[发明专利]一种基于表面光栅的面发射激光器

权利要求书

1.一种基于表面光栅的面发射激光器，其特征在于，所述激光器主要包括中间的脊形波导结构以及两侧的上电极区，所述激光器的横截面自下而上包括衬底、下波导盖层、有源层、上波导盖层；

所述上波导盖层的中间区域形成所述脊形波导的脊区，所述脊区表面刻有布拉格光栅，光栅和脊波导具有相同的宽度或光栅的宽度比脊波导宽度小；所述上电极区位于所述脊形波导的两侧，所述脊形波导与所述上电极区之间刻有沟槽；所述脊形波导区与所述上电极区之间通过高电导率层相连；

所述下波导盖层或上波导盖层中含有高电阻区，所述高电阻区用以限制载流子的注入，使载流子注入的区域与脊波导的模式能最大程度地重叠；

所述布拉格光栅包含一段二阶光栅和两段一阶光栅，所述二阶光栅插入在所述两段一阶光栅的中间；所述一阶光栅用来提供光反馈和波长选择，所述二阶光栅位于所述激光器腔长方向的中心区域，用于耦合出光，提供λ/4相移的功能并利用其一阶衍射形成垂直向上的输出光来实现激光器面发射；

所述一阶光栅的长度可以减短以增大边模的阈值增益；

所述下波导盖层中含有DBR反射镜以提高垂直向上的出光效率，并且输出光功率的大小可以通过调节有源层和DBR反射镜之间的距离来控制；或在二阶光栅的上面添加基于金属或电介质DBR的反射镜，这样激光器垂直向下从衬底出光，并获得高输出效率，并且输出的大小通过调节光栅和反射镜之间的距离来控制。

2.根据权利要求1所述的基于表面光栅的面发射激光器，其特征在于，所述布拉格光栅的周期为Λ＝mλ_B/2n_eff，其中λ_B为光栅所对应的布拉格波长，m为光栅级数，m＝1为一阶光栅，m＝2为二阶光栅，n_eff为波导的有效折射率。

3.根据权利要求1所述的基于表面光栅的面发射激光器，其特征在于，所述沟槽可以刻蚀至高电导率层，沟槽的宽度大于500纳米。

4.根据权利要求1所述的基于表面光栅的面发射激光器，其特征在于，所述高电阻区由高电阻材料构成，可选用高铝组分层氧化后形成的氧化物材料或者离子注入后形成的高电阻材料或者反向的PN结材料。

5.根据权利要求1所述的基于表面光栅的面发射激光器，其特征在于，所述有源层包含有源介质层以及光限制层；其中，有源介质可选用多量子阱、量子点或者体材料。

6.根据权利要求1所述的基于表面光栅的面发射激光器，其特征在于，所述光栅通过调整其位置和大小以及形状参数来调整光栅的耦合系数和制作难度。

7.根据权利要求1所述的基于表面光栅的面发射激光器，其特征在于，可以通过增大表面光栅的刻蚀深度、增大脊波导区的材料折射率以及减小脊波导区的厚度来增大耦合系数；反之减小耦合系数。

8.根据权利要求1所述的基于表面光栅的面发射激光器，其特征在于，通过调节二阶光栅区的长度以及相应脊波导的宽度可以使得激光器的输出光斑为圆形光斑。