[發明專利]一種單橫模偏振穩定的垂直腔面發射激光器

無效

• 申請號: 201310302249.3
• 申請日: 2013-07-13
• 公開（公告）號: CN103414105A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 郭霞;韓明夫
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/065
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及半導體激光器技術領域，尤其涉及一種制備單橫模偏振穩定輸出的垂直腔面發射激光器的結構及其制備方法，具體地說是一種具有各向異性電流限制孔結構的單橫模偏振穩定輸出的垂直腔面發射激光器的制備方法。

背景技術

垂直腔面發射激光器具有制作成本低、功率損耗低、易于二維集成、光束質量高、調制速率高等優點，廣泛的應用在光通信、光存儲等信息技術領域。

基于制造和可靠性方面的考慮，垂直腔面發射激光器通常為大氧化孔多橫模工作，這使得器件發散角較大，不利于與光纖耦合，同時在光纖中傳出存在模間色散，且相干性差。相比而言，單模垂直腔面發射激光器具有高相干性、高光纖耦合效率、低噪聲和良好的射頻線性度，這使得它在光電鼠標、激光打印、光互連、多模光纖短距離傳輸系統中有重要應用。

傳統的垂直腔面發射激光器并沒有偏振選擇機制，這是由于垂直腔面發射激光器采用（100）面襯底生長的結晶結構和器件自身的對稱性引起的。通常，垂直腔面發射激光器激射的激光是兩束相互正交的線偏振光，對于沿（100）面襯底生長的器件，兩偏振光偏振方向沿[011][0-11]，隨著溫度，注入電流等外部因素的變化，輸出光偏振方向在兩個偏振方向上隨機跳變，在通信系統中會引起噪聲和模式競爭，引起誤碼率的增加及傳送帶寬受限等問題。

在光纖通信、光互連、傳感等一些新的應用領域中要求激光器單橫模偏振穩定工作。因此，研究出制備工藝簡單且單橫模偏振穩定工作的垂直腔面發射激光器是半導體激光器領域的重要課題之一。目前實現制備單橫模偏振穩定垂直腔面發射激光器的技術有光子晶體結構、表面浮雕光柵、橢圓形表面浮雕等，這些方法都需要增加額外的工藝步驟，制作成本高，工藝復雜。

發明內容

本發明的主要目的是提出的一種制備具有單橫模偏振穩定輸出的垂直腔面發射激光器結構，結構如圖1所示，包括下電極，襯底，下布拉格反射鏡，相位匹配層，增益區，相位匹配層，電流限制層，電流限制孔，上布拉格反射鏡，SiO₂鈍化層，上電極；其特征在于，電流限制孔為各向異性，在[011]、[0-11]兩晶向上的直徑比值大于1.5，且最大直徑小于4μm。

本發明中利用[011]、[0-11]晶向上原子排列差異引起的氧化速率不同這一規律，形成的各向異性電流限制孔，[0-11]晶向氧化速率大于[011]晶向，形成電流限制孔[011]晶向直徑大于[0-11]晶向，這樣打破了電場在兩個偏振方向的對稱，增加各向異性損耗，獲得偏振穩定的激光輸出；

本發明中各向異性電流限制孔在[011]、[0-11]兩晶向上直徑不同，其形狀可以是菱形、橢圓形、長方形等；

本發明中通過控制各向異性電流限制層孔的尺寸來抑制高階模的產生。根據垂直腔面發射激光器的折射率分布和圓柱形波導的單模條件計算得器件電流限制孔尺寸需小于4μm，此時高階模被抑制，可獲得單橫模激光輸出；

本發明中電流限制層可以是AlGaAs，也可以是AlGaInAs，AlInAs，AlGaInP等含Al材料，也可以采用其他不含Al的材料；可以采用濕氮氧化法制備工藝完成，也可以采用離子注入、腐蝕、刻蝕、擴散等工藝方法，實現電流限制層內電阻的不均勻，從而實現電流非對稱注入；

本發明中襯底可以是GaAs，也可以是GaN、InP、Si、SOI等材料；

本發明中的有源區可以是量子阱結構，也可以是異質結等結構；

本發明中的布拉格反射鏡可以是半導體材料的，也可以是介質材料；

本發明技術方案如下：

制作出器件臺面，可采用濕法腐蝕、ICP刻蝕等工藝。

濕氮氧化對電流限制層進行氧化，或采用離子注入、腐蝕、刻蝕、擴散等工藝制作出各向異性電流限制孔，實現對電流和光的雙重限制。

將各向異性電流限制孔7尺寸控制在4μm以內。

在外延片表面用等離子體增強化學氣相沉積法（PECVD）淀積SiO₂鈍化層。

采用套刻和濕法腐蝕工藝，腐蝕掉臺面上中心處的SiO₂材料，形成出光孔。

濺射金屬膜10。

采用套刻和濕法腐蝕工藝，制作上電極。

減薄襯底后，濺射下電極1。

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：