專利名稱：一種制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體激光器技術領域，尤其涉及一種制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直 腔面發(fā)射激光器的方法，具體地說是一種表面等離子體調制的穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā) 射激光器的制備方法。
背景技術：
近年來，垂直腔面發(fā)射激光器(VerticalCavity Surface Emitting Laser, VCSEL)作為新一代半導體激光器，可廣泛應用于各種信息技術領域，如分光光譜學、激光 打印、高密度光存儲和讀取、局域光通訊、自由空間光互聯(lián)以及高速光通信系統(tǒng)，因此吸引 了眾多研究者的研究興趣。但在實際很多領域的應用中，尤其是在分光光譜學、光互聯(lián)、光 鏈接以及高速光通信領域，均要求VCSEL具有穩(wěn)定的偏振輸出。但是，傳統(tǒng)的VCSEL并沒有選擇偏振的機制，這是因為1、VCSEL 一般具有柱對稱 結構；2、DBR腔的反射與偏振無關；3、材料本身的各向同性。通常，隨注入電流、溫度以及光 反饋的變化，VCSEL的偏振不穩(wěn)定。因此，研究出制備工藝簡單并具有穩(wěn)定偏振輸出的VCSEL就成了半導體激光器領 域的重要課題之一。

發(fā)明內容
(一)要解決的技術問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā) 射激光器的方法，以實現(xiàn)具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器的制備。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光 器的方法，該方法包括在垂直腔面發(fā)射激光器出光腔面生長一層增透膜；在該增透膜上鍍一層金屬膜；腐蝕掉出光腔面以外的增透膜和金屬膜；在出光腔面的金屬膜上制備亞波長光柵。上述方案中，所述在垂直腔面發(fā)射激光器出光腔面生長一層增透膜，是在氧化孔 限制的垂直腔面發(fā)射激光器出光腔面采用等離子體增強化學氣相沉積法沉積一層增透膜。上述方案中，所述增透膜采用5102、51隊31203、1102、&02及其多層結構。上述方案中，所述增透膜的厚度為IOOnm 200nm。上述方案中，所述在該增透膜上鍍一層金屬膜，是采用磁控濺射方法在N面電極 制備完成并合金后在該增透膜上濺射金屬膜。上述方案中，所述金屬膜采用Ti/Au、 /kg或者Ti/Al，其中起黏附作用的Ti層 的厚度為5 20nm，Au、Ag或者Al層的厚度為200nm 400nm。
上述方案中，所述腐蝕掉出光腔面以外的增透膜和金屬膜，是采用套刻和濕法腐 蝕工藝，先后腐蝕掉出光腔面以外的金屬膜和增透膜。上述方案中，所述在出光腔面的金屬膜上制備亞波長光柵，是采用聚焦離子束刻 蝕的方法在出光腔面的金屬膜上刻蝕出亞波長尺度的等周期性透射光柵。上述方案中，所述在出光腔面的金屬膜上制備的亞波長光柵，其透射具有偏振選 擇性，通過該光柵選擇垂直腔面發(fā)射激光器的輸出偏振方向。上述方案中，所述在出光腔面的金屬膜上制備的亞波長光柵，其尺寸為亞波長量 級，光柵的深度和金屬膜的厚度相同。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的這種制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器的方法，是由 金屬亞波長光柵的表面等離子體效應調制VCSEL的輸出偏振，由于金屬亞波長光柵的透射 具有偏振選擇性，所以本發(fā)明提供的穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器可以實現(xiàn)較高的 偏振抑制。2、本發(fā)明選取的材料和加工工藝均是半導體工藝中常見的，工藝成熟，可操作性 強，可重復性好，器件成品率高，同時VCSEL尺寸較小，閾值較低，便于二維集成，金屬亞波 長光柵的偏振選擇性好，可以提供更好的偏振抑制，實現(xiàn)穩(wěn)定偏振輸出的VCSEL陣列。


圖1是本發(fā)明提供的制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器的方法流程 圖；圖2是普通垂直腔面發(fā)射激光器出光面(P面)示意圖；圖3至圖7為依照本發(fā)明實施例制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器的 工藝流程圖；其中，1 :N面電極，2 出光腔面，3 :P面電極，4 增透膜，5 金屬膜，6 亞波長金屬 光柵。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器 的方法流程圖，該方法包括以下步驟步驟1 在垂直腔面發(fā)射激光器出光腔面生長一層增透膜；步驟2 在該增透膜上鍍一層金屬膜；步驟3 腐蝕掉出光腔面以外的增透膜和金屬膜；步驟4 在出光腔面的金屬膜上制備亞波長光柵。其中，步驟1中所述在垂直腔面發(fā)射激光器出光腔面生長一層增透膜，是在氧化 孔限制的垂直腔面發(fā)射激光器出光腔面(如圖2所示)采用等離子體增強化學氣相沉積法 (PECVD)沉積一層增透膜，該增透膜采用Si02、SiNx、Al203、Ti02、&O2及其多層結構，該增透膜的厚度一般為IOOnm 200nm。步驟2中所述在該增透膜上鍍一層金屬膜，是采用磁控濺射方法在N面電極制備 完成并合金后在該增透膜上濺射金屬膜，該金屬膜采用Ti/Au、Ti/Ag或者Ti/Al，其中起黏 附作用的Ti層的厚度為5 20nm，Au、Ag或者Al層的厚度為200nm 400nm。步驟3中所述腐蝕掉出光腔面以外的增透膜和金屬膜，是采用套刻和濕法腐蝕工 藝，先后腐蝕掉出光腔面以外的金屬膜和增透膜。步驟4中所述在出光腔面的金屬膜上制備亞波長光柵，是采用聚焦離子束刻蝕的 方法在出光腔面的金屬膜上刻蝕出亞波長尺度的等周期性透射光柵。該亞波長光柵的透射 具有偏振選擇性，通過該光柵選擇垂直腔面發(fā)射激光器的輸出偏振方向。該亞波長光柵的 尺寸為亞波長量級，光柵的深度和金屬膜的厚度相同。圖3至圖7示出了依照本發(fā)明實施例制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光 器的工藝流程圖，其具體工藝步驟如下1)、在普通VCSEL(圖3)的出光腔面上(P面)用等離子體增強化學氣相沉積法 (PECVD)淀積材料為Si02、SiNx、Al203、Ti02、&O2或多層結構的增透膜4，如圖4所示，厚度 為IOOnm 200nm。此增透膜作為絕緣層避免了金屬膜和出光腔面的直接接觸，可以保護腔 面。同時介質材料和金屬界面可以有效產生表面等離子體效應，增強出光效率，提高偏振抑 制比。2)、在增透膜4上用磁控濺射鍍金屬膜5，如圖5所示，金屬膜材料為Ti/Au、Ti/Ag 或者Ti/Al，Ti的厚度比較薄為5nm 20nm，主要是為了提高金屬層的黏附性，金屬層不易 剝落。Au、Ag或者Al層的厚度為200nm 400nm，主要是制作金屬光柵，通過光柵透射的偏 振選擇性來確定垂直腔面發(fā)射激光器的輸出偏振。3)、采用套刻和濕法腐蝕工藝，先腐蝕掉出光腔面以外的金屬膜，如圖4所示。要 求金屬膜腐蝕干凈，以避免漏電現(xiàn)象。然后腐蝕掉出光腔面以外的增透膜，如圖6所示。增 透膜作為絕緣層必須腐蝕干凈，否則P面電極將會出現(xiàn)開路現(xiàn)象。4)、用聚焦離子束在金屬膜上刻蝕出亞波長的金屬條形光柵6，如圖7所示。光柵 的周期為200nm 400nm，槽寬為50nm 150nm，光柵的深度與金屬膜的厚度相同，金屬膜 厚度一般為200nm 400nm。刻蝕時可以通過調節(jié)離子束流密度、駐留時間、束斑重和距離、 離子束流掃描時間等條件來實現(xiàn)精確控制，得到較好的表面平整度。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保 護范圍之內。
權利要求
一種制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器的方法，其特征在于，該方法包括在垂直腔面發(fā)射激光器出光腔面生長一層增透膜；在該增透膜上鍍一層金屬膜；腐蝕掉出光腔面以外的增透膜和金屬膜；在出光腔面的金屬膜上制備亞波長光柵。
2.如權利要求1所述的制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器的方法，其特征 在于，所述在垂直腔面發(fā)射激光器出光腔面生長一層增透膜，是在氧化孔限制的垂直腔面 發(fā)射激光器出光腔面采用等離子體增強化學氣相沉積法沉積一層增透膜。
3.如權利要求1所述的制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器的方法，其特征 在于，所述增透膜采用Si02、SiNx, A1203、TiO2, ZrO2及其多層結構。
4.如權利要求1所述的制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器的方法，其特征 在于，所述增透膜的厚度為IOOnm 200nm。
5.如權利要求1所述的制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器的方法，其特征 在于，所述在該增透膜上鍍一層金屬膜，是采用磁控濺射方法在N面電極制備完成并合金 后在該增透膜上濺射金屬膜。
6.如權利要求1所述的制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器的方法，其特 征在于，所述金屬膜采用Ti/Au、Ti/Ag或者Ti/Al，其中起黏附作用的Ti層的厚度為5 20nm, Au、Ag或者Al層的厚度為200nm 400nm。
7.如權利要求1所述的制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器的方法，其特征 在于，所述腐蝕掉出光腔面以外的增透膜和金屬膜，是采用套刻和濕法腐蝕工藝，先后腐蝕 掉出光腔面以外的金屬膜和增透膜。
8.如權利要求1所述的制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器的方法，其特征 在于，所述在出光腔面的金屬膜上制備亞波長光柵，是采用聚焦離子束刻蝕的方法在出光 腔面的金屬膜上刻蝕出亞波長尺度的等周期性透射光柵。
9.如權利要求1所述的制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器的方法，其特征 在于，所述在出光腔面的金屬膜上制備的亞波長光柵，其透射具有偏振選擇性，通過該光柵 選擇垂直腔面發(fā)射激光器的輸出偏振方向。
10.如權利要求1所述的制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器的方法，其特 征在于，所述在出光腔面的金屬膜上制備的亞波長光柵，其尺寸為亞波長量級，光柵的深度 和金屬膜的厚度相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備具有穩(wěn)定偏振輸出的垂直腔面發(fā)射激光器的方法，該方法包括在垂直腔面發(fā)射激光器出光腔面生長一層增透膜；在該增透膜上鍍一層金屬膜；腐蝕掉出光腔面以外的增透膜和金屬膜；在出光腔面的金屬膜上制備亞波長光柵。利用本發(fā)明，工藝成熟，可操作性強，可重復性好，器件成品率高，同時VCSEL尺寸較小，閾值較低，便于二維集成，金屬亞波長光柵的偏振選擇性好，可以提供更好的偏振抑制，實現(xiàn)穩(wěn)定偏振輸出的VCSEL陣列。
文檔編號H01S5/183GK101888058SQ201010196119
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權日2010年6月2日
發(fā)明者宋國峰, 王青, 蔡利康, 陳良惠 申請人:中國科學院半導體研究所