具有光束聚集功能的垂直腔面发射激光器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及VCSEL技术领域，具体提供一种具有光束聚集功能的垂直腔面发射激光器及其制备方法，该激光器包括从下至上依次层叠的N型电极、衬底、N型DBR层、下波导层、有源层、氧化层、上波导层、P型DBR层和P型电极，N型DBR层与P型DBR层为曲面结构或多边形结构，使垂直腔内的光束向激光器的中心出光孔聚集。本发明专利技术通过激光器的基本工艺即可完成制作，具有制作工艺简单的特点，且内部的弯曲的DBR结构可以将光束向中心出光孔方向聚集，实现稳定大功率的单模输出。模输出。模输出。

【技术实现步骤摘要】
具有光束聚集功能的垂直腔面发射激光器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及VCSEL
，尤其涉及一种具有光束聚集功能的垂直腔面发射激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着激光医疗领域的飞速发展，干眼症诊疗、激光美容乃至激光操控手术等领域对VCSEL输出激光的模式特性及强度提出更高水平的要求。由于传统VCSEL输出激光为柱状对称的高斯光束，其单模输出要求的出光孔尺寸要控制在3μm以内，工艺难度相对较高，实现困难，并且限制了VCSEL输出激光的功率水平。如何在大氧化孔径下实现基横模激光高效稳定输出，成为当前激光医疗领域的研究热点。
[0003]为解决VCSEL的上述问题，一般在VCSEL表面的中间区域集成透镜形状圆顶，如光刻胶热熔后镀反射膜或采用自对准技术集成复杂的光束聚集结构，使光束向中心出光孔方向聚集，提升激光光束的质量。还有一种方式是增加外部腔镜，在VCSEL的外部增加凹面镜，利用凹面镜的光聚集作用提升VCSEL的基模光束质量。然而上述结构均存在对准困难、制备工艺复杂等缺点。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决上述问题，提供一种具有光束聚集功能的垂直腔面发射激光器及其制备方法，将DBR设计为曲面结构或多边形结构，以对周围方向的光束进行方向调整，尽可能向中心出光孔汇集，从而提升输出光束的质量。
[0005]本专利技术提供的一种具有光束聚集功能的垂直腔面发射激光器，包括从下至上依次层叠的N型电极、衬底、N型DBR层、下波导层、有源层、氧化层、上波导层、P型DBR层和P型电极，N型DBR层与P型DBR层为曲面结构或多边形结构，使垂直腔内的光束向激光器的中心出光孔聚集。
[0006]优选地，N型DBR层与P型DBR层的弯曲方向分别背离有源层。
[0007]本专利技术提供的一种具有光束聚集功能的垂直腔面发射激光器的制备方法，包括如下步骤：S1、对衬底进行刻蚀形成弧形凹槽；S2、在刻蚀出弧形凹槽的衬底上生长曲面结构的N型DBR层；S3、在曲面结构的N型DBR层上生长下波导层，并对下波导层进行平坦化处理；S4、在平坦化的下波导层上生长有源层；S5、在有源层上生成氧化层；S6、在氧化层上生长上波导层，并对上波导层进行刻蚀形成弧顶；S7、在刻蚀出弧顶的上波导层上生长曲面结构的P型DBR层，形成外延结构；S8、对外延结构进行光刻形成台面，并对氧化层进行侧氧化形成氧化孔；S9、对外延结构的表面进行光刻形成中心出光孔；
S10、在外延结构的表面位于中心出光孔的周围进行金属蒸镀形成P型电极；S11、对衬底的底部进行减薄、抛光后进行金属蒸镀形成N型电极。
[0008]本专利技术提供的另一种具有光束聚集功能的垂直腔面发射激光器的制备方法，包括如下步骤：S1、对衬底进行刻蚀形成多边形凹槽；S2、在刻蚀出多边形凹槽的衬底上生长多边形结构的N型DBR层；S3、在曲面结构的N型DBR层上生长下波导层，并对下波导层进行平坦化处理；S4、在平坦化的下波导层上生长有源层；S5、在有源层上生成氧化层；S6、在氧化层上生长上波导层，并对上波导层进行刻蚀形成弧顶；S7、在刻蚀出弧顶的上波导层上生长曲面结构的P型DBR层，形成外延结构；S8、对外延结构进行光刻形成台面，并对氧化层进行侧氧化形成氧化孔；S9、对外延结构的表面进行光刻工艺形成中心出光孔；S10、在外延结构的表面位于中心出光孔的周围进行金属蒸镀形成P型电极；S11、对衬底的底部进行减薄、抛光后进行金属蒸镀形成N型电极。
[0009]与现有技术相比，本专利技术能够取得如下有益效果：1、在VCSEL的内部形成弯曲的DBR结构，通过激光器的基本工艺即可完成制作，具有制作工艺简单的特点。
[0010]2、弯曲的DBR结构可以将光束向中心出光孔方向聚集，实现稳定大功率的单模输出。
附图说明
[0011]图1是根据本专利技术实施例一提供的具有光束聚集功能的垂直腔面发射激光器的结构示意图；图2是根据本专利技术实施例二提供的具有光束聚集功能的垂直腔面发射激光器的结构示意图。
[0012]实施例一的附图标记包括：N型电极1、衬底2、N型DBR层3、下波导层4、有源层5、氧化层6、氧化孔61、上波导层7、P型DBR层8和P型电极9。
[0013]实施例二的附图标记包括：N型电极1`、衬底2`、N型DBR层3`、下波导层4`、有源层5`、氧化层6`、氧化孔61`、上波导层7`、P型DBR层8`和P型电极9`。
具体实施方式
[0014]在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
[0015]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，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用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。
[0016]实施例一
图1示出了根据本专利技术实施例一提供的具有光束聚集功能的垂直腔面发射激光器的结构。
[0017]如图1所示，本专利技术实施例一提供的具有光束聚集功能的垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，简称VCSEL），该VCSEL的材料基于现有材料体系，包括但不限于GaAs、AlGaAs、InP等。
[0018]该VCSEL包括从下至上依次层叠的N型电极1、衬底2、N型DBR层3、下波导层4、有源层5、氧化层6、上波导层7、P型DBR层8和P型电极9，N型电极1、衬底2、下波导层4、有源层5、氧化层6、上波导层7、P型DBR层8和P型电极9均未作出改进，实施例一的改进之处在于将传统的平坦化的N型DBR层3与P型DBR层8设计为弯曲的N型DBR层3与P型DBR层8，具体可以设计成曲面的N型DBR层3与P型DBR层8或设计成多边形的N型DBR层3与P型DBR层8。
[0019]弯曲的N型DBR层3与P型DBR层8沿有源层5对称布置，即N型DBR层3与P型DBR层8的弯曲方向相反，两个相对的凹面DBR结构在VCSEL内构成对光束起到汇聚作用的光束聚集结构，光束聚集结构的尺寸大于氧化层6的氧化孔61的尺寸。
[0020]由于VCSEL的输出激光特性为柱状圆形高斯光束，当高斯光束经过凹面DBR结构后，在表面高反射介质的作用下，向周围发射的激光被汇聚到VCSEL的中心出光孔附近，从而实现基模激光的稳定高效输出。
[0021]由于光束聚集结构集成于VCSEL的内部，无需增加额外结构，在不增加功率损耗的同时发挥激光聚集的作用。另外，由于利用常规的半导体激光器制作工艺即可完成内部集成光束聚集结构的VCSEL的制作，因此本专利技术具有制作工艺简单的特点。
[0022]此外，需要说明的是，实施例一未将凹面DBR制备在VCSEL表面的原因有两点：（1）因波导层的面积增大，故提升量子阱有源区的体积，对于功率及激光器性能有较大提升；（2）传统的凹面DBR设置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有光束聚集功能的垂直腔面发射激光器，包括从下至上依次层叠的N型电极、衬底、N型DBR层、下波导层、有源层、氧化层、上波导层、P型DBR层和P型电极，其特征在于，所述N型DBR层与所述P型DBR层为曲面结构或多边形结构，使垂直腔内的光束向激光器的中心出光孔聚集。2.根据权利要求1所述的具有光束聚集功能的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述N型DBR层与所述P型DBR层的弯曲方向分别背离所述有源层。3.一种具有光束聚集功能的垂直腔面发射激光器的制备方法，用于制备权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括如下步骤：S1、对衬底进行刻蚀形成弧形凹槽；S2、在刻蚀出弧形凹槽的衬底上生长曲面结构的N型DBR层；S3、在曲面结构的N型DBR层上生长下波导层，并对所述下波导层进行平坦化处理；S4、在平坦化的下波导层上生长有源层；S5、在所述有源层上生成氧化层；S6、在所述氧化层上生长上波导层，并对所述上波导层进行刻蚀形成弧顶；S7、在刻蚀出弧顶的上波导层上生长曲面结构的P型DBR层，形成外延结构；S8、对所述外延结构进行光刻形成台面，并对所述氧化层进行侧氧化形成氧化孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建伟，徐玥辉，张星，周寅利，陈超，吴昊，张大勇，宁永强，王立军，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：