式中，Y2为0.6，Y3为0.4，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定，只要保证Y1小于Y3小于Y2小于Y4即可。
如图3所示，图3示出了第一外延结构、第二外延结构和第三外延结构中第一堆叠单元的能带随其生长厚度的变化关系曲线图；其中，曲线a为第一外延结构中第一堆叠单元的能带随其生长厚度的变化关系曲线图，b为第二外延结构中第一堆叠单元的能带随其生长厚度的变化关系曲线图，c为第三外延结构中第一堆叠单元的能带随其生长厚度的变化关系曲线图。
具体的，所述第一外延结构、所述第二外延结构和所述第三外延结构中除第一堆叠单元不同外，其他部分均相同，其中，
第一外延结构中第一堆叠单元包括层叠的第一N型反射层和第二N型反射层，其中，第一N型反射层中铝的组分为0.9，第二N型反射层中铝的组分为0.1；
所述第二外延结构中的第一堆叠单元为铝组分渐变结构，包括：第一N型过渡层、第二N型过渡层、第三N型过渡层、第一N型反射层、第四N型过渡层、第五N型过渡层、第六N型过渡层和第二N型反射层，其中，第一N型过渡层中铝的组分由0.1渐变到0.3、第二N型过渡层中铝的组分由0.3渐变到0.6、第三N型过渡层中铝的组分由0.6渐变到0.9、第一N型反射层中铝的组分为0.9、第四N型过渡层中铝的组分由0.9渐变到0.6、第五N型过渡层中铝的组分由0.6渐变到0.3、第六N型过渡层中铝的组分由0.3渐变到0.1和第二N型反射层中铝的组分为0.1；
所述第三外延结构中第一堆叠单元为铝组分提拉式结构，包括：第一N型过渡层、第二N型过渡层、第三N型过渡层、第一N型反射层、第四N型过渡层、第五N型过渡层、第六N型过渡层和第二N型反射层，其中，第一N型过渡层中铝的组分由0.1渐变到0.6、第二N型过渡层中铝的组分由0.6渐变到0.4、第三N型过渡层中铝的组分由0.4渐变到0.9、第一N型反射层中铝的组分为0.9、第四N型过渡层中铝的组分由0.9渐变到0.4、第五N型过渡层中铝的组分由0.4渐变到0.6、第六N型过渡层中铝的组分由0.6渐变到0.1和第二N型反射层中铝的组分为0.1。
由图3可知，相较于第一外延结构、第二外延结构，所述第三外延结构中，所述第一堆叠单元的能带最大值和最小值之间的差值最小，即所述第三外延结构中第一堆叠单元的势垒结最小。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述第一N型过渡层、所述第二N型过渡层、所述第三N型过渡层、所述第四N型过渡层、所述第五N型过渡层和所述第六N型过渡层的厚度相同。可选的，在本发明的一个实施例中，所述第一N型过渡层的厚度取值范围为1-10nm，包括端点值；但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述N型分布式布拉格反射层中所述第一堆叠单元个数的取值范围为1-100，包括端点值；但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
如果VCSEL的P型DBR中仅包括叠加的高反射AlGaAs层和低反射AlGaAs层，其中，所述高反射AlGaAs层中Al的组分为0.1，低反射AlGaAs层中Al的组分为0.9，也会使得高反射AlGaAs层和低反射AlGaAs层之间具有较大的势垒结，从而导致VCSEL的电阻值较高，使VCSEL的电压较高，电流在DBR中消耗过多，造成VCSEL的阈值电流较大，影响VCSEL的功率转换率和斜率效率。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，如图4所示，所述第二堆叠单元还包括：
位于所述第一P型反射层1004与所述氧化层90之间，层叠设置的第一P型过渡层1001、第二P型过渡层1002、第三P型过渡层1003，所述第一P型过渡层1001中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二P型过渡层1002中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三P型过渡层1003中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一P型反射层1004中铝的组分为Y4；
位于所述第一P型反射层1004和所述第二P型反射层1008之间，层叠设置的第四P型过渡层1005、第五P型过渡层1006和第六P型过渡层1007，所述第四P型过渡层1005中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五P型过渡层1006中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六P型过渡层1007中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二P型反射层中铝的组分为Y1。
可选的，在本发明实施例中，所述P型过渡层为P型AlGaAs层。
在本发明实施例中，所述P型分布式布拉格反射层不仅包括第一P型反射层和第二P型反射层，还包括位于所述第一P型反射层背离所述第二P型反射层之间的第一P型过渡层、第二P型过渡层和第三P型过渡层以及位于所述第一P型反射层和第二P型反射层之间的第四P型过渡层、第五P型过渡层和第六P型过渡层，其中，所述第一P型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一P型反射层中铝的组分为Y4，所述第四P型过渡层中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二P型反射层中铝的组分为Y1，Y1小于Y3小于Y2小于Y4，从而使得所述P型分布式布拉格反射层中Al的组分由Y1升到Y4再由Y4降到Y1的过程中，采用台阶式的组分变化，先由Y1渐变到Y2，由Y2渐变到Y3，由Y3渐变到Y4，再由Y4渐变到Y3，由Y3渐变到Y2，最后由Y2渐变到Y1，Al(Y1)与Al(Y2)之间产生较小势垒结，Al(Y2)与Al(Y3)之间产生较小势垒结，Al(Y3)与Al(Y4)之间产生较小势垒结，从而减小相邻过渡层之间的势垒结，并利用相邻P型过渡层或P型过渡层与其相邻的P型反射层之间的应力变化拉伸势垒高度，使得所述P型布拉格反射层的势垒结整体深度变浅，从而降低所述P型布拉格反射层的串联阻值，降低所述P型布拉格反射层两端的电压，减小所述P型布拉格反射层的阈值电流，使得电流在所述P型布拉格反射层中消耗较少，进一步减小所述外延结构的热损耗，从而提高所述外延结构的功率转换效率和斜率效率。
而且，本发明实施例所提供的外延结构中，所述P型布拉格反射层中所述第一P型反射层背离所述第二P型发射层以及所述第一P型反射层和第二P型反射层之间具有多个P型过渡层，从而利用各P型过渡层在所述第一P型反射层和所述第二P型反射层之间形成多个台阶，以使得所述P型布拉格反射层中的空穴更容易的发生跃迁，进一步使得所述外延结构中电子和空穴复合对变多，进而使得所述外延结构中粒子数反转变多，提高增益。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，第一P型过渡层、第三P型过渡层、第五P型过渡层中铝组分的渐变曲线满足1/4周期的正弦曲线，第二P型过渡层、第四P型过渡层、第六P型过渡层中铝组分的渐变曲线满足1/4周期的余弦曲线，以使得所述P型布拉格反射层中各过渡层里铝的组分变化更平滑，进一步降低所述P型布拉格反射层的串联阻值，降低所述P型布拉格反射层两端的电压，减小所述P型布拉格反射层的阈值电流，使得电流在所述P型布拉格反射层中消耗较少，进而减小所述外延结构的热损耗，提高所述外延结构的功率转换效率和斜率效率，同时使得所述外延结构中电子和空穴复合对变多，使得所述外延结构中粒子数反转变多，提高增益。
具体的，在本发明的一个实施例中，Y1为0.1，Y4为0.9，在本实施例的一种具体实现方式中，Y2为0.6，Y3为0.4，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定，只要保证Y1小于Y3小于Y2小于Y4即可。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述第一P型过渡层、所述第二P型过渡层、所述第三P型过渡层、所述第四P型过渡层、所述第五P型过渡层和所述第六P型过渡层的厚度相同。可选的，在本发明的一个实施例中，所述第一P型过渡层的厚度取值范围为1-10nm，包括端点值；但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述P型分布式布拉格反射层中所述第二堆叠单元个数的取值范围为1-100，包括端点值；但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述外延结构还包括：位于所述P型布拉格反射层背离所述氧化层的一侧的P型盖帽层(即P-cap层)，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
相应的，本发明实施例还提供了一种垂直腔面发射激光器外延结构的制备方法，该制备方法用于制备上述任一实施例所提供的外延结构。如图5所示，该制备方法包括：
S1：在衬底第一侧表面形成缓冲层。可选的，在本发明的一个实施例中，所述衬底为GaAs衬底，所述缓冲层为GaAs缓冲层。
在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，在衬底第一侧表面形成缓冲层包括：
在第一温度、第一压力环境中，在所述衬底表面形成第一厚度的缓冲层。
具体的，在本发明的一个实施例中，所述第一温度的取值范围为600℃-700℃，包括端点值；所述第一压力为50mbr；所述第一厚度的取值范围为10-25nm，包括端端点值，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S2：在所述缓冲层背离所述衬底一侧形成N型分布式布拉格反射(DBR)层，所述N型分布式布拉格反射层包括层叠的多个第一堆叠单元。其中，所述第一堆叠单元包括层叠的第一N型过渡层、第二N型过渡层、第三N型过渡层、第一N型反射层、第四N型过渡层、第五N型过渡层、第六N型过渡层和第二N型反射层，所述第一N型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一N型反射层中铝的组分为Y4，所述第四N型过渡层中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二N型反射层中铝的组分为Y1，Y1小于Y3小于Y2小于Y4。
可选的，所述N型布拉格反射层的生长温度取值范围为660℃-780℃，包括端点值。
在本发明的一个实施例中，所述第一堆叠单元的形成方法包括：
S21：在所述缓冲层背离所述衬底一侧形成第一N型过渡层。可选的，所述第一N型过渡层的掺杂浓度范围为5E17-5E18，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
具体的，在本发明的一个具体实施例中，所述第一N型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第一N型过渡层的生长压力为50mbr，生长温度为730℃，生长厚度为5nm，掺杂浓度为2.5E18，即2.5×1018。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S22：在所述第一N型过渡层背离所述缓冲层一侧形成第二N型过渡层。可选的，所述第二N型过渡层的掺杂浓度范围为3E17-4E18，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
具体的，在本发明的一个具体实施例中，所述第二N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第二N型过渡层的生长压力为50mbr，生长温度为730℃，生长厚度为5nm，掺杂浓度为2E18。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S23：在所述第二N型过渡层背离所述第一N型过渡层一侧形成第三N型过渡层。可选的，所述第三N型过渡层的掺杂浓度取值范围为3E17-1.5E18，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
具体的，在本发明的一个具体实施例中，所述第三N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第三N型过渡层的生长压力为50mbr，生长温度为730℃，生长厚度为5nm，掺杂浓度为1.5E18。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S24：在所述第三N型过渡层背离所述第二N型过渡层一侧形成第一N型反射层。可选的，所述第一N型反射层的掺杂浓度取值范围为5E17-5E18，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
具体的，在本发明的一个具体实施例中，所述第一N型反射层中铝的组分为Y4，所述第一N型反射层的生长压力为50mbr，生长温度为730℃，生长厚度为63nm，掺杂浓度为1E18。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S25：在所述第一N型反射层背离所述第三N型过渡层一侧形成第四N型过渡层。可选的，所述第四N型过渡层的掺杂浓度取值范围为3E17-1.5E18，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
具体的，在本发明的一个具体实施例中，所述第四N型过渡层中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第四N型过渡层的生长压力为50mbr，生长温度为730℃，生长厚度为5nm，掺杂浓度为1.5E18。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S26：在所述第四N型过渡层背离所述第一N型反射层一侧形成第五N型过渡层。可选的，所述第五N型过渡层的掺杂浓度取值范围为3E17-4E18，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
具体的，在本发明的一个具体实施例中，所述第五N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第五N型过渡层的生长压力为50mbr，生长温度为730℃，生长厚度为5nm，掺杂浓度为2E18。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S27：在所述第五N型过渡层背离所述第四N型过渡层一侧形成第六N型过渡层。可选的，所述第六N型过渡层的掺杂浓度取值范围为5E17-5E18，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
具体的，在本发明的一个具体实施例中，所述第六N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第六N型过渡层的生长压力为50mbr，生长温度为730℃，生长厚度为5nm，掺杂浓度为2.5E18。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S28：在所述第六N型过渡层背离所述第五N型过渡层一侧形成第二N型反射层。可选的，所述第二N型反射层的掺杂浓度取值范围为5E17-5E18，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
具体的，在本发明的一个具体实施例中，所述第二N型反射层中铝的组分为Y1，所述第二N型反射层的生长压力为50mbr，生长温度为730℃，生长厚度为63nm，掺杂浓度为3E18。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述N型布拉格式反射层中所述第一堆叠单元的生长周期取值范围为1-100，包括端点值，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述N型布拉格反射层的厚度为4微米，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，Y1为0.1，Y4为0.9，在本实施例的一种具体实现方式中，Y2为0.6，Y3为0.4，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定，只要保证Y1小于Y3小于Y2小于Y4即可。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，第一N型过渡层、第三N型过渡层、第五N型过渡层中铝组分的渐变曲线满足1/4周期的正弦曲线，第二N型过渡层、第四N型过渡层、第六N型过渡层中铝组分的渐变曲线满足1/4周期的余弦曲线，以使得所述N型布拉格反射层中各过渡层里铝的组分变化更平滑。
具体的，在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述第一堆叠单元制备过程中铝源的通入流量满足：Y＝a+bcosX，以实现所述第一N型过渡层、所述第二N型过渡层、所述第三N型过渡层、所述第四N型过渡层、所述第五N型过渡层和所述第六N型过渡层中Al组分的改变。其中，Y为所述第一N型过渡层、所述第二N型过渡层、所述第三N型过渡层、所述第四N型过渡层、所述第五N型过渡层或所述第六N型过渡层生长过程中所需要的铝源流量；a为固定数值，可选为所述第一N型过渡层、所述第二N型过渡层、所述第三N型过渡层、所述第四N型过渡层、所述第五N型过渡层或所述第六N型过渡层生长中所需要的铝源流量的起始流量值；cosX为余弦系数；b为余弦倍数。其中，第一N型过渡层、第三N型过渡层、第五N型过渡层的生长过程中，X的取值范围为【-π/2～0】；第二N型过渡层、第四N型过渡层、第六N型过渡层的生长过程中，X的取值范围为【0～(-π/2)】。
以所述第一N型过渡层的生长过程为例，Y为所述第一N型过渡层生长过程中所需要的铝源流量；a为固定数值，可选为所述第一N型过渡层生长中所需要的铝源流量的起始流量值，即铝的组分为0.1时所需要的铝源流量值，X的取值范围为【-π/2～0】；
以所述第二N型过渡层的生长过程为例，Y为所述第二N型过渡层生长过程中所需要的铝源流量；a为固定数值，可选为所述第二N型过渡层生长中所需要的铝源流量的起始流量值，即铝的组分为0.6时所需要的铝源流量值，X的取值范围为【0～(-π/2)】。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述N型布拉格反射层的生长环境包括氮气环境，即所述N型布拉格反射层在氮气环境中生长；在本发明的另一个实施例中，所述N型布拉格反射层的生长环境包括氢气环境，即所述N型布拉格反射层在氢气环境中生长；在本发明的又一个实施例中，所述N型布拉格反射层的生长环境包括氮气和氢气，即所述N型布拉格反射层在氮气和氢气混合的环境中生长。本发明对此并不做限定，只要所述N型布拉格反射层的生长环境包括氮气环境和氢气环境中的至少一种。
S3：在所述N型分布式布拉格反射层背离所述缓冲层一侧形成第一限制层。
可选的，在本发明的一个实施例中，所述第一限制层的生长温度的取值范围为650℃-800℃，生长压力50mbar，生长厚度为60nm；但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S4：在所述第一限制层背离所述分布式布拉格反射层一侧形成第一波导层。
可选的，在本发明的一个实施例中，所述第一波导层的生长温度的取值范围为650℃-800℃，生长压力50mbar，生长厚度为50nm；但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S5：在所述第一波导层背离所述第一限制层一侧形成量子肼发光层。
可选的，在本发明的一个实施例中，所述量子肼发光层的生长温度的取值范围为650℃-800℃，生长压力50mbar，生长厚度为45nm；但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S6：在所述量子肼发光层背离所述第一波导层一侧形成第二波导层。
可选的，在本发明的一个实施例中，所述第二波导层的生长温度的取值范围为650℃-800℃，生长压力50mbar，生长厚度为50nm；但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S7：在所述第二波导层背离所述量子肼发光层一侧形成第二限制层。
可选的，在本发明的一个实施例中，所述第二限制层的生长温度的取值范围为650℃-800℃，生长压力50mbar，生长厚度为60nm；但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S8：在所述第二限制层背离所述第二波导层一侧形成氧化层
可选的，在本发明的一个实施例中，所述氧化层的生长温度的取值范围为650℃-800℃，生长压力50mbar，生长厚度为100nm；但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S9：在所述氧化层背离所述第二限制层一侧形成P型分布式布拉格反射(DBR)层，所述P型分布是布拉格反射层包括层叠的多个第二堆叠单元。其中，所述第二堆叠单元包括层叠的第一P型反射层和第二P型反射层，所述第一P型反射层中铝的组分大于所述第二P型反射层中铝的组分。可选的，所述P型布拉格反射层的生长温度取值范围为660℃-780℃，包括端点值。
具体的，在本发明的另一个实施例中，所述第二堆叠单元的形成方法包括：在所述氧化层背离所述第二限制层一侧形成第一P型反射层；在所述第一P型反射层背离所述氧化层的一侧形成第二P型反射层。
在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述第二堆叠单元还包括：
位于所述第一P型反射层与所述氧化层之间，层叠设置的第一P型过渡层、第二P型过渡层、第三P型过渡层，所述第一P型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一P型反射层中铝的组分为Y4；
位于所述第一P型反射层和所述第二P型反射层之间，层叠设置的第四P型过渡层、第五P型过渡层和第六P型过渡层，所述第四P型过渡层中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二P型反射层中铝的组分为Y1。
在本发明实施例中，所述第二堆叠单元的制备方法包括：
S91：在所述氧化层背离所述第二限制层一侧形成第一P型过渡层。可选的，所述第一P型过渡层的掺杂浓度取值范围为5E17-5E18，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
具体的，的，在本发明的一个具体实施例中，所述第一P型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第一P型过渡层的生长压力为50mbr，生长温度为730℃，生长厚度为5nm，掺杂浓度为5.5E18。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S92：在所述第一P型过渡层背离所述氧化物层一侧形成第二P型过渡层。可选的，所述第二P型过渡层的掺杂浓度为3E17-4E18，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
具体的，，在本发明的一个具体实施例中，所述第二P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第二P型过渡层的生长压力为50mbr，生长温度为730℃，生长厚度为5nm，掺杂浓度为5E18。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S93：在所述第二P型过渡层背离所述第一P型过渡层一侧形成第三P型过渡层。可选的，所述第三P型过渡层的掺杂浓度取值范围为3E17-1.5E18，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
具体的，在本发明的一个具体实施例中，所述第三P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第三P型过渡层的生长压力为50mbr，生长温度为730℃，生长厚度为5nm，掺杂浓度为4.5E18。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S94：在所述第三P型过渡层背离所述第二P型过渡层一侧形成第一P型反射层。可选的，所述第一P型反射层的掺杂浓度取值范围为5E17-5E18，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
具体的，在本发明的一个具体实施例中，所述第一P型反射层中铝的组分为Y4，所述第一P型反射层的生长压力为50mbr，生长温度为730℃，生长厚度为63nm，掺杂浓度为4E18。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S95：在所述第一P型反射层背离所述第三P型过渡层一侧形成第四P型过渡层。可选的，所述第四P型过渡层的掺杂浓度取值范围为3E17-1.5E18，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
具体的，在本发明的一个具体实施例中，所述第四P型过渡层中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第四P型过渡层的生长压力为50mbr，生长温度为730℃，生长厚度为5nm，掺杂浓度为4.5E18。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S96：在所述第四P型过渡层背离所述第一P型反射层一侧形成第五P型过渡层。可选的，所述第五P型过渡层的掺杂浓度取值范围为3E17-4E18，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
具体的，在本发明的一个具体实施例中，所述第五P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第五P型过渡层的生长压力为50mbr，生长温度为730℃，生长厚度为5nm，掺杂浓度为5E18。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S97：在所述第五P型过渡层背离所述第四P型过渡层一侧形成第六P型过渡层。可选的，所述第六P型过渡层的掺杂浓度取值范围为5E17-5E18，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
具体的，在本发明的一个具体实施例中，所述第六P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第六P型过渡层的生长压力为50mbr，生长温度为730℃，生长厚度为5nm，掺杂浓度为5.5E18。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
S98：在所述第六P型过渡层背离所述第五P型过渡层的一侧形成第二P型反射层可选的，所述第二P型反射层的掺杂浓度取值范围为5E17-5E18，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
具体的，在本发明的一个具体实施例中，所述第二P型反射层中铝的组分为Y1，所述第一P型反射层的生长压力为50mbr，生长温度为730℃，生长厚度为63nm，掺杂浓度为6E18。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述P型布拉格式反射层中所述第二堆叠单元的生长周期取值范围为1-100，包括端点值，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述P型布拉格反射层的厚度为4微米，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，Y1为0.1，Y4为0.9，在本实施例的一种具体实现方式中，Y2为0.6，Y3为0.4，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定，只要保证Y1小于Y3小于Y2小于Y4即可。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，第一P型过渡层、第三P型过渡层、第五P型过渡层中铝组分的渐变曲线满足1/4周期的正弦曲线，第二P型过渡层、第四P型过渡层、第六P型过渡层中铝组分的渐变曲线满足1/4周期的余弦曲线，以使得所述P型布拉格反射层中各过渡层里铝的组分变化更平滑。
具体的，在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述第二堆叠单元制备过程中铝源的通入流量满足：Y＝a+bcosX，以实现所述第一P型过渡层、所述第二P型过渡层、所述第三P型过渡层、所述第四P型过渡层、所述第五P型过渡层和所述第六P型过渡层中Al组分的改变。在本实施例中，Y为所述第一P型过渡层、所述第二P型过渡层、所述第三P型过渡层、所述第四P型过渡层、所述第五P型过渡层或所述第六P型过渡层生长过程中所需要的铝源流量；a为固定数值，可选为所述第一P型过渡层、所述第二P型过渡层、所述第三P型过渡层、所述第四P型过渡层、所述第五P型过渡层或所述第六P型过渡层生长中所需要的铝源流量的起始流量值；cosX为余弦系数；b为余弦倍数。
其中，第一P型过渡层、第三P型过渡层、第五P型过渡层的生长过程中，X的取值范围为【-π/2～0】；第二P型过渡层、第四P型过渡层、第六P型过渡层的生长过程中，X的取值范围为【0～(-π/2)】。
以所述第一P型过渡层的生长过程为例，Y为所述第一P型过渡层生长过程中所需要的铝源流量；a为固定数值，可选为所述第一P型过渡层生长中所需要的铝源流量的起始流量值，即铝的组分为0.1时所需要的铝源流量值，X的取值范围为【-π/2～0】；
以所述第二P型过渡层的生长过程为例，Y为所述第二P型过渡层生长过程中所需要的铝源流量；a为固定数值，可选为所述第二P型过渡层生长中所需要的铝源流量的起始流量值，即铝的组分为0.6时所需要的铝源流量值，X的取值范围为【0～(-π/2)】。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述P型布拉格反射层的生长环境包括氮气环境，即所述P型布拉格反射层在氮气环境中生长；在本发明的另一个实施例中，所述P型布拉格反射层的生长环境包括氢气环境，即所述P型布拉格反射层在氢气环境中生长；在本发明的又一个实施例中，所述P型布拉格反射层的生长环境包括氮气和氢气，即所述P型布拉格反射层在氮气和氢气混合的环境中生长。本发明对此并不做限定，只要所述P型布拉格反射层的生长环境包括氮气环境和氢气环境中的至少一种。
在上述任一实施例的基础上，该方法还包括：S10：在所述P型布拉格反射层背离所述氧化层的一侧形成P型盖帽层(即P-cap层)。
具体的，在本发明的一个实施例中，所述P型盖帽层的生长唯独为650-800℃，生长压力50mbar，生长厚度为50nm，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
由上可知，本发明实施例所提供的垂直腔面发射激光器外延结构及其制作方法中，所述N型分布式布拉格反射层不仅包括第一N型反射层和第二N型反射层，还包括位于所述第一N型反射层背离所述第二N型反射层之间的第一N型过渡层、第二N型过渡层和第三N型过渡层以及位于所述第一N型反射层和第二N型反射层之间的第四N型过渡层、第五N型过渡层和第六N型过渡层，其中，所述第一N型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一N型反射层中铝的组分为Y4，所述第四N型过渡层中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二N型反射层中铝的组分为Y1，Y1小于Y3小于Y2小于Y4，从而使得所述N型分布式布拉格反射层中Al的组分由Y1升到Y4再由Y4降到Y1的过程中，采用台阶式的组分变化，先由Y1渐变到Y2，由Y2渐变到Y3，由Y3渐变到Y4，再由Y4渐变到Y3，由Y3渐变到Y2，最后由Y2渐变到Y1，从而减小相邻过渡层之间的势垒结，并利用相邻N型过渡层或N型过渡层与其相邻的N型反射层之间的应力变化拉伸势垒高度，使得所述N型布拉格反射层的势垒结整体深度变浅，从而降低所述N型布拉格反射层的串联阻值，降低所述N型布拉格反射层两端的电压，减小所述N型布拉格反射层的阈值电流，使得电流在所述N型布拉格反射层中消耗较少，进而减小所述外延结构的热损耗，提高所述外延结构的功率转换效率和斜率效率，并利用各N型过渡层在所述第一N型反射层和所述第二N型反射层之间形成多个台阶，以使得所述N型布拉格反射层中的电子更容易的发生跃迁，进而使得所述外延结构中电子和空穴复合对变多，使得所述外延结构中粒子数反转变多，提高增益。
同理，所述P型分布式布拉格反射层不仅包括第一P型反射层和第二P型反射层，还包括位于所述第一P型反射层背离所述第二P型反射层之间的第一P型过渡层、第二P型过渡层和第三P型过渡层以及位于所述第一P型反射层和第二P型反射层之间的第四P型过渡层、第五P型过渡层和第六P型过渡层，其中，所述第一P型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一P型反射层中铝的组分为Y4，所述第四P型过渡层中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二P型反射层中铝的组分为Y1，Y1小于Y3小于Y2小于Y4，从而使得所述P型分布式布拉格反射层中Al的组分由Y1升到Y4再由Y4降到Y1的过程中，采用台阶式的组分变化，先由Y1渐变到Y2，由Y2渐变到Y3，由Y3渐变到Y4，再由Y4渐变到Y3，由Y3渐变到Y2，最后由Y2渐变到Y1，从而减小相邻过渡层之间的势垒结，并利用相邻P型过渡层或P型过渡层与其相邻的P型反射层之间的应力变化拉伸势垒高度，使得所述P型布拉格反射层的势垒结整体深度变浅，从而降低所述P型布拉格反射层的串联阻值，降低所述P型布拉格反射层两端的电压，减小所述P型布拉格反射层的阈值电流，使得电流在所述P型布拉格反射层中消耗较少，进一步减小所述外延结构的热损耗，从而提高所述外延结构的功率转换效率和斜率效率，并利用各P型过渡层在所述第一P型反射层和所述第二P型反射层之间形成多个台阶，以使得所述P型布拉格反射层中的空穴更容易的发生跃迁，进一步使得所述外延结构中电子和空穴复合对变多，进而使得所述外延结构中粒子数反转变多，提高增益。
综上，本发明实施例所提供的垂直腔面发射激光器外延结构及其制作方法中，所述N型DBR层和所述P型DBR层均由Al组分含量不同的AlYGa1-YAs组成，不同AlYGa1-YAs层间的势垒结减小，并利用相邻AlYGa1-YAs层之间的应力变化拉伸势垒高度，使得所述N型DBR层和所述P型DBR层的势垒结整体深度变浅，从而降低所述N型DBR层和所述P型DBR层的串联阻值，降低所述N型DBR层和所述P型DBR层两端的电压，减小所述N型DBR层和所述P型DBR层的阈值电流，使得电流在N型DBR层和所述P型DBR层消耗较少，进而减小所述外延结构的热损耗，提高所述外延结构的功率转换效率和斜率效率。并且不同Al组分的AlYGa1-YAs之间形成台阶，势垒差减小，使电子与空穴更容易跃迁，电子与空穴复合对数增多，从而使粒子反转数增多，提高增益，同时减少热量的产生。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种垂直腔面发射激光器外延结构，其特征在于，包括：
衬底；
位于所述衬底第一侧表面的缓冲层；
位于所述缓冲层背离所述衬底一侧的N型分布式布拉格反射层，所述N型分布式布拉格反射层包括层叠的多个第一堆叠单元；
位于所述N型分布式布拉格反射层背离所述缓冲层一侧的第一限制层；
位于所述第一限制层背离所述分布式布拉格反射层一侧的第一波导层；
位于所述第一波导层背离所述第一限制层一侧的量子肼发光层；
位于所述量子肼发光层背离所述第一波导层一侧的第二波导层；
位于所述第二波导层背离所述量子肼发光层一侧的第二限制层；
位于所述第二限制层背离所述第二波导层一侧的氧化层；
位于所述氧化层背离所述第二限制层一侧的P型分布式布拉格反射层，所述P型分布是布拉格反射层包括层叠的多个第二堆叠单元；
其中，所述第一堆叠单元包括层叠的第一N型过渡层、第二N型过渡层、第三N型过渡层、第一N型反射层、第四N型过渡层、第五N型过渡层、第六N型过渡层和第二N型反射层，所述第一N型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一N型反射层中铝的组分为Y4，所述第四N型过渡中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五N型过渡中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六N型过渡中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二N型反射层中铝的组分为Y1，Y1小于Y3小于Y2小于Y4，所述N型分布式布拉格反射层中铝的组分采用台阶式的组分变化，从而减小相邻N型过渡层或N型过渡层与其相邻的N型反射层之间的势垒结，并利用相邻N型过渡层或N型过渡层与其相邻的N型反射层之间的应力变化拉伸势垒高度，使得所述N型布拉格反射层的势垒结整体深度变浅，从而降低所述N型布拉格反射层的串联阻值；
所述第二堆叠单元包括层叠的第一P型反射层和第二P型反射层，所述第一P型反射层中铝的组分大于所述第二P型反射层中铝的组分。
2.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，第一N型过渡层、第三N型过渡层、第五N型过渡层中铝组分的渐变曲线满足1/4周期的正弦曲线；
第二N型过渡层、第四N型过渡层、第六N型过渡层中铝组分的渐变曲线满足1/4周期的余弦曲线。
3.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，Y1为0.1，Y2为0.6，Y3为0.4，Y4为0.9。
4.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述第二堆叠单元还包括：
位于所述第一P型反射层与所述氧化层之间，层叠设置的第一P型过渡层、第二P型过渡层、第三P型过渡层，所述第一P型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一P型反射层中铝的组分为Y4；
位于所述第一P型反射层和所述第二P型反射层之间，层叠设置的第四P型过渡层、第五P型过渡层和第六P型过渡层，所述第四P型过渡中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五P型过渡中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六P型过渡中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二P型反射层中铝的组分为Y1。
5.根据权利要求4所述的外延结构，其特征在于，所述第一N型过渡层、所述第二N型过渡层、所述第三N型过渡层、所述第四N型过渡层、所述第五N型过渡层和所述第六N型过渡层的厚度相同；
所述第一P型过渡层、所述第二P型过渡层、所述第三P型过渡层、所述第四P型过渡层、所述第五P型过渡层和第六P型过渡层的厚度相同。
6.根据权利要求5所述的外延结构，其特征在于，所述第一N型过渡层的厚度取值范围为1-10nm，包括端点值；
所述第一P型过渡层的厚度取值范围为1-10nm，包括端点值。
7.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述N型分布式布拉格反射层中所述第一堆叠单元个数的取值范围为1-100，包括端点值；
所述P型分布式布拉格反射层中所述第二堆叠单元个数的取值范围为1-100，包括端点值。
8.一种垂直腔面发射激光器外延结构的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
在衬底第一侧表面形成缓冲层；
在所述缓冲层背离所述衬底一侧形成N型分布式布拉格反射层，所述N型分布式布拉格反射层包括层叠的多个第一堆叠单元；
在所述N型分布式布拉格反射层背离所述缓冲层一侧形成第一限制层；
在所述第一限制层背离所述分布式布拉格反射层一侧形成第一波导层；
在所述第一波导层背离所述第一限制层一侧形成量子肼发光层；
在所述量子肼发光层背离所述第一波导层一侧形成第二波导层；
在所述第二波导层背离所述量子肼发光层一侧形成第二限制层；
在所述第二限制层背离所述第二波导层一侧形成氧化层；
在所述氧化层背离所述第二限制层一侧形成P型分布式布拉格反射层，所述P型分布是布拉格反射层包括层叠的多个第二堆叠单元；
其中，所述第一堆叠单元包括层叠的第一N型过渡层、第二N型过渡层、第三N型过渡层、第一N型反射层、第四N型过渡层、第五N型过渡层、第六N型过渡层和第二N型反射层，所述第一N型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一N型反射层中铝的组分为Y4，所述第四N型过渡层中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五N型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六N型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二N型反射层中铝的组分为Y1，Y1小于Y3小于Y2小于Y4，所述N型分布式布拉格反射层中铝的组分采用台阶式的组分变化，从而减小相邻N型过渡层或N型过渡层与其相邻的N型反射层之间的势垒结，并利用相邻N型过渡层或N型过渡层与其相邻的N型反射层之间的应力变化拉伸势垒高度，使得所述N型布拉格反射层的势垒结整体深度变浅，从而降低所述N型布拉格反射层的串联阻值；
所述第二堆叠单元包括层叠的第一P型反射层和第二P型反射层，所述第一P型反射层中铝的组分大于所述第二P型反射层中铝的组分。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第二堆叠单元还包括：
位于所述第一P型反射层与所述氧化层之间，层叠设置的第一P型过渡层、第二P型过渡层、第三P型过渡层，所述第一P型过渡层中铝的组分由Y1渐变到Y2，所述第二P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y3，所述第三P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y4，所述第一P型反射层中铝的组分为Y4；
位于所述第一P型反射层和所述第二P型反射层之间，层叠设置的第四P型过渡层、第五P型过渡层和第六P型过渡层，所述第四P型过渡层中铝的组分由Y4渐变到Y3，所述第五P型过渡层中铝的组分由Y3渐变到Y2，所述第六P型过渡层中铝的组分由Y2渐变到Y1，所述第二P型反射层中铝的组分为Y1。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述N型布拉格反射层和所述P型布拉格反射层的生长环境包括氮气环境和氢气环境中的至少一种。
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