一种垂直腔面激光器及其制作方法技术

本发明专利技术涉及激光器技术领域，提供了一种垂直腔面激光器及其制作方法。该激光器衬底1、N型分布布拉格反射镜组2、有源区3、氧化限制层4、P面电极5、光学膜6、第二光栅层7和BCB钝化层8；其中，所述氧化限制层4上设置有通过氧化形成的第一光栅；所述P型分布布拉格反射镜组6的出光面上刻蚀制作有第二光栅。本发明专利技术实施例通过氧化形成的第一光栅的引入，实现有源区电流的各向异性注入，有效的缓解载流子注入各向同性所带来的各种问题，如空间烧孔现象等，同时第二光栅的引入进一步的缓解输出光的多模和散射问题，实现在颈向的自聚偏振光输出。

Vertical cavity surface laser and manufacturing method thereof

The invention relates to the technical field of a laser, and provides a vertical cavity surface laser and a manufacturing method thereof. The laser substrate 1, N distributed Prague reflector group 2, active region 3, layer 4, P oxide confined surface electrode 5, optical film 6, second grating layer 7 and BCB passivation layer 8; among them, the oxide layer 4 is provided with a first limit grating formed by oxidation of the P type; distributed Prague reflector group 6 out of second making surface etching grating. The introduction of the first grating the embodiment of the invention is formed by oxidation of the realization of anisotropic active region current injection, effectively alleviate the problems of isotropic carrier injection brings, such as spatial hole burning phenomenon, at the same time, the introduction of further easing second grating and multimode output light scattering problem, realized in the neck from poly polarized light output to the.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光器
，特别是涉及一种垂直腔面激光器及其制作方法。
技术介绍
垂直腔面发射激光器的高功率、单纵模、输出圆形光斑、长寿命还有易于二维集成等特点，使得高功率垂直腔面发射激光器的商业应用越来越广泛，尤其在电信领域、激光显示领域、激光点火、泵浦原和激光加工等等。经过全世界几十年坚持不懈的努力，VCSEL的市场正在变的越来越大。大功率垂直腔面发射激光器的高的阈值电流，低的光电转换效率等缺点已经的到很好的改善。长期以来，垂直腔面发射半导体激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，简称为：VCSEL)一直处于低功率水平，使这种器件的应用受到极大的制约。直到最近几年VCSEL材料生长与制备技术的发展才使其功率水平开始得到大幅度的提高，从而为VCSEL激光器的应用发展开辟了广阔的前景。然而，随着VCSEL激光功率不断得到提高，其激光模式问题的解决则变得日益迫切和重要，因为到目前为止VCSEL激光功率的提高不仅没有改善激光模式，而且在获取基模上产生不利的影响。这同样制约了VCSEL激光器在很多重要应用领域发挥作用。因此，在解决VCSEL激光器功率问题的同时必须解决其光学模式问题才能够发展真正适合于应用的优质VCSEL激光器，这是目前国内外半导体激光领域面临的一个重要的课题。目前国内针对光学模式问题提出来最广泛的解决方案就是光栅调制垂直发射激光器。但是纵观各类型的光栅调制垂直发射激光器，没有一个系统而又工艺简单的方案。
技术实现思路
本专利技术实施例要解决的技术问题是垂直腔面发射激光器具有偏振开关效应带来的光的散射和多模的问题。本专利技术实施例采用如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供了一种垂直腔面激光器，衬底1、N型分布布拉格反射镜组2、有源区3、氧化限制层4、P面电极5、光学膜6、第二光栅层7和BCB钝化层8；所述N型分布布拉格反射镜组2、有源区3、氧化限制层4、P型分布布拉格反射镜组6和BCB钝化层8依次层叠，并位于所述衬底1上；其中，所述氧化限制层4上设置有通过氧化形成的第一光栅；所述P型分布布拉格反射镜组6的出光面上刻蚀制作有第二光栅。可选的，所述第一光栅为条形光栅，所述第二光栅为环形光栅，其中，所述条形光栅由氧化为导电条形区域和不导电条形区域平行交替组成。可选的，所述第一光栅为环形光栅，所述第二光栅为条形光栅，其中，所述环形光栅由氧化为导电条形区域和不导电条形区域的同心环交替组成。可选的，P型分布布拉格反射镜组6为蒸镀的光学介质膜组，所述光学介质膜组是由一种或者多种氧化物按照激光器工作波长的四分之一的厚度交替构成；或者由一种或者多种非氧化物光学膜按照激光器工作波长的四分之一的厚度交替构成；或者由氧化物和非氧化物按照激光器工作波长的四分之一的厚度交替构成。可选的，用于构成光学介质膜的氧化物包括SiOx、Al2O3、TiO2、ZrO2、HfO2和Ta2O5中的一种或者多种；用于构成光学介质膜的非氧化物包括SiNx、ZnS、CaF2和MgF2中的一种或者多种。可选的，氧化限制层中的第一光栅和光学介质膜组中的第二光栅的间距根据输出光的波长调整得到。可选的，光学介质膜组的组成和厚度，根据第二光栅进行调整得到。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种垂直腔面激光器的制作方法，包括：在衬底1上依次外延生长N型分布布拉格反射镜组2、有源区3和氧化限制层4；在所述氧化限制层4的表面光刻出第一光栅图形，并通过定向氧化方法制作不导电条形区域，并与导电条形区域构成光栅图形；在所述氧化限制层4上外延生长P型分布布拉格反射镜组6，在所述P型分布布拉格反射镜组6的出光面处的光学介质膜上，刻蚀第二光栅；在所述P型分布布拉格反射镜组6上制作欧姆接触层和P电极。可选的，所述第一光栅为条形光栅，所述第二光栅为环形光栅，其中，所述条形光栅由氧化为导电条形区域和不导电条形区域平行交替组成；或者，所述第一光栅为环形光栅，所述第二光栅为条形光栅，其中，所述环形光栅由氧化为导电条形区域和不导电条形区域的同心环交替组成。可选的，所述光学介质膜组是由一种或者多种氧化物按照激光器工作波长的四分之一的厚度交替构成；或者由一种或者多种非氧化物光学膜按照激光器工作波长的四分之一的厚度交替构成；或者由氧化物和非氧化物按照激光器工作波长的四分之一的厚度交替构成。本专利技术实施例通过氧化形成的第一光栅的引入，实现有源区电流的各向异性注入，有效的缓解载流子注入各向同性所带来的各种问题，如空间烧孔现象等，同时第二光栅的引入进一步的缓解输出光的多模和散射问题，实现在颈向的自聚偏振光输出。并且在可选方案中氧化型条形光栅，环形光栅和光学介质膜DBR的组合给光的调制和激光器谐振腔的结构带来了极大的空间。另外，本专利技术实施例所提出的垂直腔面发射激光器结构制造工艺简捷、重复性好，容易推广。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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它的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种垂直腔面激光器结构剖面示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种垂直腔面激光器结构俯视示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种垂直腔面激光器的制作方法流程示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种垂直腔面激光器结构剖面示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种垂直腔面激光器结构俯视示意图；图6是本专利技术实施例提供的一种垂直腔面激光器的制作方法流程示意图；图7是本专利技术实施例提供的一种垂直腔面激光器的制作方法流程示意图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本专利技术的限制。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术各实施例正是为了解决大功率VCSEL激光器的单横模单偏振问题。本专利技术实施例所提出的垂直腔面激光器及其制作方法，对于发展VCSEL激光器的应用，特别是在解决空间探测技术中的微型载荷激光测距、空间通信、目标识别与跟踪制导等应用所需要的优质微型激光器方面具有重要的意义。自从侧氧化限制结构的出现，器件的阈值电流、调制速度、和光电转换效率得到很大的改善。但是这种结构也存在自身无法消除的缺陷，那就是在侧氧化之后绝缘层的边缘的电流密度会比中心区域高的现象。无法消除光模式的增益重叠的现象，即使电流在氧化限制层完美均匀注入，大部分电流也会集中在氧化限制层边界上，主要是因为面积是半径的平方的关系。因此光模式在中心达到最大，这样的结果就会导致孔径10μm及以上的器件的阈值电流的增大、效率的降低还有空间烧孔变的更严重。即使孔径缩小到3μm左右的单模尺寸，增益重叠可以得到改善但这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直腔面激光器，其特征在于，衬底1、N型分布布拉格反射镜组2、有源区3、氧化限制层4、P面电极5、光学膜6、第二光栅层7和BCB钝化层8；所述N型分布布拉格反射镜组2、有源区3、氧化限制层4、P型分布布拉格反射镜组6和BCB钝化层8依次层叠，并位于所述衬底1上；其中，所述氧化限制层4上设置有通过氧化形成的第一光栅；所述光学膜6的出光面上刻蚀制作有第二光栅7。

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面激光器，其特征在于，衬底1、N型分布布拉格反射镜组2、有源区3、氧化限制层4、P面电极5、光学膜6、第二光栅层7和BCB钝化层8；所述N型分布布拉格反射镜组2、有源区3、氧化限制层4、P型分布布拉格反射镜组6和BCB钝化层8依次层叠，并位于所述衬底1上；其中，所述氧化限制层4上设置有通过氧化形成的第一光栅；所述光学膜6的出光面上刻蚀制作有第二光栅7。2.根据权利要求1所述的垂直腔面激光器，其特征在于，所述第一光栅为条形光栅，所述第二光栅为环形光栅，其中，所述条形光栅由氧化为导电条形区域和不导电条形区域平行交替组成。3.根据权利要求1所述的垂直腔面激光器，其特征在于，所述第一光栅为环形光栅，所述第二光栅为条形光栅，其中，所述环形光栅由氧化为导电条形区域和不导电条形区域的同心环交替组成。4.根据权利要求1-3任一所述的垂直腔面激光器，其特征在于，所述光学膜6具体为P型分布布拉格反射镜组，并由蒸镀的光学介质膜组构成；所述光学介质膜组是由一种或者多种氧化物按照激光器工作波长的四分之一的厚度交替构成；或者由一种或者多种非氧化物光学膜按照激光器工作波长的四分之一的厚度交替构成；或者由氧化物和非氧化物按照激光器工作波长的四分之一的厚度交替构成。5.根据权利要求4所述的垂直腔面激光器，其特征在于，用于构成光学介质膜的氧化物包括SiOx、Al2O3、TiO2、ZrO2、HfO2和Ta2O5中的一种或者多种；用于构成光学介质膜的非氧化物包括SiNx、ZnS、Ca...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜勋财，王任凡，汤宝，罗飙，余兵，朱拓，吴振华，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，武汉电信器件有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42