亚波长光栅及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亚波长光栅及垂直腔面发射激光器。其中，亚波长光栅包括：氧化铟锡形成的基底层(2)；以及非晶硅或砷化铝镓形成的光栅层(1)，所述光栅层形成于所述基底层(2)上。基于以氧化铟锡形成的基底层(2)的亚波长光栅作为P面反射镜的垂直腔面发射激光器，包括发光器件；以及亚波长光栅，所述亚波长光栅设置在所述发光器件的P型掺杂层的上(4)。其中的发光器件，包括：由下至上依此层叠的衬底(8)、N型掺杂层(7)以及支撑台(10)；所述衬底的底面设置有下电极(9)。底面设置有下电极(9)。底面设置有下电极(9)。

【技术实现步骤摘要】
亚波长光栅及垂直腔面发射激光器


[0001]本专利技术涉及光电子
，尤其涉及一种亚波长光栅及垂直腔面发射激光器。

技术介绍

[0002]传统的VCSEL器件(垂直腔面发射激光器)采用分布布拉格反射镜(DBR)作为高反射镜结构，然而DBR厚度大，导电性差且生热严重。近年来，研发了采用高对比度亚波长光栅(HCG)作为高反射镜的VCSEL的技术，在光通信，医疗成像和三维传感等领域具有广阔的应用场景。
[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。通过结构设计使周期性光栅波导的基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％)。HCG的厚度往往也是亚波长量级，采用HCG代替DBR作为VCSEL反射镜能够提升波长调谐速率并对出射光束进行整形。同时，由于光栅的非均匀结构，其对出射光的偏振态具有天然的选择作用。
[0004]然而，目前用于制作VCSEL的亚波长光栅的材料通常包括绝缘氧化材料、全介质材料、空气加半导体/介质材料或全半导体材料，这些材料具有优异的光学性能却有极差的导电性，这导致了高功率、大口径HCG VCSEL电流注入困难、电流扩展距离小，电流分布不均等问题，严重影响了HCG VCSEL器件的可靠性和光束质量。

技术实现思路

[0005]针对于现有的技术问题，本专利技术提供一种亚波长光栅及垂直腔面发射激光器，用于至少部分解决以上技术问题。
[0006]本专利技术实施例提供一种亚波长光栅，包括：氧化铟锡形成的基底层；以及光栅层，所述光栅层形成于所述基底层上；其中，所述光栅层所用材料的折射率不低于所述氧化铟锡的两倍。
[0007]根据本公开的实施例，所述光栅层所用材料，包括：非晶硅或砷化铝镓。
[0008]根据本公开的实施例，所述亚波长光栅，其中，所述光栅层包括形成在所述基底层上的多个光栅凸起、以及分别形成在两个光栅凸起之间的多个光栅间隙，所述光栅间隙内由空气作为填充介质。其中，所述光栅层的光栅凸起和光栅间隙布置成在至少一个方向上具有周期性，所述光栅凸起的形状包括矩形条状、二维网状或二维柱状。
[0009]根据本公开的另一实施例一种垂直腔面发射激光器，包括：发光器件；以及所述的亚波长光栅，所述亚波长光栅设置在所述发光器件的P型掺杂层上，以用作发光器件的P面反射镜。
[0010]根据本公开的实施例，所述垂直腔面发射激光器，其中，所述发光器件包括：由下至上依次层叠的衬底、N型掺杂层以及包括所述P型掺杂层的支撑台；所述衬底的底面设置有下电极；
[0011]所述亚波长光栅设置在所述支撑台上。
[0012]根据本公开的实施例，所述垂直腔面发射激光器，其中，
[0013]所述亚波长光栅的基底层覆盖所述支撑台的表面。
[0014]根据本公开的实施例，所述垂直腔面发射激光器，其中，所述支撑台还包括：
[0015]有源区、以及设置在所述有源区上的形成有选择性氧化孔的环形凸台，所述P型掺杂层设置在所述环形凸台上；
[0016]所述基底层的与所述P型掺杂层相对的一侧设置有上电极，所述上电极呈环形，所述环形的中部形成用作所述垂直腔面发射激光器的出光孔的镂空区域。
[0017]根据本公开的实施例，垂直腔面发射激光器，其中，所述亚波长光栅的光栅层设置在所述发光器件的出光孔内、且覆盖所述出光孔的全部区域。
[0018]根据本公开的实施例，所述垂直腔面发射激光器，其中，所述亚波长光栅的基底层作为所述发光器件的相位匹配层。
[0019]根据本公开的实施例，所述垂直腔面发射激光器，所述相位匹配层满足下式条件：
[0020][0021]其中，为光在垂直腔面发射激光器的谐振腔内震荡一个周期所产生的相位差，为所述亚波长光栅对所述光进行反射的反射相位，为发光器件对所述光进行反射的反射相位，λ是光波长，m为任意整数。
[0022]根据本专利技术的上述实施例提供的一种亚波长光栅，采用氧化铟锡这种具有高导电率的材质作为基底层，可作为电流扩展层，提高电流分布均匀性，减小高阶模式增益，降低焦耳生热。
[0023]本专利技术还提供了一种应用亚波长光栅的垂直腔面发射激光器，其有益效果为：
[0024]采用上述亚波长光栅作为P面反射镜的垂直腔面发射激光器，具有提高电流分布均匀性，减小高阶模式增益，降低焦耳生热的特点，可较为有效的改善连续工作的大孔径、大功率VCSEL电流密度分布不均和生热功率大的问题；进一步的，可较为有效的提高垂直腔面发射激光器的可靠性和光束质量。
附图说明
[0025]图1是根据本专利技术实施例的亚波长光栅的结构示意图；
[0026]图2是根据本专利技术实施例的采用亚波长光栅作为P面反射镜的垂直腔面发射激光器的剖视图；
[0027]图3是根据本专利技术的一种示例性实施例的垂直腔面发射激光器的结构示意图；
[0028]图4是表征图3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；
[0029]图5是根据本专利技术的另一种示例性实施例的垂直腔面发射激光器的结构示意图；
[0030]图6是表征图5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；
[0031]图7是根据本专利技术的再一种示例性实施例的垂直腔面发射激光器的结构示意图；以及
[0032]图8是表征图7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。
[0033]附图标记
[0034]1 光栅层；
[0035]2 基底层；
[0036]3 上电极；
[0037]4 P型掺杂层；
[0038]5 环形凸台；
[0039]6 有源区；
[0040]7 N型掺杂层；
[0041]8 衬底；
[0042]9 下电极；
[0043]10 支撑台；
[0044]11 光栅凸起；
[0045]12 光栅间隙。
具体实施方式
[0046]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0047]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。
[0048]本专利技术实施例提出一种亚波长光栅，
[0049]图1示意性地示出本专利技术中的亚波长光栅包括：氧化铟锡形成的基底层2；以及光栅层1，上述光栅层1形成于基底层2上；其中，光栅层1所用材料的折射率不低于所述氧化铟锡的两倍。
[0050]本专利技术实施例中，上述光栅层1所用材料，包括但不限于非晶硅或砷化铝镓。
[0051]本专利技术中实施例中，基底层2所用氧化铟锡的折射率为1.6，因此，光栅层1所用材料的折射率应在3.2及以上。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亚波长光栅，包括：氧化铟锡形成的基底层(2)；以及光栅层(1)，所述光栅层(1)形成于所述基底层(2)上；其中，所述光栅层(1)所用材料的折射率不低于所述氧化铟锡的两倍。2.根据权利要求1所述亚波长光栅，所述光栅层(1)所用材料，包括：非晶硅或砷化铝镓。3.根据权利要求1所述亚波长光栅，其中，所述光栅层(1)包括形成在所述基底层上的多个光栅凸起(11)、以及分别形成在两个光栅凸起(11)之间的多个光栅间隙(12)，所述光栅间隙(12)内由空气作为填充介质；其中，所述光栅层(1)的光栅凸起(11)和光栅间隙(12)布置成在至少一个方向上具有周期性，所述光栅凸起(11)的形状包括矩形条状、二维网状或二维柱状。4.一种垂直腔面发射激光器，包括：发光器件；以及如权利要求1
‑
3的任一项所述的亚波长光栅，所述亚波长光栅设置在所述发光器件的P型掺杂层(4)上，以用作发光器件的P面反射镜。5.根据权利要求4所述垂直腔面发射激光器，其中，所述发光器件包括：由下至上依次层叠的衬底(8)、N型掺杂层(7)以及包括所述P型掺杂层(4)的支撑台(10)；所述衬底的底面设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚宇轩，李伟，刘素平，马骁宇，
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：