【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体激光器，具体涉及一种基于微透镜浮雕光栅的pcsel复合芯片及制备方法。
技术介绍
1、光子晶体面发射激光器(简称pcsel)是一种十分有潜力的半导体激光器，其结合了边发射激光器和垂直腔面发射激光器的优势，具有高功率、二维光束转向、低发散角、单模性好、结构简单和出射面积大等优点，在信息传输、激光雷达、医学感测、气体检测、激光加工、激光测距、光学诱导荧光和光纤通信系统等领域应用广泛。
2、对于传统的半导体激光器，边发射激光器虽然可实现输出线偏振光束，但其仍存在发散角大、光斑形状呈椭圆等问题；垂直腔面发射激光器的发散角更小，光斑形状呈圆形，但只能输出二维偏振光束。pcsel改善了二者存在的问题，可实现高功率和高光束质量光束的输出。
3、目前报道的pcsel芯片输出光束同样呈二维偏振，不能适用于特殊情况下对不同偏振态的应用，难以满足未来半导体激光器多样化的偏振调控需求。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种基于微透镜浮雕光栅的pcsel复合芯片及制备方法。
2、本专利技术公开了一种基于微透镜浮雕光栅的pcsel复合芯片，所述pcsel复合芯片的外延结构包括自下而上依次设置的n型电极、n型inp衬底、n型alx1in1-x1as下限制层、量子阱有源区、p型alyin1-yas电子阻挡层、p型gaz1in1-z1asz2p1-z2功能层、p型alx2in1-x2as上限制层和p型inp连接层，所述p型inp连
3、作为本专利技术的进一步改进，所述二维光子晶体包括单晶格二维光子晶体、双晶格二维光子晶体和多晶格二维光子晶体中的一种，不同晶格单元的特征参数为300nm～500nm。
4、作为本专利技术的进一步改进，所述二维光子晶体的晶格单元由不同形状的空气孔组成，包括圆形、三角形、菱形、椭圆形、平行四边形、梯形、五边形、六边形、扇形中的一种或多种，不同晶格单元由不同刻蚀深度、不同形状的空气孔组成，刻蚀深度为300nm～1100nm。
5、作为本专利技术的进一步改进，所述一维浮雕光栅自上而下对应的孔径形状为方形、圆形和多边形中的一种，且所述微透镜浮雕光栅与所述p型电极相邻。
6、作为本专利技术的进一步改进，所述一维浮雕光栅的尺寸参数基于布拉格共振条件λ＝2nefft计算得到；其中，λ为自由空间布拉格波长，neff为平均有效折射率，t为光栅周期；得到的一维浮雕光栅的周期为170nm～210nm，占空比为40％～60％，刻蚀深度为2μm～4μm。
7、作为本专利技术的进一步改进，所述微透镜的厚度为2μm～4μm，整体长度为300μm～400μm，曲率半径为50μm～500μm。
8、作为本专利技术的进一步改进，在所述外延结构中，n型掺杂源包括si2h6、sih4、fe(c2h5)2、tmga、tega中的一种或多种，p型掺杂源包括beme2、dmzn、cbr4、cp2mg、(ch3)2mg中的一种或多种。
9、作为本专利技术的进一步改进，所述量子阱有源区为多量子阱结构，采用不同组分的algainas材料生长多量子阱结构，其中，量子阱的厚度为5nm～10nm，量子垒的厚度为7nm～12nm。
10、作为本专利技术的进一步改进，
11、在所述n型alx1in1-x1as下限制层中，x1为0.3～0.6；
12、在所述p型alx2in1-x2as上限制层中，x2为0.3～0.6；
13、在所述p型alyin1-yas电子阻挡层中，y为0.3～0.6；
14、在所述p型gaz1in1-z1asz2p1-z2功能层中，z1为0.1～0.3，z2为0.2～0.4。
15、本专利技术还公开了一种基于微透镜浮雕光栅的pcsel复合芯片的制备方法，包括：
16、选取一n型inp衬底；
17、采用分子束外延技术、液相外延技术或者金属有机化合物气相外延二次外延技术生长所述pcsel芯片外延结构，在所述n型inp衬底表面自下而上依次生长n型alx1in1-x1as下限制层、量子阱有源区、p型alyin1-yas电子阻挡层和p型gaz1in1-z1asz2p1-z2功能层；
18、采用电子束曝光技术，在所述p型gaz1in1-z1asz2p1-z2功能层得到二维光子晶体图形，再利用电感耦合等离子体刻蚀技术刻蚀二维光子晶体图形，得到二维光子晶体；
19、在所述二维光子晶体表面，采用分子束外延技术、液相外延技术或者金属有机化合物气相外延二次外延技术继续自下而上生长p型alx2in1-x2as上限制层和p型inp连接层；
20、采用光刻胶掩膜与紫外曝光技术，在所述p型inp连接层的表面得到微透镜图形，然后采用等离子体增强化学气相沉积技术和湿法腐蚀技术制作微透镜；
21、采用电子束曝光技术，在所述微透镜表面得到一维浮雕光栅图形，再利用电感耦合等离子体刻蚀技术刻蚀一维浮雕光栅图形，得到一维浮雕光栅；然后采用光刻胶掩膜与紫外曝光技术，在所述p型inp连接层的表面得到p型电极窗口图形，再采用磁控溅射技术在所述p型inp连接层的表面溅射p型电极；
22、利用化学机械磨抛机对所述n型inp衬底的背面进行减薄和抛光；
23、采用磁控溅射技术在所述n型inp衬底的背面溅射n型电极；
24、对所述pcsel芯片进行解理、打线和封装。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
26、本专利技术通过在pcsel芯片的微透镜表面刻蚀一维浮雕光栅，形成了一种pcsel芯片与表面微透镜浮雕光栅的复合结构，解决了pcsel芯片偏振态不稳定和出射高阶模光束的问题，有效提高了正交偏振比，进一步降低光束发散角，实现了线偏振光束稳定输出的低发散角、高光束质量pcsel复合芯片。
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1.一种基于微透镜浮雕光栅的PCSEL复合芯片，其特征在于，
2.如权利要求1所述的基于微透镜浮雕光栅的PCSEL复合芯片，其特征在于，所述二维光子晶体包括单晶格二维光子晶体、双晶格二维光子晶体和多晶格二维光子晶体中的一种，不同晶格单元的特征参数为300nm～500nm。
3.如权利要求1或2所述的基于微透镜浮雕光栅的PCSEL复合芯片，其特征在于，所述二维光子晶体的晶格单元由不同形状的空气孔组成，包括圆形、三角形、菱形、椭圆形、平行四边形、梯形、五边形、六边形、扇形中的一种或多种，不同晶格单元由不同刻蚀深度、不同形状的空气孔组成，刻蚀深度为300nm～1100nm。
4.如权利要求1所述的基于微透镜浮雕光栅的PCSEL复合芯片，其特征在于，所述一维浮雕光栅自上而下对应的孔径形状为方形、圆形和多边形中的一种，且所述微透镜浮雕光栅与所述P型电极相邻。
5.如权利要求1或4所述的基于微透镜浮雕光栅的PCSEL复合芯片，其特征在于，所述一维浮雕光栅的尺寸参数基于布拉格共振条件λ＝2neffT计算得到；其中，λ为自由空间布拉格波长，neff
6.如权利要求1或4所述的基于微透镜浮雕光栅的PCSEL复合芯片，其特征在于，所述微透镜的厚度为2μm～4μm，整体长度为300μm～400μm，曲率半径为50μm～500μm。
7.如权利要求1所述的基于微透镜浮雕光栅的PCSEL复合芯片，其特征在于，在所述外延结构中，N型掺杂源包括Si2H6、SiH4、Fe(C2H5)2、TMGa、TEGa中的一种或多种，P型掺杂源包括BeMe2、DMZn、CBr4、Cp2Mg、(CH3)2Mg中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的基于微透镜浮雕光栅的PCSEL复合芯片，其特征在于，所述量子阱有源区为多量子阱结构，采用不同组分的AlGaInAs材料生长多量子阱结构，其中，量子阱的厚度为5nm～10nm，量子垒的厚度为7nm～12nm。
9.如权利要求1所述的基于微透镜浮雕光栅的PCSEL复合芯片，其特征在于，
10.一种如权利要求1～9中任一项所述的基于微透镜浮雕光栅的PCSEL复合芯片的制备方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于微透镜浮雕光栅的pcsel复合芯片，其特征在于，
2.如权利要求1所述的基于微透镜浮雕光栅的pcsel复合芯片，其特征在于，所述二维光子晶体包括单晶格二维光子晶体、双晶格二维光子晶体和多晶格二维光子晶体中的一种，不同晶格单元的特征参数为300nm～500nm。
3.如权利要求1或2所述的基于微透镜浮雕光栅的pcsel复合芯片，其特征在于，所述二维光子晶体的晶格单元由不同形状的空气孔组成，包括圆形、三角形、菱形、椭圆形、平行四边形、梯形、五边形、六边形、扇形中的一种或多种，不同晶格单元由不同刻蚀深度、不同形状的空气孔组成，刻蚀深度为300nm～1100nm。
4.如权利要求1所述的基于微透镜浮雕光栅的pcsel复合芯片，其特征在于，所述一维浮雕光栅自上而下对应的孔径形状为方形、圆形和多边形中的一种，且所述微透镜浮雕光栅与所述p型电极相邻。
5.如权利要求1或4所述的基于微透镜浮雕光栅的pcsel复合芯片，其特征在于，所述一维浮雕光栅的尺寸参数基于布拉格共振条件λ＝2nefft计算得到；其中，λ为自由空间布拉格波长，neff为平均有效折射率，t为光栅周期；得...
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