[发明专利]一种表面浅刻蚀结构垂直腔面发射激光器

说明书

一种表面浅刻蚀结构垂直腔面发射激光器，包括由下至上依次设置的GaAs基衬底、下层DBR、有源区、氧化限制层、上层DBR和P型金属欧姆接触层；有源区、氧化限制层、上层DBR和P型金欧姆接触层共刻出圆柱形垂直腔面发射激光器谐振腔；垂直腔面发射激光器的顶部镀有圆环形P型金属电极，垂直腔面发射激光器谐振腔的GaAs基衬底下面镀有N型金属电极；垂直腔面发射激光器的谐振腔由二氧化硅绝缘层包覆，二氧化硅绝缘层通过光刻、湿法腐蚀开电极窗口，二氧化硅绝缘层通过磁控溅射生长P型金属Pad电极。本发明利用表面浅刻蚀结构，在垂直腔面发射激光器高阶模出射位置增加高阶模的损耗，提高高阶模的阈值增益，实现单模输出。

技术领域

本发明属于光电子技术领域，具体涉及一种表面浅刻蚀结构垂直腔面发射激光器。

背景技术

自垂直腔面发射激光器概念被提出以后，该项技术一直缓慢成熟，并逐渐推向光通信、光互连、光存储、激光显示和照明等技术领域。随着科学技术的发展，垂直腔面发射激光器已经成为当今使用的最重要的半导体激光器之一。垂直腔面发射激光器出光方向垂直于衬底，可阵列集成制备大功率激光器，有源区体积小，阈值电流低，其谐振腔短，具有单纵模特性，另外垂直腔面发射激光器可以通过改变激光器的结构设计，实现高功率、单模、单偏振、窄线宽、高速调制等。

但是，由于垂直腔面发射激光器固有结构的特点，在氧化限制孔径较大时，器件通常为多模激射。垂直腔面发射激光器在多模工作状态时，多个模式混合震荡会导致谐振谱线变宽，而且多个模式竞争会导致输出光谱和光功率不稳定。垂直腔面发射激光器作为光通信、芯片级原子钟的理想光源，稳定单模输出至关重要。

目前，若想获得单模激光器，通常采用缩小氧化孔径的方法，由于氧化限制结构在氧化前和氧化后的折射率变化比较大，这引起激光腔与其周围区域的明显折射率差，这种强折射率导引机制使得激光器很难工作在稳定的单模状态。而且氧化孔径越小激光器的阈值电流变大，电阻变大，输出功率变小，影响激光器的整体性能，对于实际应用很不利。另外，小氧化孔径的垂直腔面发射激光器对精度的要求极高，难于制作。因此，如何控制垂直腔面发射激光器的模式输出，充分发挥垂直腔面发射激光器的应用价值，对各个应用领域都至关重要。

发明内容

为此，本发明提供一种表面浅刻蚀结构垂直腔面发射激光器，能够控制垂直腔面发射激光器的单模式输出，充分发挥垂直腔面发射激光器的应用价值。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种表面浅刻蚀结构垂直腔面发射激光器，包括由下至上依次设置的GaAs基衬底、下层DBR、有源区、氧化限制层、上层DBR和P型金属欧姆接触层；所述有源区、氧化限制层、上层DBR和P型金欧姆接触层共刻出圆柱形垂直腔面发射激光器谐振腔；

所述垂直腔面发射激光器的顶部镀有圆环形P型金属电极，垂直腔面发射激光器谐振腔的GaAs基衬底下面镀有N型金属电极；

所述垂直腔面发射激光器的谐振腔由二氧化硅绝缘层包覆，二氧化硅绝缘层通过光刻、湿法腐蚀开电极窗口，二氧化硅绝缘层通过磁控溅射生长P型金属Pad电极。

作为表面浅刻蚀结构垂直腔面发射激光器的优选方案，所述垂直腔面发射激光器表面浅刻蚀结构位于垂直腔面发射激光器的谐振腔顶部，浅刻蚀图形为圆形围成的类圆环结构。

作为表面浅刻蚀结构垂直腔面发射激光器的优选方案，所述氧化限制层具有氧化限制孔；所述类圆环结构内径不小于所述氧化限制孔的孔径。

作为表面浅刻蚀结构垂直腔面发射激光器的优选方案，所述P型金属电极的外环半径小于等于谐振腔半径，P型金属电极内环半径大于氧化限制孔径。

作为表面浅刻蚀结构垂直腔面发射激光器的优选方案，所述垂直腔面发射激光器的谐振腔采用干法刻蚀制备，干法刻蚀制备过程，先将清洗干净的激光器外延片烘干，涂光刻胶，利用光刻机制备图案，再利用ICP干法刻蚀将掩膜图形转移到外延片上。