垂直腔面发射激光器

技术领域

本发明一般涉及激光器技术领域，具体涉及一种垂直腔面发射激光器。

背景技术

垂直腔面发射激光(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser； VCSEL)器，其基本结构是由上下两个DBR(Distributed Bragg Reflector；布拉格反射器)和有源层这三部分组成。上下两个DBR 与有源层构成谐振腔。有源层由量子阱组成，作为VCSEL的核心部分，决定着VCSEL的阈值增益、激射波长等重要参数。如何减小垂直腔面发射激光器的发散角，提高能量集中及使垂直腔面发射激光器发射的激光为偏振光是本领域技术人员所要解决的技术问题。

发明内容

本申请期望提供一种垂直腔面发射激光器，用以至少减小垂直腔面发射激光器的发散角，提高能量集中及使垂直腔面发射激光器发射的激光为偏振光。

本发明提供一种垂直腔面发射激光器，包括：

层叠设置的第一反射器层、有源层、第二反射器层；

所述第二反射器层上设置有第一光栅槽，所述第一光栅槽自所述第二反射器层背离所述有源层的表面，延伸至所述第二反射器层内部。

作为可实现方式，所述第二反射器层上设置有光栅层，所述光栅层上设置有第二光栅槽，所述第二光栅槽在厚度方向贯通所述光栅层，所述第二光栅槽正对所述第一光栅槽，且所述第二光栅槽与所述第一光栅槽相通。

作为可实现方式，所述第二光栅槽的宽度小于等于所述第一光栅槽的宽度。

作为可实现方式，所述第二反射器层与所述光栅层之间设置有氧化间隔层，所述氧化间隔层具有氧化区域，所述第一光栅槽和所述第二光栅槽位于所述氧化区域范围内，所述氧化间隔层设置有第三光栅槽，所述第三光栅槽在厚度方向贯通所述氧化间隔层，所述第三光栅槽正对所述第一光栅槽及所述第二光栅槽，且分别与所述第一光栅槽及所述第二光栅槽连通。

作为可实现方式，所述第三光栅槽的宽度小于或等于或大于所述第一光栅槽的宽度和/或所述第二光栅槽的宽度。

作为可实现方式，所述第二反射器层上形成有第一保护层，所述第一保护层覆盖所述第一发射器层的顶面、所述第一光栅槽的底面及侧壁。

作为可实现方式，所述光栅层上形成有第一保护层，所述第一光栅槽与所述第二光栅槽构成复合光栅槽，所述第一保护层覆盖所述光栅层的顶面、所述复合光栅槽的底面及侧壁。

作为可实现方式，所述光栅层上形成有第一保护层，所述第一光栅槽、所述第二光栅槽及所述第三光栅槽构成复合光栅槽，所述第一保护层覆盖所述光栅层的顶面、所述复合光栅槽的底面及侧壁。

作为可实现方式，所述光栅层上形成有第二保护层，所述第二保护层覆盖所述光栅层位于相邻两所述复合光栅槽之间的顶面。

作为可实现方式，所述第一保护层和/或所述第二保护层包括SiO

上述方案，通过在该垂直腔面发射激光器的某一或某几层刻蚀光栅槽，使刻蚀光栅槽的位置形成高对比度光栅，该高对此度光栅可以减小垂直腔面发射激光器的发散角，提高能量集中及使垂直腔面发射激光器发射的激光为偏振光。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明第一实施例提供的垂直腔面发射激光器的示意图；

图2为本发明第二实施例提供的垂直腔面发射激光器的示意图；

图3为本发明第三实施例提供的垂直腔面发射激光器的示意图；

图4为本发明第四实施例提供的垂直腔面发射激光器的示意图；

图5为本发明第五实施例提供的垂直腔面发射激光器的示意图；

图6为本发明第六实施例提供的垂直腔面发射激光器的示意图；

图7为本发明第七实施例提供的垂直腔面发射激光器的示意图；

图8为本发明第八实施例提供的垂直腔面发射激光器的示意图；

图9为本发明第九实施例提供的垂直腔面发射激光器的示意图；

图10为本发明第十实施例提供的垂直腔面发射激光器的示意图；

图11为本发明第十一实施例提供的垂直腔面发射激光器的示意图；

图12为本发明第十二实施例提供的垂直腔面发射激光器的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请(图示仅为示意图，图中大小和比例关系并不代表实际的大小和比例关系)。

本发明提供一种垂直腔面发射激光器，包括：

层叠设置的第一反射器层2、有源层4、第二反射器层6；

所述第二反射器层6上设置有第一光栅槽13，所述第一光栅槽13 自所述第二反射器6层背离所述有源层4的表面，延伸至所述第二反射器层6内部。

具体地，如图1所示，该示例中，垂直腔面发射激光器包括层叠设置的N型电极1、N型电极接触层2、第一反射器层3(此示例中第一反射器层3为N型反射器层)、有源层4、第二反射器层6(此示例中第二反射器层6为P型反射器层)。在本申请中反射器层均可以但不限于为DBR。在第二反射器层上通过刻蚀形成有第一光栅槽，第一光栅槽的数量根据具体情况确定，所述第一光栅槽13自所述第二反射器6层背离所述有源层4的表面，延伸至所述第二反射器层6内部，但是第一光栅槽13在厚度方向上不贯通第二反射器层6。本文所指的厚度方向为图中上下的方向。

为了对电流进行局限，以提高该垂直腔面发射激光器的出光效率，在有源层4的至少一侧或中部形成有氧化层5，在该示例中，氧化层5 设置在有源层4的顶面，氧化层5包括第二氧化区域7和第二未氧化区域8，第二氧化区域7环绕第二未氧化区域8，第二未氧化区域8 用于界定激光出射窗。该垂直腔面发射激光器设置多个发光区域的情况下，通过设置氧化层5使得各发光区所流经的电流均匀，因此发光区的亮度一致性高，提高了垂直腔面发射激光器的品质。

当然，还可以在第二反射器层6与有源层4之间设置电流扩展层，以提高电流的均匀性，电流扩展层的材料例如但不限于为GaAs等。

第二反射器层6上设置P型电极11，P型电极11位于第二反射器层6异于设置第一光栅槽13的位置。

该垂直腔面发射激光器可以但不限于采用如下工艺制作：

提供一基底；该基底可为GaAs基底。

在基底上形成N型电极接触层2。

在N型电极接触层2上形成第一反射器层3；第一反射器层3可以为DBR。第一反射器层3可包括由Al

在第一反射器层3上形成有源层4。

有源层4至少包括层叠设置的多量子阱层，多量子阱层由GaAs、 AlGaAs、GaAsP及InGaAs材料层叠排列构成，有源层4用以将电能转换为光能。当然，在某些示例中还可以采用单量子阱层代替多量子阱层。

在有源层4上形成第二反射器层6；第二反射器层6可以为DBR。第二反射器层6可包括由Al

自第二反射器层6向下刻蚀形成至少延伸至有源层4的氧化沟槽 14，在氧化沟槽14内通过湿法氧化工艺，形成氧化层5，且氧化层5 自氧化沟槽14向内形成环绕第二未氧化区域8的第二氧化区域7。通过湿法氧化工艺，例如在温度430℃下，2L/min的氮气携带一定温度的水蒸气进行选择性湿法氧化，氧化深度即图中左右方向的延伸深度由时间控制，以在氧化层5形成第二氧化区域7，第二氧化区域7围绕氧化层5中的第二未氧化区域8。

在第二反射器层6的部分区域刻蚀形成第一光栅槽13，第一光栅槽13延伸至第二反射器层6的内部。

去除基底。

在第二反射器层6上异于设置第一光栅槽13的位置形成P型电极 11，在N型电极接触层2上形成N型电极1。P型电极11、N型电极1 均可通过化学气相沉积、电镀、溅射、蒸镀等方式形成。N型电极1 可以是面状电极，以提供足够大的电极面积，降低电阻。

上述方案，通过在该垂直腔面发射激光器的第二反射器层刻蚀第一光栅槽，使刻蚀第一光栅槽的位置形成高对比度光栅，该高对此度光栅可以减小垂直腔面发射激光器的发散角，提高能量集中及使垂直腔面发射激光器发射的激光为偏振光。

如图2所示，该示例中的垂直腔面发射激光器与第一实施例中的垂直腔面发射激光器区别主要在于，在第二反射器层上6形成有第一保护层15，所述第一保护层15覆盖所述第二反射器层上6的顶面、所述第一光栅槽13的底面及侧壁。

可以通过沉积工艺在第二反射器层6上形成第一保护层15；沉积可以采用化学气相淀积(Chemical Vapor Deposition；CVD)、等离子体增强化学的气相沉积(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition；PECVD)、物理气相淀积(Physical VaporDeposition； PVD)、脉冲激光淀积(Pulsed Laser Deposition；PLD)、原子层淀积(AtomicLayer Deposition；ALD)、等离子体增强原子层淀积(Plasma Enhanced Atomic LayerDeposition；PEALD)等。

沉积第一保护层的材料可以为SiO

如图3所示，该示例中的垂直腔面发射激光器与第一实施例中的垂直腔面发射激光器区别主要在于，在第二反射器层6上设置有光栅层10，所述光栅层10上设置有第二光栅槽16，所述第二光栅槽16 在厚度方向贯通所述光栅层10，所述第二光栅槽16正对所述第一光栅槽13，且所述第二光栅槽16与所述第一光栅槽13相通。通过设置第一光栅槽13及第二光栅槽16形成了层叠的光栅结构，光栅层为一层光栅，第二反射器层6等不设置第一光栅槽13的厚度作为一层光栅，当然根据需要还可以设置其他层数的光栅，下文将予以说明，通过改变不同层光栅的材料及光栅槽的宽度，提高设计的多样性和自由度，以达到更多的反射效率，以及提高制作的容忍度。

例如但不限于，第二光栅槽的宽度小于等于第一光栅槽的宽度。

不同层光栅槽的宽度可以通过调整刻蚀工艺参数实现。

如图4所示，该示例中的垂直腔面发射激光器与第三实施例中的垂直腔面发射激光器区别主要在于，光栅层10上形成有第一保护层 15，所述第一光栅槽13与所述第二光栅槽16构成复合光栅槽，所述第一保护层15覆盖所述光栅层10的顶面、所述复合光栅槽的底面及侧壁。

如图5所示，该示例中的垂直腔面发射激光器与第三实施例中的垂直腔面发射激光器区别主要在于，在第二反射器层6与光栅层10 之间设置有氧化间隔层9，所述氧化间隔层9具有氧化区域12，所述第一光栅槽13和所述第二光栅槽16位于所述氧化区域12的范围内，所述氧化间隔层9设置有第三光栅槽18，所述第三光栅槽18在厚度方向贯通所述氧化间隔层9，所述第三光栅槽18正对所述第一光栅槽 13及所述第二光栅槽16，且分别与所述第一光栅槽13及所述第二光栅槽16连通。

其中，第三光栅槽18的宽度d可以小于或等于或大于所述第一光栅槽13的宽度和/或所述第二光栅槽16的宽度D。在该示例中，第三光栅槽18的宽度既小于第一光栅槽13的宽度，又小于第二光栅槽16 的宽度D。

氧化物间隔层9的材料可以为Al

在形成氧化物间隔层9之后，在氧化物间隔层9上形成光栅层10。光栅层10的材料可以为Al

在光栅层10的部分区域进行刻蚀，形成顺次包括第一光栅槽13、第二光栅槽16及第三光栅槽18的复合光栅槽，透过复合光栅槽对氧化物间隔层9进行湿法氧化工艺，形成与光栅槽13位置对应的氧化区域12。

如图6所示，该示例中的垂直腔面发射激光器与第五实施例中的垂直腔面发射激光器区别主要在于，所述光栅层上形成有第一保护层，所述第一光栅槽13、所述第二光栅槽16及所述第三光栅槽18构成复合光栅槽，所述第一保护层15覆盖所述光栅层10的顶面、所述复合光栅槽的底面及侧壁。

如图7所示，该示例中的垂直腔面发射激光器与第六实施例中的垂直腔面发射激光器区别主要在于，所述光栅层10上形成有第二保护层，例如通过沉积形成第二保护层17，所述第二保护层17覆盖所述光栅层10位于相邻两所述复合光栅槽之间的顶面，第二保护层17上形成的光栅槽的宽度可以与第一光栅槽13、第二光栅槽16及第三光栅槽18中至少任一个相等，也可以不相等，该示例中第二保护层17 上形成的光栅槽的宽度与第一光栅槽13的宽度相等。沉积第二保护层 10的材料可以为SiO

如图8所示，该示例中的垂直腔面发射激光器与第三实施例中的垂直腔面发射激光器区别主要在于，光栅层10为非导电层，P型电极 11形成在第二反射器层6上异于设置第一光栅槽13的位置。

如图9所示，该示例中的垂直腔面发射激光器与第四实施例中的垂直腔面发射激光器区别主要在于，光栅层10为非导电层，P型电极 11形成在第二反射器层6上异于设置第一光栅槽13的位置。

如图10所示，该示例中的垂直腔面发射激光器与第五实施例中的垂直腔面发射激光器区别主要在于，光栅层为非导电层，P型电极11 形成在第二反射器层6上异于设置第一光栅槽13的位置。

如图11所示，该示例中的垂直腔面发射激光器与第六实施例中的垂直腔面发射激光器区别主要在于，光栅层10为非导电层，P型电极 11形成在第二反射器层6上异于设置第一光栅槽13的位置。

如图12所示，该示例中的垂直腔面发射激光器与第七实施例中的垂直腔面发射激光器区别主要在于，光栅层10为非导电层，P型电极 11形成在第二反射器层6上异于设置第一光栅槽13的位置。

需要理解的是，上文如有涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“厚度”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。