專利名稱：通過出射光窗口電極結(jié)構(gòu)控制偏振的垂直腔面發(fā)射激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)，特別是一種可實(shí)現(xiàn)控 制偏振方向的VCSEL。
背景技術(shù)：
在激光顯示光源領(lǐng)域中，目前采取的大多數(shù)激光光源都是用大功率邊發(fā) 射半導(dǎo)體激光器泵浦全固態(tài)激光器，再經(jīng)過頻率轉(zhuǎn)換生成藍(lán)、綠光，而用大 功率VCSEL直接進(jìn)行腔外倍頻則具有很多的優(yōu)點(diǎn)。要高效的實(shí)行腔外倍頻， VCSEL的基頻光具有穩(wěn)定可控的偏振方向是非常重要的。
一般的VCSEL都是生長(zhǎng)在(001)襯底上，具有良好的柱形對(duì)稱結(jié)構(gòu)， 理論上激射任意方向上的線性偏振光，從而出射光的偏振方向是不可控制的。 另外，隨著注入電流、外加應(yīng)變、溫度等外界條件的變化，輸出光的偏振態(tài) 也發(fā)生轉(zhuǎn)換。所以控制VCSEL基頻光偏振特性很重要。目前文獻(xiàn)報(bào)道的 VCSEL的偏振控制方案主要如下
(1) 1999年9月14日公開的Pamulapati等人的美國(guó)專利US 5, 953， 362 中，描述了一個(gè)在VCSEL中施加應(yīng)力的方法來控制偏振。在US5， 953, 362 專利中，VCSEL是共晶地與一個(gè)晶核襯底結(jié)合，該襯底具有預(yù)設(shè)各向異性熱 膨脹系數(shù)。在形成過程中，在激光腔中施加一個(gè)單軸向應(yīng)變。
(2) 2000年11月28日公開的Yoshikawa等人的美國(guó)專利US 6, 154,479 中，描述了一個(gè)VCSEL，其中偏振方向的控制由限制頂部鏡面的橫截面尺寸 實(shí)現(xiàn)，以使在由鏡面提供的波導(dǎo)中只限制一個(gè)單橫基模。制作一個(gè)非圓形或 者橢圓器件用以控制偏振。(3) 2004年8月31日公開的Matsui等人的美國(guó)專利US 6, 785, 318, Bl 中，描述了通過引入應(yīng)激源來控制VCSEL偏振方向的方法。應(yīng)激源被沉積在 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上，它所帶來的應(yīng)力導(dǎo)致了雙折射效應(yīng)和增益的各向異性。使有 源層遠(yuǎn)離應(yīng)激源，增加表面應(yīng)力和應(yīng)激源所產(chǎn)生的增益差，形成穩(wěn)定的出射 偏振方向。
(4) 2005年4月26日公開的Aggerstam等人的美國(guó)專利US 6, 885, 690 B2中，描述了通過在出光口形成介質(zhì)膜控制VCSEL的橫模和偏振狀態(tài)。該 膜由兩層或多層介質(zhì)材料組成，每層材料的反射率不同，介質(zhì)膜的尺寸比出 光孔徑小。
(5) 2008年2月19日公開的Ostermann等人的美國(guó)專利US7，333, 522 B2中，描述了用單片集成面光柵控制VCSEL的偏振狀態(tài)。在第一布拉格反 射層，有源層和第二布拉格反射層中至少有一層是有周期圖案的，這樣來穩(wěn) 定光束的偏振狀態(tài)。
上述所有采取的偏振控制方案所形成的器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其制作步驟比較 繁瑣，對(duì)設(shè)備和工藝條件有很高的要求，在技術(shù)上很難推廣，而且上述結(jié)構(gòu) 的VCSEL偏振方向的選擇性也不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前VCSEL裝置出射光偏振方向不可控制性， 特別是VCSEL在大電流下工作時(shí)的偏振模式復(fù)雜的缺陷，提出一種通過出射 光窗口電極結(jié)構(gòu)控制偏振的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)，以簡(jiǎn)捷的技術(shù)手 段實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的VCSEL的偏振效果。
本發(fā)明通過出射光窗口電極結(jié)構(gòu)控制偏振的垂直腔面發(fā)射激光器，具有 慣用垂直腔面發(fā)射激光器的p型分布布拉格反射器(DBR)層、有源層、n 型分布布拉格反射器(DBR)層、GaAs襯底、包覆在p型DBR層上的p面 電極和敷設(shè)在GaAs襯底底部的n面電極的層次結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是，所述的n面電極由環(huán)形極板和覆蓋于出射光窗口部分的條形柵極構(gòu)成，其條形柵極的
軸向平行于所述襯底的(iio)晶向。
為了控制VCSEL的偏振方向，本發(fā)明是在n面圓形的出射光窗口部分制 備密集排布的條形金屬膜，形成與環(huán)形極板連為一體的條柵形的電極結(jié)構(gòu)， 條形的取向?yàn)橐r底的(liO)晶向，這是因?yàn)?001)晶向襯底的VCSEL激射光 的一個(gè)主要的偏振方向?yàn)?liO)晶向。這樣，n型DBR層和條形柵極之間構(gòu)成 了復(fù)合腔，使沿著(li0)晶向的反射率高于其垂直方向(110)晶向上的反射率， 改變這兩個(gè)方向上的激射閾值條件，增加增益分布的非均勻性，從而實(shí)現(xiàn)偏 振控制。與此同時(shí)，由于n面的條形電極結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是不僅與n型DBR層形 成了復(fù)合腔，具有高反射作用，還向有源層注入了額外的空穴，增加了電子
空穴的復(fù)合效率，所以也能提高所需偏振方向上(iio)晶向的出射光功率。
本發(fā)明VCSEL結(jié)構(gòu)制造工藝簡(jiǎn)捷、重復(fù)性好，容易推廣，將VCSEL出 射光的偏振方向很好的控制在襯底的(110)晶向和(l化)晶向。


圖1是本發(fā)明VCSEL的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1中所示n面電極結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)說明 參照?qǐng)Dl、 2， 一種利用條形電極結(jié)構(gòu)控制偏振的垂直腔面發(fā)射激光器， 包括p型DBR層2、氧化窗口3、 Al203鈍化層4、有源層5、 n型DBR層6、 GaAs襯底7、包覆在p型DBR層2上的p面電極1和敷設(shè)在GaAs襯底7 底部的n面電極8，所述的n面電極8由環(huán)形極板8.1和覆蓋于出射光窗口部 分的條形柵極8.2構(gòu)成，其條形柵極8.2的軸向平行于所述襯底7的(l化)晶向。 本發(fā)明VCSEL裝置的制作工藝主要步驟先將VCSEL的外延片進(jìn)行減 薄，接著對(duì)p面實(shí)施濕法刻蝕，刻蝕的深度剛好到達(dá)有源層。然后通過合金工藝制備p面電極。對(duì)n面也要先經(jīng)過減薄工藝，接著實(shí)施雙面對(duì)準(zhǔn)刻蝕。 再通過合金工藝制備n面電極，其中在出光窗口上形成密集排布的條形金屬 膜，制成條形電極結(jié)構(gòu)，條形電極的方向平行于襯底的(l化)晶向，然后經(jīng)過 lift-off工藝露出n面出光窗口。然后在最后通過解理和封裝，完成VCSEL裝 置的制作。
權(quán)利要求
1. 一種通過出射光窗口電極結(jié)構(gòu)控制偏振的垂直腔面發(fā)射激光器，主要包括p型DBR層(2)、有源層(5)、n型DBR層(6)、GaAs襯底(7)、包覆在p型DBR層(2)上的p面電極(1)和敷設(shè)在GaAs襯底(7)底部的n面電極(8)，其特征在于所述的n面電極(8)由環(huán)形極板(8.1)和覆蓋于出射光窗口部分的條形柵極(8.2)構(gòu)成，其條形柵極(8.2)的軸向平行于所述襯底(7)的(110)晶向。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種垂直腔面發(fā)射激光器，特別是一種通過出射光窗口電極結(jié)構(gòu)控制偏振的垂直腔面發(fā)射激光器，包括p型DBR層、有源層、n型DBR層、GaAs襯底、包覆在p型DBR層上的p面電極和敷設(shè)在GaAs襯底底部的n面電極的層次結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是，所述的n面電極由環(huán)形極板和覆蓋于出射光窗口部分的條形柵極構(gòu)成，其條形柵極的軸向平行于所述襯底的(110)晶向。本發(fā)明VCSEL結(jié)構(gòu)制造工藝簡(jiǎn)捷、重復(fù)性好，容易推廣，將VCSEL出射光的偏振方向很好的控制在襯底的(110)晶向和(110)晶向。
文檔編號(hào)H01S5/02GK101521353SQ200910066780
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月8日
發(fā)明者云 劉, 寧永強(qiáng), 偉 王, 王立軍, 莉 秦 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所