[发明专利]具混合光栅结构的面发射激光元件与制法

权利要求书

1.一种具混合光栅结构的面发射激光元件，可产生具有一激光波长的激光，其特征在于，该面发射激光元件包括：

一半导体堆叠结构，可在接受一电流时产生具有该激光波长的该激光，并使该激光自该半导体堆叠结构的一出光面射出，且该出光面是位于该半导体堆叠结构的一顶面；

一光栅层，位于该半导体堆叠结构上，该光栅层具有包括沿着至少一第一水平方向分布排列的多个微光栅结构；

其中，该光栅层至少在该第一水平方向上被区分为包括：至少一第一光栅区及至少一第二光栅区，于各该第一光栅区及该第二光栅区内分别包含多个该微光栅结构；其中，该第一光栅区内的多个该微光栅结构的光栅周期是符合以下数学式：并且，该第二光栅区内的多个该微光栅结构的光栅周期是符合以下数学式：其中，∧是光栅周期长度，λ是该激光的该激光波长，n_eff是半导体波导的等效折射率；其中，m＝1且o＝2；该第一光栅区又被称为第一阶光栅结构区、且该第二光栅区又被称为第二阶光栅结构区，藉以在该光栅层形成一混合光栅结构；其中，该出光面是由该第二光栅区所定义，该激光是由该出光面垂直射出；

该光栅层在沿着一第二水平方向上也具有多个该微光栅结构，该第二水平方向与该第一水平方向垂直；该光栅层在该第二水平方向上也被区分为至少一该第一光栅区及至少一该第二光栅区，于该第二水平方向上各该第一光栅区及该第二光栅区内分别各包含多个该微光栅结构；藉此，当由垂直于该半导体堆叠结构的该顶面方向观之，该多个该微光栅结构在该光栅层上是呈现点状阵列排列，且由该第一水平方向上的该第二光栅区及该第二水平方向上的该第二光栅区两者协同定义出矩形的该出光面；

于该光栅层中更包含两相位差光栅结构；其中之一该相位差光栅结构是位于该第二光栅区内于该第一水平方向上的中间处附近、另一该相位差光栅结构则是位于该第二光栅区内于该第二水平方向上的中间处附近；且该相位差光栅结构的宽度可提供一相位差距离，使得分别在该第一水平方向与该第二水平方向上位于该相位差光栅结构两侧的多个微光栅结构两者间具有一相位差；该相位差光栅结构的所提供的该相位差距离是四分之一该激光波长。

2.根据权利要求1所述的具混合光栅结构的面发射激光元件，其特征在于，该第二光栅区是位于该光栅层在该第一水平方向与该第二水平方向上的一中间区域；当由垂直于该半导体堆叠结构的该顶面方向观之时，该第二光栅区是位在该半导体堆叠结构的该顶面的一中央区域，且该第一光栅区实质上是环绕位该第二光栅区的外周围区域；其中，该第二光栅区于该第一水平方向及该第二水平方向上的宽度分别都是介于六分之一至二分之一的该光栅层于该第一水平方向及该第二水平方向上的总宽度。

3.根据权利要求1所述的具混合光栅结构的面发射激光元件，其特征在于，于该半导体堆叠结构的该顶面是包含多个呈阵列排列且独立存在的该出光面，该光栅层于每一个该出光面处无论是于该第一水平方向或该第二水平方向上都是设置该第二光栅区，且该光栅层除了多个该出光面之外的其他区域无论是于该第一水平方向或该第二水平方向上都是设置该第一光栅区；藉此可在该半导体堆叠结构的该顶面定义出各自独立且呈阵列排列的多个小出光面。

4.根据权利要求1所述的具混合光栅结构的面发射激光元件，其特征在于，该半导体堆叠结构包括：

一半导体基板；

一下披覆层(claddinglayer)，位于该半导体基板上；

一下光局限(Separated Confinement Hetero-Structure；简称SCH)层，位于该下披覆层上；

一主动层(active regionlayer)，位于该下光局限层上；

一上光局限层，位于该主动层上；

一间隔层，位于该上光局限层上；其中，该光栅层是位于该间隔层上；

一上披覆层位于该光栅层上；以及

一接触层位于该上披覆层上。