[发明专利]亚波长光栅及垂直腔面发射激光器

说明书

本发明公开了一种亚波长光栅及垂直腔面发射激光器。其中，亚波长光栅包括：氧化铟锡形成的基底层(2)；以及非晶硅或砷化铝镓形成的光栅层(1)，所述光栅层形成于所述基底层(2)上。基于以氧化铟锡形成的基底层(2)的亚波长光栅作为P面反射镜的垂直腔面发射激光器，包括发光器件；以及亚波长光栅，所述亚波长光栅设置在所述发光器件的P型掺杂层的上(4)。其中的发光器件，包括：由下至上依此层叠的衬底(8)、N型掺杂层(7)以及支撑台(10)；所述衬底的底面设置有下电极(9)。

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，尤其涉及一种亚波长光栅及垂直腔面发射激光器。

背景技术

传统的VCSEL器件(垂直腔面发射激光器)采用分布布拉格反射镜(DBR)作为高反射镜结构，然而DBR厚度大，导电性差且生热严重。近年来，研发了采用高对比度亚波长光栅(HCG)作为高反射镜的VCSEL的技术，在光通信，医疗成像和三维传感等领域具有广阔的应用场景。

亚波长光栅是一种光栅周期小于光波长，光栅折射率与填充介质折射率对比度较大的周期性光栅层。通过结构设计使周期性光栅波导的基模和一阶横模干涉相消可以实现对某波段光的极高反射(99.9％)。HCG的厚度往往也是亚波长量级，采用HCG代替DBR作为VCSEL反射镜能够提升波长调谐速率并对出射光束进行整形。同时，由于光栅的非均匀结构，其对出射光的偏振态具有天然的选择作用。

然而，目前用于制作VCSEL的亚波长光栅的材料通常包括绝缘氧化材料、全介质材料、空气加半导体/介质材料或全半导体材料，这些材料具有优异的光学性能却有极差的导电性，这导致了高功率、大口径HCG VCSEL电流注入困难、电流扩展距离小，电流分布不均等问题，严重影响了HCG VCSEL器件的可靠性和光束质量。

发明内容

针对于现有的技术问题，本发明提供一种亚波长光栅及垂直腔面发射激光器，用于至少部分解决以上技术问题。

本发明实施例提供一种亚波长光栅，包括：氧化铟锡形成的基底层；以及光栅层，所述光栅层形成于所述基底层上；其中，所述光栅层所用材料的折射率不低于所述氧化铟锡的两倍。

根据本公开的实施例，所述光栅层所用材料，包括：非晶硅或砷化铝镓。

根据本公开的实施例，所述亚波长光栅，其中，所述光栅层包括形成在所述基底层上的多个光栅凸起、以及分别形成在两个光栅凸起之间的多个光栅间隙，所述光栅间隙内由空气作为填充介质。其中，所述光栅层的光栅凸起和光栅间隙布置成在至少一个方向上具有周期性，所述光栅凸起的形状包括矩形条状、二维网状或二维柱状。

根据本公开的另一实施例一种垂直腔面发射激光器，包括：发光器件；以及所述的亚波长光栅，所述亚波长光栅设置在所述发光器件的P型掺杂层上，以用作发光器件的P面反射镜。

根据本公开的实施例，所述垂直腔面发射激光器，其中，所述发光器件包括：由下至上依次层叠的衬底、N型掺杂层以及包括所述P型掺杂层的支撑台；所述衬底的底面设置有下电极；

所述亚波长光栅设置在所述支撑台上。

根据本公开的实施例，所述垂直腔面发射激光器，其中，

所述亚波长光栅的基底层覆盖所述支撑台的表面。

根据本公开的实施例，所述垂直腔面发射激光器，其中，所述支撑台还包括：

有源区、以及设置在所述有源区上的形成有选择性氧化孔的环形凸台，所述P型掺杂层设置在所述环形凸台上；

所述基底层的与所述P型掺杂层相对的一侧设置有上电极，所述上电极呈环形，所述环形的中部形成用作所述垂直腔面发射激光器的出光孔的镂空区域。

根据本公开的实施例，垂直腔面发射激光器，其中，所述亚波长光栅的光栅层设置在所述发光器件的出光孔内、且覆盖所述出光孔的全部区域。