【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光学，尤指一种垂直腔面发射激光器(vcsel)及其制作方法。
技术介绍
1、垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser，vcsel)，又称垂直共振腔面射型激光器,是一种半导体激光器。vcsel相对于红外发光二极管(infraredlight emitting diode,ir led)，边缘发射激光器(edge emitting laser，eel)等具有窄光谱、低功耗、低温漂等特点，此外，可以在制造过程中进行测试，因此被广泛应用于多个领域，例如，光通信、光存储、激光打印、生物医疗、光学传感等领域。
2、vcsel输出激光的偏振方向通常是随机的，而在许多应用领域，具有稳定的偏振方向的激光输出对于整个系统来说是非常重要的，因此期望对vcsel进行偏振控制。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供一种垂直腔面发射激光器(vcsel)及其制作方法、垂直腔表面发射激光器阵列及光发射装置，以提高对vcsel偏振控制的稳定性。
2、第一方面，提供一种垂直腔面发射激光器(vcsel)，包括：衬底，以及形成于衬底上的第一反射镜、有源区和第二反射镜，有源区位于第一反射镜和第二反射镜之间；该vcsel还包括光栅，该光栅包括形成于第一材料层内的光栅结构以及形成于光栅结构表面的介质层(或介质膜)。
3、以上vcsel具有复合光栅，该复合光栅可以理解为一种单片集成复合型光栅，相比于传统光栅，其集成有传统光栅的光
4、在一种实现中，介质层的第一表面具有与光栅结构的表面对应的形状，且第一表面为介质层远离光栅结构的表面。如此，介质层具有与光栅结构趋于一致的形状变化，该趋于一致的结构变化可以使得复合光栅具有好的偏振抑制效果，此外，后续的制造工艺过程中不需要考虑对介质层的填平，同步降低了工艺难度与制造成本。
5、在一种实现中，光栅结构的深度为30-250纳米。该深度可以减少光栅结构形成过程中因为刻蚀深度过深而引起的气泡或保护不完整等问题，极大地提高了可靠性，实现更稳定的偏振控制，而且该深度的光栅结构对刻蚀工艺的需求降低，可以采用更低级别的刻蚀设备实现光栅结构的刻蚀，极大降低了光栅制造成本与困难
6、在一种实现中，介质层的厚度为200-600纳米。以上厚度范围的介质层与光栅结构结合，可以更好的控制偏振，尤其在300-500纳米时，可以实现非常高的抑制比。
7、在一种实现中，介质层的厚度大于光栅结构的深度，如此，可以降低对光栅结构的工艺要求，且更好的控制偏振，实现非常高的抑制比。
8、在一种实现中，复合光栅的介质层的厚度趋于一致，即介质层在光栅结构各处的厚度之差在第一范围内，该第一范围为介质层形成过程中的工艺误差范围。介质层可以通过沉积形成，但由于工艺原因，介质层在光栅结构各处的厚度可能存在差别，但实验发现该差别并不影响该光栅的对偏振的控制稳定性，因此也可以减少对额外工艺步骤的需求。
9、在一种实现中，第一材料层为第一反射镜的表面层，即光栅结构形成于第一反射镜的表面层中。第一反射镜的表面层为半导体材料层，如此，可以在半导体材料上通过刻蚀工艺形成光栅结构，不仅可以达到良好的偏振方向锁定效果，且工艺简单制造成本更低。
10、在一种实现中，光栅结构为周期性光栅结构，介质层为周期性介质层，且光栅结构与介质层的周期相同。
11、在一种实现中，光栅结构的光栅周期为550-1200纳米。
12、在一种实现中，光栅结构的占空比为0.3-0.7。
13、第二方面，提供一种垂直腔面发射激光器的制作方法，包括：
14、在第一材料层进行光栅刻蚀，形成光栅结构，第一材料层为第一反射镜的表面层或形成于第一反射镜的表面层上；
15、在光栅结构的表面进行介质层的沉积或外延，使得介质层的第一表面具有与光栅结构的表面对应的形状，形成包括介质层和光栅结构的复合光栅。
16、进一步地，通过控制工艺参数，可以使得第二方面的制造的垂直腔面发射激光器具有以上第一方面任一种实现的复合光栅。
17、以上垂直腔面发射激光器的制作方法，再在光栅层的表面沉积介质膜，且保证介质膜在光栅层各处的厚度相等，能够使介质膜形成与光栅层形状相同的波形结构，该光栅层和介质膜相结合形成的复合型光栅不会额外增加生产工艺，实现基于现有的光栅刻蚀工艺和介质膜沉积工艺，达到对垂直腔面发射激光器偏振方向的稳定控制，以及达到对偏振模式更高的抑制比例；且该复合型光栅的制作工艺能够与现有的垂直腔面发射激光器生产工艺完全兼容，既保证产品的可靠性，又不会增加成本，有利于提高产品的竞争力。
18、此外，以上对垂直腔面发射激光器的晶圆片表面进行光栅刻蚀的刻蚀工艺、光刻设备，以及对光栅结构的表面进行介质层生长的沉积工艺或外延工艺都可以采用现有垂直腔面发射激光器生产厂家通用的工艺和设备，实现与现有的垂直腔面发射激光器生产工艺的兼容，有利于提高vcsel的稳定性和降低成本；而形成的单片集成复合型光栅能够实现对垂直腔面发射激光器偏振方向更加稳定的控制，且对偏振模式的抑制比例更高。
19、第三方面，还提供一种垂直腔面发射激光器阵列，该vcsel阵列包括多个vcsel，该多个vcsel成阵列排布。该阵列可以是多行多列阵列，或者可以是单行多列阵列，或者可以是多行单列阵列。
20、在一种实现中，vcsel阵列中的每个vcsel表面输出激光的线性偏振度独立可控。例如，vcsel阵列包括第一vcsel和第二vcsel，第一vcsel和第二vcsel的复合光栅方向不同，例如垂直。如此，可以进一步扩展vcsel的应用场景。
21、第四方面，提供一种光发射装置，包括第一方面任一种的垂直腔面发射激光器和驱动电路，驱动电路用于向垂直腔面发射激光器提供驱动电流。
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1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述光栅结构的深度为30-250纳米。
3.根据权利要求1或2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述介质层的厚度为200-600纳米。
4.根据权利要求1-3任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述介质层的厚度大于所述所述光栅结构的深度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述介质层在所述光栅结构各处的厚度之差在第一范围内。
6.根据权利要求1-5任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述光栅结构为周期性光栅结构，所述介质层为周期性介质层。
7.根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述光栅结构的光栅周期为550-1200纳米。
8.根据权利要求6或7所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述光栅结构的占空比为0.3-0.7。
9.根据权利要求1-8任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一材料层为所述第一反射
10.一种垂直腔面发射激光器的制作方法，其特征在于，包括：
11.一种垂直腔表面发射激光器阵列，其特征在于，包括多个如权利要求1-9任一项所述的垂直腔面发射激光器，所述多个垂直腔面发射激光器阵列排布。
12.根据权利要求11所述的垂直腔表面发射激光器阵列，其特征在于，所述多个垂直腔面发射激光器包括第一垂直腔面发射激光器和第二垂直腔面发射激光器，其中所述第一垂直腔面发射激光器的复合光栅的方向和所述第二垂直腔面发射激光器的复合光栅的方向垂直。
13.一种光发射装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的垂直腔面发射激光器和驱动电路，所述驱动电路用于向所述垂直腔面发射激光器提供驱动电流。
...【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：
2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述光栅结构的深度为30-250纳米。
3.根据权利要求1或2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述介质层的厚度为200-600纳米。
4.根据权利要求1-3任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述介质层的厚度大于所述所述光栅结构的深度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述介质层在所述光栅结构各处的厚度之差在第一范围内。
6.根据权利要求1-5任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述光栅结构为周期性光栅结构，所述介质层为周期性介质层。
7.根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述光栅结构的光栅周期为550-1200纳米。
8.根据权利要求6或7所述的垂直腔面发射激光器，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：浙江老鹰半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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