外腔相干垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法
【專利摘要】外腔相干垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，屬于激光器【技術(shù)領(lǐng)域】。解決了現(xiàn)有技術(shù)中相干激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差的技術(shù)問題。該激光器包括從上至下依次緊密排列的P型DBR、有源區(qū)、N型DBR、襯底和N面電極，P型DBR的上表面邊緣設(shè)有P面電極，P型DBR中設(shè)有具有多個氧化孔的氧化限制層；還包括由光柵和外腔組成的高對比度光柵，高對比度光柵遮擋所有出光孔及出光孔連接處；外腔的下表面固定在P型DBR的上表面上，外腔的光學(xué)厚度為二分之一波長的整數(shù)倍，外腔的材料為低折射率介質(zhì)材料；光柵設(shè)定在外腔的上表面上，偏振方向平行或垂直于(110)晶向，光柵的材料為高折射率介質(zhì)材料。該激光器能夠?qū)崿F(xiàn)偏振控制，且穩(wěn)定性高、可靠性好。
【專利說明】
外腔相干垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種外腔相干垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，屬于激光器(VCSEL)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器由于具有良好的激光穩(wěn)定性、相干性和光束質(zhì)量，被廣泛應(yīng)用于通信、印刷、泵浦源、氣體檢測分析、電腦光學(xué)鼠標(biāo)等領(lǐng)域。隨著這些領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，要求VCSEL能夠?qū)崿F(xiàn)高光強(qiáng)度的輸出。現(xiàn)有技術(shù)中主要采用激光器列陣結(jié)構(gòu)或者相干激光器解決這一技術(shù)問題。激光器列陣結(jié)構(gòu)由多個垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器依次排列組成，每個垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器主要包括從下至上依次排列的N面電極、襯底、N型DBR(布拉格反射鏡)、有源區(qū)、P型DBR和P面電極，其中，P型DBR中設(shè)有具有氧化孔的氧化限制層。但是，該激光器列陣結(jié)構(gòu)各個臺面輸出的光存在兩個垂直的偏振方向，為不相干光，輸出光強(qiáng)為總光強(qiáng)的疊加，遠(yuǎn)場發(fā)散角大。相干激光器主要有反波導(dǎo)結(jié)構(gòu)激光器，掩埋異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器，泄露波耦合結(jié)構(gòu)激光器等。但這些激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，不便于實(shí)際應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中相干激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差的技術(shù)問題，提供一種外腔相干垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下。
[0005]外腔相干垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，包括從上至下依次緊密排列的P型DBR、有源區(qū)、N型DBR、襯底和N面電極，所述P型DBR的上表面邊緣設(shè)有P面電極；所述P型DBR中設(shè)有具有多個氧化孔的氧化限制層；
[0006]所述激光器還包括高對比度光柵，所述高對比度光柵遮擋所有出光孔及出光孔連接處，高對比度光柵由光柵和外腔組成；所述外腔的下表面固定在P型DBR的上表面上，夕卜腔的光學(xué)厚度為二分之一波長的整數(shù)倍，外腔的材料為低折射率介質(zhì)材料；所述光柵設(shè)定在外腔的上表面上，光柵的偏振方向平行或垂直于(110)晶向，光柵的材料為高折射率介質(zhì)材料；所述高折射率介質(zhì)材料的折射率為低折射率介質(zhì)材料的折射率的兩倍以上。
[0007]進(jìn)一步的，所述多個氧化孔在氧化限制層上均勻分布。
[0008]進(jìn)一步的，所述外腔為長方體，光柵平行或垂直于外腔的上表面的矩形短邊。
[0009]進(jìn)一步的，所述P型DBR由從上至下依次排列的一層高折射率材料層和一層低折射率材料層組成，所述氧化限制層為低折射率材料層。
[0010]進(jìn)一步的，所述N型DBR和襯底之間還設(shè)有緩沖層。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
[0012]本發(fā)明的外腔相干垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，在激光器外形成了高對比度光柵，高對比度光柵對每個出光孔單元的輸出光形成反射效果，實(shí)現(xiàn)不同出光孔單元之間的鎖相，達(dá)到相干的目的；相比于現(xiàn)有技術(shù)中的激光器，本發(fā)明的激光器不僅自身能實(shí)現(xiàn)偏振控制，還具有穩(wěn)定性高，可靠性好的優(yōu)點(diǎn)，可以用于大規(guī)模生產(chǎn)制造。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明外腔相干垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖，
[0014]圖2為本發(fā)明外腔相干垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的P型DBR臺面的俯視圖；
[0015]圖中:1、光柵，2、外腔，3、P面電極，4、P型DBR，5、氧化限制層，51、氧化孔，6、有源區(qū)，7、N型DBR，8、襯底，9、N面電極。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0017]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的外腔相干垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器包括高對比度光柵、P面電極3、P型DBR4、有源區(qū)6、N型DBR7、襯底8和N面電極9。
[0018]其中，P型DBR4、有源區(qū)6、N型DBR7、襯底8和N面電極9從上至下依次緊密排列，N型DBR7和襯底8之間還可以設(shè)置有緩沖層。N型DBR7為多層結(jié)構(gòu)，P型DBR4由從上至下依次緊密排列的一層高折射率材料層和一層低折射率材料層組成,低折射率材料層上設(shè)有多個氧化孔51，該層即為氧化限制層5。多個氧化孔51在氧化限制層5上均勻分布，每個氧化孔51對應(yīng)一個出光單元。高對比度光柵遮擋所有出光孔和出光孔連接處，高對比度光柵由光柵I和外腔2組成，外腔2的下表面固定在P型DBR4上表面的中心區(qū)域上，且外腔2遮擋所有出光孔和出光孔連接處，外腔2的材料為低折射率介質(zhì)材料，外腔2的光學(xué)厚度為二分之一波長的整數(shù)倍；光柵I固定在外腔2的上表面上，且光柵I遮擋所有出光孔和出光孔連接處，光柵I的偏振方向平行或垂直于(110)晶向，光柵I的材料為高折射率介質(zhì)材料；光柵I的高折射率介質(zhì)材料的折射率為外腔2的低折射率介質(zhì)材料的折射率的兩倍以上，光柵I和外腔2的材料不吸光。P面電極3固定在P型DBR4的上表面邊緣，且靠近外腔2的邊緣，不遮擋出光孔。
[0019]本實(shí)施方式中，外腔2—般采用長方體結(jié)構(gòu)，上表面為矩形，光柵I平行或垂直于矩形的短邊。
[0020]本實(shí)施方式中，N型DBR7為多層結(jié)構(gòu)，由交替排列的高折射率材料層和低折射率材料層組成，P型DBR4由從上至下依次排列的一層高折射率材料層和一層低折射率材料層組成，按本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識，一般與有源區(qū)6接觸的為低折射率材料層，與P面電極3和襯底8接觸的為高折射率材料層；高折射率材料層和低折射率材料層的厚度均為四分之一光學(xué)波長:低折射率材料層的材料為高鋁組分的鋁鎵砷材料，高折射率材料層的材料為低鋁組分的鋁鎵砷材料，高鋁組分的鋁鎵砷材料和低鋁組分的鋁鎵砷材料為本領(lǐng)域人員公知技術(shù)。
[0021]本實(shí)施方式中，有源區(qū)6的材料一般為GaAs的化合物，厚度一般為一個光學(xué)波長，P面電極3和N面電極9的材料一般為金，厚度一般為200nm-400nm，襯底8的材料一般為GaAs0本實(shí)施方式中，各層的尺寸依據(jù)實(shí)際需要設(shè)置，優(yōu)選各層的中心在同一條直線上。
[0022]本發(fā)明中，高對比度光柵位于出光面，起到對震蕩光的反饋，對垂直入射到其表面的光有高反射作用。一個出光單元輸出的光，經(jīng)過高對比度光柵反射后，絕大部分會反射到該出光單元對應(yīng)的有源區(qū)，小部分的光反射到相鄰的出光單元，形成對相鄰出光單元的鎖相。
[0023]本發(fā)明的外腔相干垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制備方法:
[0024]步驟一、清洗外延片，對清洗好的外延片P面第一次光刻、顯影，干法刻蝕P面后出現(xiàn)P型DBR4臺面，刻蝕深度剛好至N型DBR7的上方；
[0025]其中，外延片通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知方式可以獲得，一般采用商購；
[0026]步驟二、對P型DBR4臺面進(jìn)行測氧化，得到具有多個氧化孔51的氧化限制層5 ；
[0027]步驟三、利用lift-off工藝在P型DBR4的上表面邊緣生長P面電極3 ;
[0028]步驟四、減薄拋光襯底8，然后在襯底8的下表面上生長N面電極9 ；
[0029]步驟五、在P型DBR4臺面的中心區(qū)域上生長一層光學(xué)厚度為出射波長的二分之一整數(shù)倍的低折射率介質(zhì)材料，得到外腔2 ；
[0030]步驟六、在外腔2的上表面生長一層高折射率介質(zhì)材料，采用ICP等干法刻蝕的方式，在膠做掩膜下刻透高折射率介質(zhì)材料，去掉掩膜，得到光柵I;
[0031]步驟七、解理，測試，封裝。
[0032]顯然，以上實(shí)施方式的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于所述【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.外腔相干垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，包括從上至下依次緊密排列的P型DBR(4)、有源區(qū)(6)、N型DBR (7)、襯底⑶和N面電極(9)，所述P型DBR (4)的上表面邊緣設(shè)有P面電極⑶； 其特征在于， 所述P型DBR (4)中設(shè)有具有多個氧化孔(51)的氧化限制層(5)； 所述激光器還包括高對比度光柵，所述高對比度光柵遮擋所有出光孔及出光孔連接處，高對比度光柵由光柵⑴和外腔⑵組成； 所述外腔(2)的下表面固定在P型DBR(4)的上表面上，外腔(2)的光學(xué)厚度為二分之一波長的整數(shù)倍，外腔(2)的材料為低折射率介質(zhì)材料； 所述光柵(I)設(shè)定在外腔(2)的上表面上,光柵(I)的偏振方向平行或垂直于(110)晶向，光柵(I)的材料為高折射率介質(zhì)材料； 所述高折射率介質(zhì)材料的折射率為低折射率介質(zhì)材料的折射率的兩倍以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外腔相干垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述多個氧化孔(51)在氧化限制層(5)上均勻分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外腔相干垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述外腔(2)為長方體，光柵(I)平行或垂直于外腔(2)的上表面的矩形短邊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外腔相干垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述P型DBR(4)由從上至下依次排列的一層高折射率材料層和一層低折射率材料層組成，所述氧化限制層(5)為低折射率材料層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外腔相干垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述N型DBR(7)和襯底⑶之間還設(shè)置有緩沖層。
【文檔編號】H01S5/06GK104319628SQ201410581905
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】寧永強(qiáng), 李秀山, 秦莉, 賈鵬, 張建偉, 劉云, 王立軍, 張星 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所