具有模式过滤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，具体提供一种具有模式过滤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，在N型DBR层与下波导层之间对应于高阶模式激光的位置以及上波导层与P型DBR层之间对应于高阶模式激光的位置分别形成有倾斜状的环形衍射光栅，对高阶模式激光进行衍射损耗以及将未损耗的高阶模式激光偏折射出激光器，使激光器只输出基横模激光。本发明专利技术提供的VCSEL在过滤掉高阶模式激光的同时不会对基横模激光产生损耗，提升高阶模式激光的过滤水平，具备制备工艺简单、稳定性高、模式过滤效果显著等优点。模式过滤效果显著等优点。模式过滤效果显著等优点。

【技术实现步骤摘要】
具有模式过滤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
，尤其涉及一种具有模式过滤功能的垂直腔面发射激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]伴随当今社会信息技术、激光医疗等领域的飞速发展。干眼症激光诊疗、激光美容、乃至光量子操控等新兴领域对VCSEL输出激光的模式特性提出更高的需求。由于传统VCSEL结构为柱状对称波导，其基横模激光输出要求的出光孔尺寸要控制在3μm以内，工艺难度极高，并且限制了VCSEL的激光功率水平。如何在大出光孔径下实现高功率VCSEL的基横模稳定输出成为了国内外的研究热点。
[0003]为解决VCSEL的上述问题，一般在VCSEL表面集成复杂的模式过滤结构如光子晶体结构来实现高阶模式激光的过滤，运用光子晶体的光子局域特性，通过在上DBR（Distributed Bragg Reflector，分布式布拉格反射器）的表面刻蚀光子晶体结构，利用光子晶体图形与缺陷区域之间的折射率差异，使光限制在光子晶体的缺陷区域内，改变了腔内的横向模式分布，实现了大出光孔径下的基横模激光输出。然而这种光子晶体结构具有功耗大、制备工艺复杂等缺点。另外一种方式是通过在VCSEL表面生长表面光栅结构实现基横模激光的输出，表面光栅结构具有横向传输的特性，当高阶模式激光到达表面光栅结构时发生角度偏转，使得高阶模式激光被偏转到VCSEL的外部。然而上述的模式过滤结构均存在对基横模激光造成损耗，降低输出功率的缺点。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决上述问题，提供一种具有模式过滤功能的垂直腔面发射激光器及其制备方法，在VCSEL的内部形成弧状DBR结构或环形光栅结构，通过对高阶模式激光进行过滤，使VCSEL输出稳定的基横模激光。
[0005]本专利技术提供的一种具有模式过滤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层均为环状双曲面结构，且N型DBR层与P型DBR层的曲面位置分别对应于高阶模式激光的位置，将高阶模式激光反射到垂直腔面发射激光器的外部，使垂直腔面发射激光器只输出基横模激光。
[0006]优选地，氧化层的中心位置形成有氧化孔，N型DBR层与P型DBR层未形成曲面的平坦部分的尺寸小于氧化孔的孔径。
[0007]本专利技术提供的一种具有模式过滤功能的垂直腔面发射激光器的制备方法，用于制备上述的垂直腔面发射激光器，包括如下步骤：S1、在衬底上生长N型DBR层，对N型DBR层进行刻蚀形成环状双曲面结构，N型DBR层的曲面位置对应于高阶模式激光的位置；S2、在刻蚀后的N型DBR层上生长下波导层，并对下波导层进行平坦化处理；
S3、在平坦化的下波导层上生长有源层；S4、在有源层上生成氧化层；S5、在氧化层上生长上波导层，并对上波导层进行刻蚀形成环状凹形结构；S6、在刻蚀后的上波导层上生长P型DBR层，P型DBR层为环状双曲面结构，P型DBR层的曲面位置对应于高阶模式激光的位置；S7、N型DBR层、下波导层、有源层、氧化层、上波导层与P型DBR层形成外延结构，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；S8、对外延结构的表面进行光刻形成中心出光孔；S9、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；S10、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模式过滤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，在N型DBR层与下波导层之间对应于高阶模式激光的位置以及上波导层与P型DBR层之间对应于高阶模式激光的位置分别形成有倾斜状的环形衍射光栅，对高阶模式激光进行衍射损耗以及将未损耗的高阶模式激光偏折射出垂直腔面发射激光器，使垂直腔面发射激光器只输出基横模激光。
[0009]优选地，氧化层的中心位置形成有氧化孔，环形衍射光栅的中心孔的孔径小于氧化孔的孔径。
[0010]本专利技术提供的另一种具有模式过滤功能的垂直腔面发射激光器的制备方法，用于制备上述的垂直腔面发射激光器，包括如下步骤：S1、在衬底上生长N型DBR层，对N型DBR层进行刻蚀形成圆台形结构；S2、在刻蚀后的N型DBR层上制备倾斜状的下环形衍射光栅，下环形衍射光栅的位置对应于高阶模式激光的位置；S3、在下环形衍射光栅上生长下波导层，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环状凹形结构；S7、在刻蚀后的上波导层上制备倾斜状的上环形衍射光栅，上环形衍射光栅的位置对应于高阶模式激光的位置；S8、在上环形衍射光栅上生长P型DBR层；S9、N型DBR层、下环形衍射光栅、下波导层、有源层、氧化层、上波导层、上环形衍射光栅与P型DBR层形成外延结构，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；S10、对外延结构的表面进行光刻形成中心出光孔；S11、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；S12、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。
[0011]与现有技术相比，本专利技术提出一种带有弧状DBR结构或带有内部环形光栅结构的VCSEL，改变了传统滤波方式中将光栅、光子晶体等结构直接集成在激光器表面的方式，本专利技术不会影响到基横模激光的输出功率，降低对基横模激光的损耗，提升高阶模式激光的
过滤水平，具备制备工艺简单、稳定性高、模式过滤效果显著等优点。
附图说明
[0012]图1是根据本专利技术实施例一提供的具有模式过滤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模式过滤功能的垂直腔面发射激光器的结构示意图。
[0013]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。
[0014]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`、P型电极9`、下环形衍射光栅10`和上环形衍射光栅11`。
具体实施方式
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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模式过滤功能的垂直腔面发射激光器的结构。
[0018]如图1所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有模式过滤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层均为环状双曲面结构，且所述N型DBR层与所述P型DBR层的曲面位置分别对应于高阶模式激光的位置，将高阶模式激光反射到垂直腔面发射激光器的外部，使垂直腔面发射激光器只输出基横模激光。2.根据权利要求1所述的具有模式过滤功能的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述氧化层的中心位置形成有氧化孔，所述N型DBR层与所述P型DBR层的平坦部分的尺寸小于所述氧化孔的尺寸。3.一种具有模式过滤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、在衬底上生长N型DBR层，对所述N型DBR层进行刻蚀形成环状双曲面结构，所述N型DBR层的曲面位置对应于高阶模式激光的位置；S2、在刻蚀后的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；S3、在平坦化的下波导层上生长有源层；S4、在所述有源层上生成氧化层；S5、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环状凹形结构；S6、在刻蚀后的上波导层上生长P型DBR层，所述P型DBR层为环状双曲面结构，所述P型DBR层的曲面位置对应于高阶模式激光的位置；S7、所述N型DBR层、所述下波导层、所述有源层、所述氧化层、所述上波导层与所述P型DBR层形成外延结构，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；S8、对所述外延结构的表面进行光刻形成中心出光孔；S9、在所述外延结构的表面位于所述中心出光孔的周围进行金属蒸镀形成P型电极；S10、对所述衬底的底部进行减薄、抛光后进行金属蒸镀形成N型电极。4.一种具有模式过滤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D...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建伟，徐玥辉，周寅利，陈超，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：