[发明专利]内腔液晶可调谐垂直腔面发射激光器及其制备方法

说明书

技术领域：

内腔液晶可调谐垂直腔面发射激光器，属于半导体光电子技术与液晶物理学领域，涉及一种新型可调谐垂直腔面发射激光器。

背景技术

波长可调谐垂直腔面发射激光器是密集波分复用通信技术、气体探测和光谱分析等领域非常有前景的光源。内腔液晶可调谐垂直腔面发射激光器，在外加调谐电压作用下，利用液晶层的电控双折射特性可实现波长连续输出。由于内腔液晶可调谐垂直腔面发射激光器能够大大降低成本，提高可靠性，未来很有可能取代传统的多波长半导体激光器阵列，并将在目前快速发展的光互联和光通信网络技术中发挥重要作用。

波长可调谐垂直腔面发射激光器在诸多应用领域中要求激光稳定偏振，所以内腔液晶可调谐垂直腔面发射激光器的研制具有重大意义。垂直腔面发射激光器实现偏振稳定输出主要采用如制作非对称谐振腔、引入光栅和液晶等方式。德国达姆斯塔特工业大学报道过非对称谐振腔方法，通过改变上反射镜不同晶向的曲率来实现波长调谐的偏振稳定，但由于反射镜在外延时应力和曲率大小不易控制，难以实现偏振稳定、统一。美国伯克利大学Chang-Hasnain研究组报道了采用高对比度光栅方法获得偏振可调谐垂直腔面发射激光器。然而由于高对比度光栅为单层结构，在湿法腐蚀释放光栅时，单层光栅容易受到腐蚀，增加了工艺制作难度。法国Castany研究组利用液晶作为电光调制层，实现光泵浦下的波长调谐，然而液晶层离有源区较近，光损耗严重，且光泵浦方式不利于商业化生产和实际应用。因此，我们需要发明一种新的调谐方式来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内腔液晶可调谐垂直腔面发射激光器，能够在波长调谐过程中实现偏振稳定输出，提高可靠性。

本发明的内腔液晶可调谐垂直腔面发射激光器，如图1所示。器件分为三部分:从下到上依次为n型背面电极11、底部衬底10、下DBR9、有源区8、包含有出光孔的氧化限制层7的p型DBR12、有出光孔的p型注入电极6、ITO层14、取向膜3，此为第一部分即发光区，从氧化限制层7往上结构为脊型；脊型两端为对称结构的聚合物衬垫5，构成液晶盒，液晶盒存储有液晶4，此为第二部分；第三部分即上反射镜，依次包括，具有出光孔的顶部衬底1、上DBR2、ITO层14、取向膜3；第三部分倒立放置在第二部分上，依靠聚合物衬垫5支撑。

本发明中的结构，取向膜3通过线性偏振紫外光聚合技术获得；

本发明还提供一种内腔液晶可调谐垂直腔面发射激光器的制备方法，包括：

步骤1、在衬底10上依次外延生长下DBR9，有源区8，包括有出光孔的氧化限制层7的p型DBR12；

步骤2、光刻腐蚀出脊型台面，直到露出氧化限制层7侧壁；

步骤3、对器件氧化限制层7进行横向氧化，形成注入电流限制孔；

步骤4、溅射、光刻、腐蚀，制备出n型背面电极11；

步骤5、脊型台面上淀积p型注入电极6(6)，光刻、腐蚀得到出光孔；

步骤6、淀积生长ITO层14;

步骤7、淀积生长取向膜3，完成第一部分制备;

步骤8、在衬底1上依次外延生长腐蚀停层13、上DBR2和ITO14；

步骤9、淀积生长取向膜3；

步骤10、利用光刻和选择性湿法腐蚀方法刻蚀成脊型台面，直到露出腐蚀停层13；

步骤11、将衬底减薄，抛光，洗净，旋涂光刻胶，光刻得到出光孔，直至露出腐蚀停层13；

步骤12、用腐蚀液刻蚀掉腐蚀停层13，制得上反射镜部分；

步骤13、在步骤7得到的发光区上对称生长聚合物衬垫(5)；

步骤14、向聚合物衬垫5构成的液晶盒中，注入液晶4；

步骤15、采用自对准工艺将发光区与上反射镜进行粘合、固化，完成器件制作。

采用自对准工艺将发光区与上反射镜进行粘合、固化，完成器件制作。

本发明的激光器能够在波长调谐过程中实现偏振稳定输出，提高可靠性。

附图说明

本发明的内腔液晶可调谐垂直腔面发射激光器

图1：本发明的内腔液晶可调谐垂直腔面发射激光器截面结构示意图；

图2：内腔液晶可调谐垂直腔面发射激光器光刻出的脊型台面示意图；

图3：器件氧化限制层进行横向氧化形成注入电流限制孔径示意图；

图4：器件背面衬底减薄，制备下电极器件结构示意图；

图5：制作p型注入电极示意图；

图6：生长ITO示意图；

图7：生长取向膜结构示意图；