一种垂直腔面发射激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种垂直腔面发射激光器，包括圆形的出光窗口，所述出光窗口被分为与出光窗口同心但半径略小的圆形中心区域以及包围所述圆形中心区域的外围环形区域，在所述外围环形区域上表面设置有光取出层，光取出层由处于外圈的厚度为λ/4奇数倍的圆环部与处于内圈的斜面部组成，λ为该垂直腔面发射激光器的发射激光波长，斜面部的厚度从0开始随与出光窗口中心轴的水平距离线性变化至圆环部厚度，斜面部的斜面表面与出光窗口中心轴之间的夹角为35

【技术实现步骤摘要】
一种垂直腔面发射激光器


[0001]本专利技术涉及半导体激光器
，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器
(
Vertical
‑
Cavity Surface
‑
Emitting Laser，简称
VCSEL)
。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器具有较高的光功率，同时可以很好地控制横向模态，因此在光通讯、姿态感知传感器、印刷以及磁存储等领域拥有极大的应用前景。但因其器件结构存在有源区薄，腔长短，单层增益较小等缺陷，为提高其有效光子限制能力，目前多采用氧化限制型DBR(Distributed Bragg Reflector，分布式布拉格反射镜)结构。氧化限制型结构形成的氧化孔对注入到有源区的电流具有非常好的横向控制能力，使得横向几乎无电流。同时这一氧化孔结构还可以将激光器有源区发出的光进行一定的横向束缚，减少激光器的模态，模态减少可以很好地稳定激光器。
[0003]垂直腔面发射激光器在工作过程中经电极注入至有源区的电流分布是不均匀的，电极边缘处电流最大，注入的电流越大这一不均匀性分布现象越严重，造成光强在激光器出光孔内分布不均匀，外侧区域的光强于内侧的光强，外侧过强的横向光被反射回DBR层极有可能会形成振荡，产生激光，特别是大电流条件下外侧横向光强变得非常强，被反射回DBR，在振荡的作用下形成多种高阶横模，致使激光器在工作过程中多种模态间切换，恶化了激光器的使用性能和可靠性。因此，有必要对垂直腔面发射激光器进行模态调控，以尽可能减少不期望的模态。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种垂直腔面发射激光器，可有效抑制横向高阶模态的产生，从而提高激光器的性能及可靠性。
[0005]本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0006]一种垂直腔面发射激光器，包括圆形的出光窗口，所述出光窗口被分为与出光窗口同心但半径略小的圆形中心区域以及包围所述圆形中心区域的外围环形区域，在所述外围环形区域上表面设置有光取出层，所述光取出层由处于外圈的厚度为λ/4奇数倍的圆环部与处于内圈的斜面部组成，λ为该垂直腔面发射激光器的发射激光波长，所述斜面部的厚度从0开始随与出光窗口中心轴的水平距离线性变化至圆环部厚度，所述斜面部的斜面表面与出光窗口中心轴之间的夹角为35
°
～65
°
，所述光取出层的材料折射率小于出光窗口的材料折射率，所述斜面部的斜面表面设置有光反射结构。
[0007]优选地，所述光反射结构包括设置于斜面部的斜面表面的一组材料折射率大于光取出层的材料折射率的介质折射层，每一层介质折射层厚度均为λ/2，各介质折射层的材料折射率沿远离光取出层的方向逐层递增。
[0008]进一步优选地，所述光反射结构还包括设置在最外层介质折射层外表面的一层金属反射层。
[0009]优选地，所述光反射结构为设置于斜面部的斜面表面的一层金属反射层。
[0010]进一步优选地，所述金属反射层的厚度为10～200nm。
[0011]相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：
[0012]本专利技术通过在
VCSEL
出光窗口表面外侧区域设置内侧具有斜面结构的光取出层并在斜面表面设置光反射结构，将激光器出光窗口外侧的横向光取出，使得出光窗口外侧的横向光被反射回DBR的概率大大降低，降低了激光器产生横向高阶模态的可能性；同时，设置于上述斜面区表面的光反射结构可以将取出的光反射出激光器出光窗口，使得出光窗口外侧的横向光不会被反射回DBR，避免了激光器产生横向高阶模态的可能性，提升了激光器的工作稳定性和可靠性。
附图说明
[0013]图1为本专利技术VCSEL的俯视图；
[0014]图2为具有两层介质折射层的本专利技术VCSEL沿A
‑
A方向的剖面结构示意图；
[0015]图3为具有三层介质折射层的本专利技术VCSEL沿A
‑
A方向的剖面结构示意图；
[0016]图4为具有三层介质折射层和一层金属反射层的本专利技术VCSEL沿A
‑
A方向的剖面结构示意图；
[0017]图5为具有两层介质折射层的本专利技术VCSEL沿B
‑
B方向的剖面结构示意图；
[0018]图6～图27为本专利技术VCSEL的制备过程示意图。
[0019]图中附图标记含义如下：
[0020]1、GaAs衬底；2、缓冲层；3、N型DBR层；4、量子阱有源层；5、氧化限制层；6、P型DBR层；7、钝化层；8、P型金属；9、N型金属；10、光取出层；11、光反射结构；11
‑
1～11
‑
3、介质折射层；11
‑
4、金属反射层。
具体实施方式
[0021]为了实现激光器横向高阶模态的抑制，本专利技术的解决思路是在
VCSEL
出光窗口表面外侧区域设置内侧具有斜面结构的光取出层，将激光器出光窗口外侧的横向光取出，并利用设置于斜面表面的光反射结构将取出的光反射出激光器出光窗口，以使得出光窗口外侧的横向光不会被反射回DBR，避免激光器产生横向高阶模态的可能性。
[0022]本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0023]一种垂直腔面发射激光器，包括圆形的出光窗口，所述出光窗口被分为与出光窗口同心但半径略小的圆形中心区域以及包围所述圆形中心区域的外围环形区域，在所述外围环形区域上表面设置有光取出层，所述光取出层由处于外圈的厚度为λ/4奇数倍的圆环部与处于内圈的斜面部组成，λ为该垂直腔面发射激光器的发射激光波长，所述斜面部的厚度从0开始随与出光窗口中心轴的水平距离线性变化至圆环部厚度，所述斜面部的斜面表面与出光窗口中心轴之间的夹角为35
°
～65
°
，所述光取出层的材料折射率小于出光窗口的材料折射率，所述斜面部的斜面表面设置有光反射结构。
[0024]优选地，所述光反射结构包括设置于斜面部的斜面表面的一组材料折射率大于光取出层的材料折射率的介质折射层，每一层介质折射层厚度均为λ/2，各介质折射层的材料折射率沿远离光取出层的方向逐层递增。
[0025]进一步优选地，所述光反射结构还包括设置在最外层介质折射层外表面的一层金属反射层。
[0026]优选地，所述光反射结构为设置于斜面部的斜面表面的一层金属反射层。
[0027]进一步优选地，所述金属反射层的厚度为10～200nm。
[0028]为了便于公众理解，下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明：
[0029]本专利技术VCSEL的结构如图1～4所示，其包括：GaAs衬底1、缓冲层2、N型DBR层3、量子阱有源层4、氧化限制层5、P型DBR层6、钝化层7、P型金属8、N型金属9，其中氧化限制层中间形成有氧化孔，被P型金属8所环绕的即为激光器的圆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面发射激光器，包括圆形的出光窗口，其特征在于，所述出光窗口被分为与出光窗口同心但半径略小的圆形中心区域以及包围所述圆形中心区域的外围环形区域，在所述外围环形区域上表面设置有光取出层，所述光取出层由处于外圈的厚度为λ/4奇数倍的圆环部与处于内圈的斜面部组成，λ为该垂直腔面发射激光器的发射激光波长，所述斜面部的厚度从0开始随与出光窗口中心轴的水平距离线性变化至圆环部厚度，所述斜面部的斜面表面与出光窗口中心轴之间的夹角为35
°
～65
°
，所述光取出层的材料折射率小于出光窗口的材料折射率，所述斜面部的斜面表面设置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：李加伟，向宇，
申请(专利权)人：苏州长瑞光电有限公司，
类型：发明
国别省市：