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CN112204832A - 底部发射垂直腔表面发射激光器 - Google Patents

底部发射垂直腔表面发射激光器 Download PDF

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CN112204832A CN201980036730.8A CN201980036730A CN112204832A CN 112204832 A CN112204832 A CN 112204832A CN 201980036730 A CN201980036730 A CN 201980036730A CN 112204832 A CN112204832 A CN 112204832A
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Abstract

底部发射垂直腔表面发射激光器(VCSEL)结构包括允许光通过其中的第一基底、n掺杂分布式布拉格反射器(nDBR)、p掺杂分布式布拉格反射器(pDBR)、一个或多个有源层、高对比度光栅镜和电介质增强金属镜中的至少一者、以及多个层，其中，VCSEL结构被配置为倒装到第二基底。pDBR和nDBR限定在它们之间垂直延伸并包含一个或多个有源层的激光器腔。高对比度光栅镜和电介质增强金属镜中的至少一者可以布置在pDBR之上。多个层可以布置在高对比度光栅镜和电介质增强金属镜中的至少一者之上，以光学且气密地密封激光器腔。

Description

底部发射垂直腔表面发射激光器
政府利益的声明
本发明是在政府支持下进行的，政府总承合同编号DE-AC52-07NA27344，由美国能源部授予。政府对发明具有一定的权利。
背景技术
激光器被广泛地用在各种商业和研究应用中。在使用包括例如，气体激光器、固态激光器、自由电子激光器、以及半导体激光器在内的多种类型的激光器。半导体激光器一般被利用光刻技术制造在抛光半导体晶片上，并且包括布置在顶部镜和底部镜之间形成的腔中的有源区。在操作中，可以用泵浦能(pumping energy)对有源区进行(例如，光学或电学地)泵浦来产生光子，一些光子在腔中共振并形成相干光。在腔中共振的一部分相干光可以作为激光束穿过反射镜中的一个(退出镜(exit mirror))。退出镜一般具有比其他反射镜稍低的反射率(即，反射比)。
半导体激光器可以是边缘发射半导体激光器或表面发射半导体激光器。边缘发射半导体激光器可以在平行于晶片表面的方向输出激光束，而表面发射半导体激光器在垂直于晶片表面的方向输出激光束。一般，表面发射层可以比边缘发射激光器更高效地发射光线，并且还可以排列在二维光发射阵列中。
一种类型的表面发射半导体激光器是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。在VCSEL中，术语“垂直”是垂直于其上沉积或外延生长组成层的基底平面的方向，术语“向上”一般被限定为外延生长的方向。VCSEL可以被配置为顶部发射或底部发射。在顶部发射配置中，输出激光束从VCSEL的顶侧发射出来，在这种情况下顶部镜是退出镜。相反，在底部发射VCSEL中，激光束从VCSEL的底侧发射出来，在这种情况下底部镜是退出镜。
附图说明
结合附图阅读下面的详细描述，将最好地理解本公开。应该强调的是，根据行业标准惯例，没有按比例示出各种特征。实际上，为了讨论的清楚，各种特征的尺寸可以随意增大或减小。
图1示出了根据本公开的一个或多个实施例的包括基底的底部发射垂直腔表面发射激光器结构的横截面图。
图2示出了根据本公开的一个或多个实施例的底部发射垂直腔表面发射激光器结构的由图1中标记为2的框指示的部分的放大图。
具体实施方式
现在将公开下面请求保护的主题的说明性实施例。为了清楚，说明书中没有描述实际实施方式的所有特征。将明白的是，在任意这样的实际实施例的开发中，必须做出多个实施方式特定的决策来实现开发者的具体目的，例如，符合系统相关和商业相关的约束(这些约束随着实施方式改变)。另外，将明白的是，即使复杂且费时，这样的开发努力对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说也将是例行公事。
本公开的实施例涉及底部发射垂直腔表面发射激光器(VCSEL)结构，该结构包括基底(例如，支撑基底)并且能够倒装到类似于集成电路的另一基底(例如，有机基底)上。VCSEL结构可以包括顶部镜部分和底部镜部分，其中，顶部镜部分和底部镜部分限定在它们之间垂直延伸的激光器腔。顶部镜部分包括p掺杂分布式布拉格反射器(pDBR)，底部镜部分为或包括n掺杂分布式布拉格反射器(nDBR)。VCSEL结构包括布置在激光器腔中并且电耦合到泵浦源的有源区。在至少一个实施例中，泵浦源可以将电流电泵送至有源区，以生成可以在顶部镜部分和底部镜部分之间的激光器腔中共振的光从而形成相干光，该相干光被作为激光束通过限定在支撑基底中的透镜输出。
为了提高顶部镜部分的反射率和制造质量并降低制造成本和复杂性，pDBR的一部分(例如，其半导体层的至少百分之五十)可以被替换为高对比度光栅镜、电介质增强金属镜、或者高对比度光栅镜和电介质增强金属镜它们二者。另外，至少一个绝缘层可以布置在高对比度光栅镜、电介质增强金属镜、或高对比度光栅镜和电介质增强金属镜它们二者之上，以相对于VCSEL结构外部的环境气密且光学地密封激光器腔。
具体地，在本公开的一个实施例中，底部发射垂直腔表面发射激光器(VCSEL)结构包括：允许光通过其中的第一基底；n掺杂分布式布拉格反射器(nDBR)；p掺杂分布式布拉格反射器(pDBR)；一个或多个有源层；高对比度光栅镜和电介质增强金属镜中的至少一者；以及第三多个层，其中，VCSEL结构被配置为倒装到第二基底。n掺杂分布式布拉格反射器(nDBR)可以布置在第一基底上，并且包括第一多个半导体材料层。P掺杂分布式布拉格反射器(pDBR)可以包括第二多个半导体材料层，并且pDBR和nDBR可以限定在它们之间垂直延伸的激光器腔。一个或多个有源层可以布置在nDBR和pDBR之间的激光器腔中。高对比度光栅镜和电介质增强金属镜中的至少一者可以布置在pDBR之上。第三多个层可以布置在高对比度光栅镜和电介质增强金属镜中的至少一者之上。第三多个层可以包括通路层(tracelayer)、绝缘层、以及布置在通路层和绝缘层之间的导热层。第三多个层中的每个层被配置为相对于底部发射VCSEL结构外部环境的光学且气密地密封激光器腔。
在本公开的另一实施例中，底部发射垂直腔表面发射激光器(VCSEL)结构包括：允许光通过其中的第一基底；第一镜部分；第二镜部分；有源区；第三多个层；以及聚酰亚胺层，其中，VCSEL结构被配置为倒装到第二基底上。第一镜部分可以布置在第一基底上，并且包括第一多个半导体材料层。第二镜部分可以包括第二多个半导体材料层。第一镜部分和第二镜部分可以限定在它们之间垂直延伸的腔。第二镜部分可以进一步包括高对比度光栅镜和电介质增强金属镜中的至少一者和氧化层。氧化层可以限定氧化物孔，以容纳流过其中的电流，并且高对比度光栅镜和电介质增强金属镜中的至少一者可以布置在氧化层之上。有源区可以布置在腔中，并且第三多个层可以布置在第二镜部分之上，以相对于底部发射VCSEL结构外部环境的光学且气密地密封该腔。聚酰亚胺层可以围绕第二镜部分，并且耦合第三多个层中的一个或多个层、第一镜部分、以及第二镜部分。
在本公开的另一实施例中，底部发射垂直腔表面发射激光器(VCSEL)结构包括：允许光通过其中的第一基底；n掺杂分布式布拉格反射器(nDBR)；p掺杂分布式布拉格反射器(pDBR)；一个或多个有源层；氧化层；电流扩展层；高对比度光栅镜和电介质增强金属镜中的至少一者；第三多个层；多个接触环；以及多个焊料凸块。n掺杂分布式布拉格反射器(nDBR)可以布置在第一基底上，并且包括第一多个半导体材料层。p掺杂分布式布拉格反射器(pDBR)可以包括第二多个半导体材料层，并且pDBR和nDBR可以限定在它们之间垂直延伸的激光器腔。一个或多个有源层可以布置在nDBR和pDBR之间的激光器腔中。氧化层可以布置在一个或多个有源层之上，并且可以限定氧化物孔以容纳流过其中的电流。电流扩展层可以布置在pDBR上。高对比度光栅镜和电介质增强金属镜中的至少一者可以布置在电流扩展层上。第三多个层可以布置在高对比度光栅镜和电介质增强金属镜中的至少一者之上，以相对于底部发射VCSEL结构外部环境的光学且气密地密封激光器腔。多个接触环可以将第三多个层中的通路层与pDBR和nDBR电耦合。多个焊料凸块可以布置在第三多个层中的通路层和绝缘层中的每个层上，以将底部发射VCSEL结构倒装并电耦合到第二基底。
在本公开中，术语“顶部”和“底部”用于方位目的，以指示层分组或层相对于有源区的轴向位置。例如，术语“底部”表示位于(或将位于)有源区和支撑基底之间的层或层分组，术语“顶部”表示有源区另一侧上的层或层分组。
现在转向附图，图1示出了根据本公开一个或多个实施例的包括基底102的底部发射垂直腔表面发射激光器(VCSEL)结构100的横截面图。图2示出了根据本公开一个或多个实施例的VCSEL结构100的由图1的标记为2的框指示的部分的放大图。VCSEL结构100的多个部分可以外延增长为基底102上的层结构。具体地，可以利用诸如，分子束外延(MBE)、液相外延(LPE)、气相外延(VPE)处理、或金属有机化学气相沉积(MOCVD，或称为MOVPE)、或其他已知的晶体生长处理的技术来外延地生长VCSEL结构100的多个部分。在其他实施例中，可以利用诸如，电子束蒸发、热蒸发、或溅射的非外延沉积技术来沉积一个或多个层。
在图1和图2的示例实施例中，基底102允许相干光通过其中并且由砷化镓(GaAs)形成；但是，本公开不限于此，并且其他适当基底102可以由诸如，硅、二氧化硅、氧化铝、蓝宝石、硅锗合金、以及磷化铟(InP)的材料构成。基底102可以具有平坦顶面104和底面106，其中，VCSEL结构100生长在顶面104上。可以对底部106的一部分进行蚀刻，以形成相干光可以通过其输出的透镜108。在一个或多个实施例中，透镜108可以被涂覆以抗反射涂层(未示出)。在另一实施例中，透镜108可以形成在与VCSEL结构100分离的玻璃透镜芯片中。
VCSEL结构100可以包括附接到并布置在基底102的顶面104上的底部镜部分110。在图1和图2的示例实施例中，底部镜部分110是用作用于反射光的反射镜的具有多个半导体材料层112、114(每个层仅示出了一个)的n掺杂分布式布拉格反射器(nDBR)。多个层112、114可以排列为nDBR 110中的多对层112、114。例如，如图1和图2所示，每对包括层112和层114。层112和114可以在nDBR 110中以交替序列排列。
在示例实施例中，每个层112、114由砷化镓铝(AlGaAs)形成。层112可以被构造为具有不同于层114的折射率。nDBR反射率和带宽取决于每个层112、114的组成材料的折射率对比情况和每个层112、114的厚度。因此，层112可以具有不同于层114中的铝浓度的铝浓度。例如，每个层112可以包括百分之九十的铝浓度，每个层114可以包括百分之十的铝浓度。
因此，层112和114可以具有相对不同的折射率，层112可以具有相对较高的折射率并且层114可以具有相对较低的折射率。例如，层112可以具有大约3.5的折射率，层114可以具有大约3.3的折射率。尽管在所示出的实施例中每个层112、114是由砷化镓铝(AlGaAs)形成的，但是本公开不限于此，并且层112、114可以由容易与VCSEL结构100的其他组件晶格匹配的其他适当材料构成，以允许进行外延制备技术。
VCSEL结构100可以进一步包括布置在nDBR 110之上的顶部镜部分116。在图1和图2的示例实施例中，顶部镜部分116包括用作用于反射光的镜的具有多个半导体材料层120、122(每个层仅示出一个)的p掺杂分布式布拉格反射器(pDBR)。多个层120、122可以排列为pDBR 118中的多对层120、122。例如，如图1和图2所示，每对包括层120和层122。层120和122可以在pDR 118中以交替序列排列。
在示例实施例中，每个层120、122是由砷化镓铝(AlGaAs)形成的。层120可以被构造为具有不同于层122的折射率。pDBR的折射率和带宽取决于每个层120、122的组成材料的折射率对比情况和每个层120、122的厚度。因此，层120可以具有不同于层122中的铝浓度的铝浓度。例如，每个层120可以包括百分之九十的铝浓度，每个层122可以包括百分之十的铝浓度。
因此，层120、122可以具有相对不同的折射率，使得层120可以具有相对较高的折射率，并且层122可以具有相对较低的折射率。例如，层120可以具有大约3.5的折射率，层122可以具有大约3.3的折射率。尽管在本示例实施例中每个层120、122是由砷化镓铝(AlGaAs)形成的，但是本公开不限于此，并且层120、122可以由容易与VCSEL100的其他组件晶格匹配的其他适当材料构成，以允许外延制备技术。
如图1和图2所示，pDBR 118和nDBR 110限定了在它们之间垂直延伸的激光器腔124。激光器腔124还可以包括位于有源区126上方和下方的不同限制异质结构层。VCSEL100可以进一步包括布置在pDBR 118和nDBR 110之间的激光器腔124中的有源区126。有源区126可以包括由增益介质形成的一个或多个有源层128。在示例实施例中，有源区126可以由多个多量子阱(MQW)增益介质层(示出了三个层128)构成；但是，实施例不意图局限于有源区126具有三个有源层128。在其他实施例中，有源区126可以具有一个、两个、或者三个以上有源层128。
在图1和图2的示例实施例中，MQW增益介质可以由砷化铟镓和磷化铟镓构成。可以构造MQW增益介质的其他示例材料包括但不限于，砷化铟镓和砷化铝镓、以及砷化镓和砷化铝镓。如图1和图2所示，相邻的有源层128可以由阻挡层130(示出了两个)隔开。在一个或多个实施例中，每个阻挡层130可以由砷化镓构成。
顶部镜部分116可以包括邻近激光器腔124中的有源区126布置在该有源区126之上的氧化层132，该氧化层限定氧化物孔134以形成容纳流过其中的电流的绝缘区。在至少一个其他实施例中，顶部镜部分116可以包括两个以上氧化层132。在图1和图2的示例实施例中，氧化层132是由砷化铝镓层构成的。
氧化层132可以由pDBR 118的由砷化铝镓构成且具有比其他层122相对较高的铝浓度(例如，百分之九十的铝浓度)的层120中的一个的部分氧化构成的。砷化铝镓层的部分氧化形成了至少一部分氧化铝层。氧化物孔134的直径可以取决于诸如，期望阈值电流、微分效率、温度性能、和速度的因素。氧化层132是不导电的。因此，从泵浦源(例如，电压源)泵浦到VCSEL结构100中的电流流(funnel)经氧化物孔134并流入激光器腔124中的有源区126。另外，氧化层132将在横向生成的光限制到氧化物孔132中的区域。
顶部镜部分116包括布置在pDBR 118之上的电流扩展层136。电流扩展层136可以是比pDBR 118的层120、122相对更厚的层(例如，0.5微米)，可以由重p掺杂的砷化镓构成，并且可以被配置为在激光器腔124内均匀注入电流。电流扩展层136进一步减小了横向电阻并提供了导热性。在示例实施例中，电流扩展层136对顶部镜116的反射率有微不足道的影响。在另一实施例中，电流扩展层36会显著地影响顶部镜116的反射率。
顶部镜部分116可以包括布置在电流扩展层136之上以增强激光器腔124中的光的反射率的高对比度光栅镜138、电介质增强金属镜140、或高对比度光栅镜138和电介质增强金属镜140二者。在另一示例中，顶部镜部分116可以包括位于电介质增强金属镜140下方、高对比度光栅镜138上方、或电介质增强金属镜140和高对比度光栅镜138之间的导电金属氧化物或氮化物层。
在图1和图2所示的示例实施例中，VCSEL结构100包括布置在电流扩展层136上的高对比度光栅镜138和布置在高对比度光栅镜138上的电介质增强金属镜140。在另一实施例中，可以省去电介质增强金属镜140。在另一实施例中，可以省去高对比度光栅镜138，并且电介质增强金属镜140可以布置在电流扩展层136上。在另一实施例中，电介质增强金属镜140的反射率可以不被包括在其中的电介质层增强。电介质增强金属镜140的电介质层可以用来阻止金属扩散到下面的半导体层中。
高对比度光栅镜138和电介质增强金属镜140可以单独或结合在一起来替代pDBR118的多个半导体层120、122，以在VCSEL结构100中提供期望的反射率特性。高对比度光栅镜138和电介质增强金属镜140中的每一个都是具有高反射率的镜，并且可以单独与pDBR 118一起使用或组合与pDBR 118一起使用。高对比度光栅镜138或电介质增强金属镜140与pDBR 118的结合使用产生了比在顶部镜部分116中排他使用pDBR 118所提供的反射率更高的净反射率(net reflectivity)。高对比度光栅镜138和电介质增强金属镜140的组合使用可以产生比单独使用高对比度光栅镜138或与pDBR 118一起使用电介质增强金属镜140更高的反射率特性。
一般，在最新的设计中，pDBR可以包括25到35对之间的半导体层，以提供对于激光的反射率特性。根据本公开，包括高对比度光栅镜138、电介质增强金属镜140、或高对比度光栅镜138和电介质增强金属镜140二者减少了提供对于激光的反射率特性的半导体层120、122的对数。在本公开的一个或多个实施例中，提供对于激光的反射率特性的半导体层120、122的对数的减少可以为至少三分之一或以上。在本公开的一个或多个实施例中，提供对于激光的反射率特性的半导体层120、122的对数的减少可以为一半或以上。在至少一个实施例中，提供对于激光的反射率特性的半导体层120、122的对数的减少可以为至少百分之六十。在至少一个其他实施例中，提供对于激光的反射率特性的半导体层120、122的对数的减少可以为至少百分之七十。
如图1和图2的示例实施例中提供的，包括高对比度光栅镜138和电介质增强金属镜140二者提供了用来提供对于激光的反射率特性的半导体层120、122的对数的百分之七十的减少(从30对减少到9对)。因此，相比包括三十对半导体层的传统pDBR，本公开的顶部镜部分116的pDBR 118中的层120、122的对数减少，且另外包括高对比度光栅镜138、电介质增强金属镜140、或者高对赌光栅镜138和电介质增强金属镜140二者，该顶部镜部分116可以具有对于激光的基本相同或更高的反射率特性。
pDBR 118中的半导体层120、122的数目的减少导致VCSEL结构100的高度减小并且导致外延生长的层数减少，从而降低了制造成本和复杂性。另外，改善了有源层128的质量，因为有源层128在顶部镜部分116之前外延生长，并且随着生长时间增加，有源层128会由于与阻挡层130的互相扩散而劣化的可能性增加。
如图1和图2的示例实施例中所提供的，高对比度光栅镜138是反射器和薄结构(例如，小于光学波长)并且具有高反射率(例如，大于百分之九十九)。如图1和图2的示例实施例中所示，高对比度光栅镜138可以包括线性布置在电流扩展层136中蚀刻的对应沟槽中的多条矩形线139(图2仅示出一条)。尽管这些线被示出为矩形的，但是本公开不限于此，这些线可以包括例如，横穿所示出的二维阵列中的矩形波长、二维阵列中的环形柱、或二维阵列中的环形孔的附加矩形线。
这些线以特定的偏振态反射光。另外，由高对比度光栅镜138反射的光的波长可以由线厚度和占空比确定，占空比可以通过用每个沟槽的周期除每条线的宽度计算。高对比度光栅镜138根据高对比度光栅镜138的线厚度和占空比反射TM或TE偏振光。TE偏振对应于平行于高对比度光栅镜138的线导向的入射电磁波的电场成分，TM偏振对应于垂直于高对比度光栅镜138的线导向的入射电磁波的电场成分。特定的线厚度和占空比可以适用于反射TE偏振光而不适用于反射TM偏振光，而不同的线厚度和占空比可以适用于反射TM偏振光而不适用于反射TE偏振光。
如图1和图2的示例实施例中所示，电介质增强金属镜140是具有高反射率(例如，大约百分之九十八)和薄结构(例如，小于一个光学波长)的反射器。在图1和图2的示例实施例中，电介质增强金属镜140是由二氧化硅和金构成的。本公开不限于此，并且可以基于相干光的期望波长和反射率特性通过受益于本公开的本领域技术人员将显而易见的方式选择其他金属、电介质、或透明导电氧化物或氮化物。
根据以上公开的顶部镜部分116的配置，VCSEL 100可以包括布置在高对比度光栅镜138、电介质增强金属镜140、或高对比度光栅镜138和电介质增强金属镜140二者之上的多个层142、144、145。如图1和图2的示例实施例中所示，多个层142、144包括布置在电介质增强金属镜140之上的通路层142、布置在通路层142之上的绝缘层144、以及布置在通路层142和绝缘层144之间的导热层145。在一个或多个实施例中，多个层还可以包括形成通路层的一部分的保形封盖层或者可以独立于通路层142进行图案化。在一些实施例中所配置的包括保形封盖层的多个层142、144、145可以相对于底部发射VCSEL结构100外部环境的光学且气密地密封激光器腔124，并且高效地从激光器腔124散发和抽取(extract)热量。
在一个或多个实施例中，通路层142可以由金属或合金构成。例如，通路层142可以由金、铂、铝、铜、锡、镍、铬、钛、和铜/铬合金构成或者包括它们。在一个或多个实施例中，绝缘层144可以由电介质材料构成。例如，绝缘层144可以由氧化硅构成或者包括氧化硅。除了有助于电能从外部电压源传输到有源区126以外，通路层142还可以相对于VSEL结构100外部的环境气密地密封并光学地隔离激光器腔124。在一个或多个实施例中，导热层145可以是高导热性的金属，例如，银和铜，或者在其他实施例中，可以是高导热性的电介质材料，例如，金刚石薄膜。
VCSEL 100可以包括布置在通路层142和nDBR 110之间并且围绕顶部镜部分116的聚酰亚胺层146。聚酰亚胺层146可以用作通路层142到顶部镜部分116的桥。聚酰亚胺层146还可以用来相对于VCSEL结构100外部的环境绝缘并隔离激光器腔124。
VCSEL 100可以包括多个接触环(示出了两个148、150)，以将通路层142与pDBR118和nDBR 110电耦合。多个接触环148、150可以包括p接触环148和n接触环150。如图1所示，n接触环150可以布置在nDBR 110上，以电耦合nDBR 110和电压源的负极端子(未示出)。P接触环148可以布置在电流扩展层136上，以电耦合pDBR 118和电压源的正极端子(未示出)。在一个或多个实施例中，每个接触环148、150可以由砷化镓构成，n接触环150可以包括金、镍、锗、和/或铂，并且p接触环148可以包括钛、铂、和/或金。
VCSEL 100可以包括布置在绝缘层144、通路层142、或绝缘层144和通路层142二者上的多个焊料凸块152(未示出)，以将底部发射VCSEL结构100倒装并电耦合到第二基底(未示出)。焊料凸块152可以被对齐第二基底的电连接定位。在一个或多个实施例中，填料可以被添加在VCSEL结构100和第二基底之间形成的间隙(未示出)中，而不被光学耦合到激光器腔124。在例如，内应力和导热系数方面，这使得填料的选择更灵活并且可以单独优化填料。
在操作中，在图1和图2所示的VCSEL结构100的示例实施例中，电流经由焊料凸块152、通路层142、以及n接触环150从电压源(未示出)注入到有源层128，并且由有源层128生成的光被允许在nDBR 110和包括高对比度光栅镜138和电介质增强金属镜140的顶部镜部分116之间共振。VCSEL 100可以在单模式或多模式中操作，其中，相干光的一个或多个波长可以通过基底102的透镜108发射。例如，在示例实施例中，所发射的相干光的波长为1000nm。
出于说明的目的，以上描述使用具体命名来提供对本公开的透彻理解。但是，对于本领域技术人员显而易见的是，为了实施本文描述的系统和方法，这些具体细节并不是必需的。出于图示和描述的目的给出了具体示例的以上描述。它们不用于将本公开穷尽或限制到所描述的精确形式。显然，根据上面的教导，很多变形和改变都是可能的。示出并描述示例是为了最好地说明本公开和实际应用的原理，从而使得本领域其他技术人员能够更好地利用适合所预见到的特定用途的本公开和具有各种变形的各种示例。意图是本公开的范围由下面的权利要求及其等同限定。

Claims (20)

1.一种底部发射垂直腔表面发射激光器(VCSEL)结构，包括：
第一基底，允许光通过其中；
n掺杂分布式布拉格反射器(nDBR)，布置在所述第一基底上并且包括第一多个半导体材料层；
P掺杂分布式布拉格反射器(pDBR)，具有第二多个半导体材料层，所述pDBR和所述nDBR限定在它们之间垂直延伸的激光器腔；
一个或多个有源层，布置在所述nDBR和所述pDBR之间的所述激光器腔中；
高对比度光栅镜和电介质增强金属镜中的至少一者，布置在所述pDBR之上；以及
第三多个层，布置在所述高对比度光栅镜和所述电介质增强金属镜中的所述至少一者之上，所述第三多个层包括通路层、绝缘层、以及布置在所述通路层和所述绝缘层之间的导热层，所述第三多个层中的每个层被配置为相对于所述底部发射VCSEL结构的外部环境光学且气密地密封所述激光器腔，并且所述导热层进一步被配置为从所述激光器腔抽取热量，
其中，所述VCSEL结构被配置为倒装到第二基底上。
2.如权利要求1所述的底部发射VCSEL结构，进一步包括：
电流扩展层，布置在所述pDBR上；以及
所述高对比度光栅镜，布置在所述电流扩展层上。
3.如权利要求2所述的底部发射VCSEL结构，进一步包括：
所述电介质增强金属镜，布置在所述高对比度光栅镜上。
4.如权利要求1所述的底部发射VCSEL结构，进一步包括：
电流扩展层，布置在所述pDBR上；以及
所述电介质增强金属镜，布置在所述电流扩展层上。
5.如权利要求1所述的底部发射VCSEL结构，其中，所述一个或多个有源层包括多量子阱(MQW)增益介质。
6.如权利要求1所述的底部发射VCSEL结构，其中，所述第一基底限定允许光通过其中的透镜。
7.如权利要求1所述的底部发射VCSEL结构，其中，所述第二多个半导体材料层包括多对砷化镓铝(AlGaAs)层，每对AlGaAs层具有第一AlGaAs层和第二AlGaAs层，所述第一AlGaAs层具有不同于所述第二AlGaAs层的铝浓度，并且所述第一AlGaAs层和所述第二AlGaAs层在所述pDBR内以交替序列排列。
8.如权利要求7所述的底部发射VCSEL结构，其中，所述第二多个半导体材料层包括二十对或以下的AlGaAs层。
9.如权利要求1所述的底部发射VCSEL结构，其中，所述第一多个半导体材料层包括多对砷化镓铝(AlGaAs)层，每对AlGaAs层具有第一AlGaAs层和第二AlGaAs层，所述第一AlGaAs层具有不同于所述第二AlGaAs层的铝浓度，并且所述第一AlGaAs层和所述第二AlGaAs层在所述nDBR内以交错序列排列。
10.根据权利要求1所述的底部发射VCSEL结构，进一步包括氧化层，所述氧化层被布置在所述一个或多个有源层之上并且限定氧化物孔以容纳流过其中的电流。
11.一种底部发射垂直腔表面发射激光器(VCSEL)结构，包括：
第一基底，允许光通过其中；
第一镜部分，布置在所述第一基底上并且包括第一多个半导体材料层；
第二镜部分，包括第二多个半导体材料层，所述第一镜部分和所述第二镜部分限定在它们之间垂直延伸的腔，并且所述第二镜部分进一步包括：
氧化层，限定氧化物孔以容纳流过其中的电流；以及
高对比度光栅镜和电介质增强金属镜中的至少一者，布置在所述氧化层上；
有源区，布置在所述腔内；
第三多个层，布置在所述第二镜部分之上，以相对于所述底部发射VCSEL结构的外部环境光学且气密地密封所述腔；以及
聚酰亚胺层，围绕所述第二镜部分并且耦合所述第三多个层中的一个或多个层、所述第一镜部分、以及所述第二镜部分，
其中，所述VCSEL结构被配置为倒装到第二基底上。
12.如权利要求11所述的底部发射VCSEL结构，其中：
所述第一镜部分是n掺杂分布式布拉格反射器(nDBR)；
所述第二镜部分包括p掺杂分布式布拉格反射器(pDBR)；并且
所述第一多个层和所述第二多个层中的每个层包括多对砷化镓铝(AlGaAs)层，每对AlGaAs层具有第一AlGaAs层和第二AlGaAs层，所述第一AlGaAs层具有不同于所述第二AlGaAs层的铝浓度，并且所述第一AlGaAs层和所述第二AlGaAs层在所述nDBR和所述pDBR内以交替序列排列。
13.如权利要求11所述的底部发射VCSEL结构，其中，所述有源区包括多量子阱(MQW)增益介质。
14.如权利要求11所述的底部发射VCSEL结构，其中，所述第二镜部分进一步包括电流扩展层，所述高对比度光栅镜布置在所述电流扩展层上。
15.如权利要求14所述的底部发射VCSEL结构，进一步包括：
电介质增强金属镜，布置在所述高对比度光栅镜上。
16.如权利要求11所述的底部发射VCSEL结构，其中，所述第二镜部分进一步包括电流扩展层，所述电介质增强金属镜布置在所述电流扩展层上。
17.一种底部发射垂直腔表面发射激光器(VCSEL)结构，包括：
第一基底，允许光通过其中；
n掺杂分布式布拉格反射器(nDBR)，布置在所述第一基底上并且包括第一多个半导体材料层；
P掺杂分布式布拉格反射器(pDBR)，具有第二多个半导体材料层，所述pDBR和所述nDBR限定在它们之间垂直延伸的激光器腔；
一个或多个有源层，布置在所述nDBR和所述pDBR之间的所述激光器腔中；
氧化层，布置在所述一个或多个有源层之上并且限定氧化物孔以容纳流过其中的电流；
电流扩展层，布置在所述pDBR之上；
高对比度光栅镜和电介质增强金属镜中的至少一者，布置在所述电流扩展层之上；
第三多个层，布置在所述高对比度光栅镜和所述电介质增强金属镜中的所述至少一者之上，以相对于所述底部发射VCSEL结构的外部环境光学且气密地密封所述激光器腔；
多个接触环，将所述第三多个层中的通路层与所述pDBR和所述nDBR电耦合；以及
多个焊料凸块，布置在所述第三多个层中的所述通路层和绝缘层中的每个层上，以将所述底部发射VCSEL结构倒装并电耦合到第二基底。
18.如权利要求17所述的底部发射VCSEL结构，进一步包括：
高对比度光栅镜，布置在所述电流扩展层上。
19.如权利要求18所述的底部发射VCSEL结构，进一步包括：
所述电介质增强金属镜，布置在所述高对比度光栅镜上。
20.如权利要求17所述的底部发射VCSEL结构，进一步包括：
所述电介质增强金属镜，布置在所述电流扩展层上。
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