[发明专利]外延集成高对比度光栅外腔面发射激光器

权利要求书

1.外延集成高对比度光栅外腔面发射激光器，其特征在于：该外腔面发射激光器包括P型金属电极层(1)、钝化层(2)、周期交替生长的上分布布拉格反射镜(3)、Al_0.98Ga_0.02As高铝组分的氧化限制层(4)、有源区(5)、周期性交替生长的下分布布拉格反射镜(6)、GaAs衬底层(7)、N型金属电极层(8)、电流限制氧化孔(9)、相位匹配层(10)、腔长匹配层(11)、Al₂O₃低折射率支撑层(12)、GaAs高折射率光栅介质层(13)和出光孔(15)；周期交替生长的上分布布拉格反射镜(3)、Al_0.98Ga_0.02As高铝组分的氧化限制层(4)、有源区(5)、周期性交替生长的下分布布拉格反射镜(6)和GaAs衬底层(7)由上到下依次布置，周期交替生长的上分布布拉格反射镜(3)、Al_0.98Ga_0.02As高铝组分的氧化限制层(4)、有源区(5)、周期性交替生长的下分布布拉格反射镜(6)和GaAs衬底层(7)的外侧由钝化层(2)包覆；Al_0.98Ga_0.02As高铝组分的氧化限制层(4)的中间设有电流限制氧化孔(9)；周期交替生长的上分布布拉格反射镜(3)的顶部设有出光孔(15)，相位匹配层(10)设置在出光孔(15)上，腔长匹配层(11)设置在相位匹配层(10)上，Al₂O₃低折射率支撑层(12)设置在腔长匹配层(11)上；各个GaAs高折射率光栅介质层(13)等间距布置后形成的光栅微结构(14)，光栅微结构(14)位于Al₂O₃低折射率支撑层(12)上；钝化层(2)处于激光器侧壁；P型金属电极层(1)设置在钝化层(2)上；钝化层(2)和GaAs衬底层(7)共同置于N型金属电极层(8)上。

2.根据权利要求1所述的外延集成高对比度光栅外腔面发射激光器，其特征在于：所述电流限制氧化孔(9)的大小为5-10μm；所述相位匹配层(10)和腔长匹配层(11)通过等离子体化学气相沉积、磁控溅射或MOCVD工艺将介质层淀积到普通垂直腔面发射激光器件上，相位匹配层(10)和腔长匹配层(11)的厚度为激光器四分之一工作波长的整数倍，具体厚度根据器件线宽设计。

3.根据权利要求1所述的外延集成高对比度光栅外腔面发射激光器，其特征在于：所述Al₂O₃低折射率支撑层(12)和GaAs高折射率光栅介质层(13)通过一次MOCVD外延生长获得，厚度为激光器四分之一工作波长的整数倍，具体厚度根据器件线宽设计。

4.根据权利要求1所述的外延集成高对比度光栅外腔面发射激光器，其特征在于：VCSEL光栅微结构通过电子束曝光将光栅图形直写到电子束光刻胶上，通过显影后得到光栅图形，采用感应耦合离子刻蚀刻蚀未被光刻胶覆盖的光栅介质层得到光栅微结构；除此方法制备微结构外还能通过干涉光刻的方法得到光栅微结构，具体步骤是依次用丙酮乙醇去离子水洗净器件芯片，然后烘干、在器件芯片表面甩上一层光刻胶、前烘坚膜、干涉光刻、显影、后烘、ICP刻蚀、去胶得到光栅结构。

5.根据权利要求1所述的外延集成高对比度光栅外腔面发射激光器，其特征在于：低折射率Al₂O₃支撑层材料，由于AlAs氧化产生的Al₂O₃特性差，低折射率介质Al₂O₃层是由Al_0.98Ga_0.02As材料氧化获得。

6.根据权利要求1所述的外延集成高对比度光栅外腔面发射激光器，其特征在于：所述光栅微结构，对光栅的材料厚度、光栅周期、占空比、刻蚀深度和刻蚀损伤参数进行设计，考虑低折射率介质支撑层引入对光栅反射率及反射带宽的影响，基于Al₂O₃支撑层的高性能GaAs高对比度光栅。

7.利用权利要求1所述激光器进行的外延集成高对比度光栅外腔面发射激光器制备工艺，其特征在于：通过MOCVD生长850nm外延片，PECVD淀积二氧化硅，光刻后获得台面图形，通过ICP刻蚀获得台面，露出Al_0.98Ga_0.02As高铝组分的氧化限制层(4)，通过湿法氧化获得电流限制氧化孔(9)，通过PECVD生长钝化层(2)，光刻后获得出光孔(15)，通过磁控溅射和剥离工艺获得P型金属电极层(1)，通过磁控溅射获得N型金属电极层(8)，得到普通氧化型垂直腔面发射激光器；通过等离子体化学气相沉积、磁控溅射或MOCVD工艺将介质层淀积到普通垂直腔面发射激光器件形成相位匹配层(10)和腔长匹配层(11)，通过一次MOCVD外延生长获得Al₂O₃低折射率支撑层(12)和GaAs高折射率光栅介质层(13)，通过电子束曝光(EBL)将光栅图形直写到电子束光刻胶上，通过显影后得到光栅图形，采用ICP刻蚀未被光刻胶覆盖的光栅介质层得到光栅微结构(14)，得到外延集成高对比度光栅外腔面发射激光器。