垂直腔面发射激光器制造技术

本发明专利技术提供一种垂直腔面发射激光器，包括：二维亚波长光栅，所述二维亚波长光栅包括：光栅层，所述光栅层包括：多个柱状的光栅凸起，所述光栅凸起在第一方向和第二方向上具有不同的光栅宽度，所述第一方向和第二方向为光栅凸起的排列方向；光栅间隙，所述光栅间隙形成在所述光栅凸起周围表面；基底层，所述光栅层形成在所述基底层表面。二维亚波长光栅可以作为垂直腔面发射激光器的反射镜，从而减少顶层DBR对数，并为垂直腔面发射激光器提供偏振选择特性。择特性。择特性。

【技术实现步骤摘要】
垂直腔面发射激光器


[0001]本专利技术涉及半导体光电子
，特别涉及一种垂直腔面发射激光器。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)是一种出光方向垂直于衬底表面的激光器，其量子阱通常生长在(100)方向，所有偏振方向的增益为各向同性。由于VCSEL横向尺寸较大，易出现高阶横模，这些模式中每一种模式都包含两种正交偏振态。这两种偏振态在温度或偏置电流的变化过程中均会发生跳变，难以实现稳定的偏振选择特性。具有稳定的偏振选择特性的VCSEL在原子传感器件、光通信系统、激光倍频、气体探测和光谱分析等领域具有重要应用。
[0003]亚波长光栅是一种光栅周期小于光波长，光栅折射率与填充介质折射率对比度较大的周期性光栅层。传统一维亚波长光栅自由度较低，二维亚波长光栅则具有多个维度的参数变化，能够实现更复杂的功能。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]传统垂直腔面发射激光器(VCSEL)无法实现出射激光偏振选择性，为了满足特定应用中，如原子传感器件中原子钟所需的线偏振光，本专利技术提供一种垂直腔面发射激光器，其具有的二维亚波长光栅能够实现对出射激光良好的偏振选择特性。
[0006](二)技术方案
[0007]本专利技术的实施例提供一种垂直腔面发射激光器，包括：二维亚波长光栅，包括：光栅层，其中光栅层具体地包括：多个柱状的光栅凸起，在第一方向和第二方向上具有不同的光栅宽度，第一方向和第二方向为光栅凸起的排列方向；光栅间隙，形成在光栅凸起周围表面；基底层，光栅层形成在基底层表面。
[0008]可选地，光栅凸起沿平行于基底层的表面方向的截面形状包括在第一方向和第二方向上平面线条长度不一致的任意平面图形。
[0009]可选地，光栅凸起和光栅间隙的排列分布至少在第一方向和第二方向上具有周期性。
[0010]可选地，光栅凸起的材料包括非晶硅材料或者折射率大于光栅间隙的折射率的材料。
[0011]可选地，光栅间隙中填充有介质，介质包括空气或者折射率小于光栅凸起的折射率的材料。
[0012]可选地，基底层材料的折射率不高于光栅凸起材料的折射率的二分之一。
[0013]可选地，光栅层的光栅宽度、高度、周期及基底层的厚度由垂直腔面发射激光器出射激光的偏振模式确定。
[0014]垂直腔面发射激光器还包括：发光器件，具体地发光器件包括依次叠设的电极层、
欧姆接触层、P型布拉格反射镜层、氧化限制层、有源层、N型布拉格反射镜层、衬底、底层电极层。
[0015]可选地，二维亚波长光栅设于发光器件的激光出射方向一侧。
[0016]可选地，二维亚波长光栅的基底层覆盖在发光器件的欧姆接触层的表面，二维亚波长光栅的光栅层设于电极层中间区域，覆盖出光孔全部区域。
[0017](三)有益效果
[0018]本专利技术提出一种具有二维亚波长光栅的垂直腔面发射激光器，有益效果为：
[0019]采用上述二维亚波长光栅可以作为垂直腔面发射激光器的P面DBR反射镜，从而减少P型DBR对数，使器件减薄，提高器件功率，在此基础上，可以改变光栅层厚度、宽度及周期等参数，实现对出射激光的偏振选择特性，从而作为众多原子传感器件、光通信系统、激光倍频、气体探测和光谱分析等领域的光源。
附图说明
[0020]图1示意性地示出了本专利技术实施例提供的二维亚波长光栅的结构示意图；
[0021]图2示意性地示出了本专利技术实施例提供的二维亚波长光栅结构俯视图；
[0022]图3示意性地示出了本专利技术实施例提供的采用二维亚波长光栅作为P面DBR反射镜的垂直腔面发射激光器剖视图；
[0023]图4示意性地示出了本专利技术实施例提供的具有二维亚波长光栅的垂直腔面发射激光器的结构示意图；
[0024]图5示意性地表征本专利技术实施例提供的图4所示的垂直腔面发射激光器的光栅光学特性的反射光谱的计算结果；
[0025]图6示意性地示出了本专利技术实施例提供的具有二维亚波长光栅的垂直腔面发射激光器的结构示意图；
[0026]图7示意性地表征本专利技术实施例提供的图6所示的垂直腔面发射激光器的光栅光学特性的反射光谱的计算结果。
[0027]具体实施方法
[0028]使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0029]在此公开本专利技术结构实施例和方法的描述。应当了解，这并不意图将本专利技术限制在特定公开的实施例中，本专利技术可以通过使用其它特征，元件、方法和实施例来加以实施。不同实施例中的相似元件通常会标示相似的号码。
[0030]图1示意性地示出了本专利技术实施例提供的二维亚波长光栅的结构示意图。
[0031]如图1所示，本专利技术中的二维亚波长光栅包括：光栅层1，其中光栅层具体地包括：多个柱状的光栅凸起；光栅间隙，形成在光栅凸起周围表面，基底层2，光栅层形成在基底层表面。
[0032]其中，二维光栅层1包括形成在基底层2上的多个阵列式长方体柱状光栅凸起11、以及分别形成在柱状光栅凸起周围的光栅间隙12，Tg是光栅高度，H1是基底层的厚度。
[0033]光栅间隙12内由空气或其他低折射率材料作为填充介质。通过设置光栅凸起11和光栅间隙12以及基底层2折射率的差值，具体地，光栅凸起11的材料包括非晶硅材料或者折
射率大于光栅间隙的折射率的材料，所述基底层2材料的折射率不高于所述光栅凸起11材料的折射率的二分之一。由此可以保证出射激光在光栅层1的反射率足够高。
[0034]本专利技术所提供的实施例中，基底层2所用氧化硅的折射率为1.47，因此，光栅层1所用材料的折射率例如可以在2.94及以上。
[0035]本专利技术所提供的实施例中，光栅层1所用材料，包括但不限于非晶硅或砷化铝镓等折射率较高材料。
[0036]应当理解，本专利技术并不限制基底层和光栅层具体所用材料及折射率，可以根据实际的应用场景设置。
[0037]图2示意性地示出了本专利技术实施例提供的二维亚波长光栅结构俯视图。
[0038]如图2所示，其中d1是光栅层第一方向上的光栅宽度，T1是第一方向上光栅周期，d2是第二方向上的光栅宽度，T2是第二方向上的光栅周期，。
[0039]光栅凸起11在第一和第二方向上具有不同的光栅宽度，从而得到在第一方向和第二方向上不同的占空比。第一方向和第二方向为光栅凸起11在二维平面上的排列方向，具体地，光栅凸起11沿基底层2截面的形状包括在第一方向和第二方向上平面线条长度不一致的任意平面图形。
[0040]光栅层1的光栅凸起11和光栅间隙12布置成在至少第一和第二方向上具有周期性。
[0041]通过结构设计使周期性光栅波导的基横模和一阶横模干涉相消，可以实现对某波段光的极高反射(＞99.9％)，因此可以作为p面DBR反射镜的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：二维亚波长光栅，所述二维亚波长光栅包括：光栅层(1)，所述光栅层(1)包括：多个柱状的光栅凸起(11)，所述光栅凸起(11)在第一方向和第二方向上具有不同的光栅宽度，所述第一方向和第二方向为光栅凸起(11)的排列方向；光栅间隙(12)，所述光栅间隙(12)形成在所述光栅凸起(11)周围表面；基底层(2)，所述光栅层(1)形成在所述基底层(2)表面。2.根据权利要求1所述垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述光栅凸起(11)沿平行于所述基底层(2)的表面方向的截面形状包括在所述第一方向和第二方向上平面线条长度不一致的任意平面图形。3.根据权利要求1所述垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述光栅凸起(11)和光栅间隙(12)的排列分布至少在第一方向和第二方向上具有周期性。4.根据权利要求1所述垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述光栅凸起(11)的材料包括非晶硅材料或者折射率大于光栅间隙(12)的折射率的材料。5.根据权利要求1所述垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述光栅间隙(12)中填充有介质，...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂语葳，李伟，刘素平，马骁宇，吕家纲，潘智鹏，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：