[发明专利]氮化镓纳米超结构及其制备方法以及氮化镓基激光器

说明书

本发明公开了一种氮化镓纳米超结构及其制备方法以及设置有该氮化镓纳米超结构的氮化镓基激光器，该氮化镓纳米超结构用于实现氮化镓基激光器圆偏振出光。氮化镓纳米超结构由下至上依次包括衬底、介质膜层以及纳米光栅结构层，所述纳米光栅结构层的光栅材料包括氮化镓、n型氮化镓、p型氮化镓中的一种，光栅周期范围为100nm‑280nm，光栅高度范围为100nm‑300nm，光栅线宽为50nm‑200nm。本发明的氮化镓纳米超结构，其能够实现高效圆偏振出光功能，将其应用于氮化镓基激光器上可实现该氮化镓基激光器的圆偏振出光。

技术领域

本发明是关于微纳制造技术领域，特别是关于一种用于实现氮化镓基激光器圆偏振出光的氮化镓纳米超结构及其制备方法以及氮化镓基激光器。

背景技术

氮化镓基蓝绿光激光器凭借高光效、窄线宽、高显色指数等优点在激光显示、激光投影、可见光通讯等领域已取得重要应用。如果进一步用在全息显示、生物成像，水下光通讯，量子通讯等领域时，则需要通过增加特定光学元件(如四分之一波片)将本身是线偏振出光的氮化镓基激光器转换成圆偏振光辐射才行。一般获取圆偏振出光采用的四分之一波段为体材料镜片，其厚度通常在毫米级别，在光学系统中体积较大，不利用器件的集成化和微型化发展，特别是将无法用于紧凑型的微型投影仪或者头戴式显示器中。基于微纳米结构实现波片功能的方法为实现激光器件微型化和片上集成提供了可能。N.F.Yu等人基于表面等离子效应采用金属光栅结构实现了在中红外波段的圆偏振出光激光器。

将采用体材料制备的四分之一波片用在氮化镓基蓝绿光激光器上，虽然可以实现圆偏振出光，但是整体体积较大，不利于高度集成和微型化发展。采用金属光栅制备圆偏振出光激光器的方法，其最大问题在于金属具有较大的吸收损耗，导致出射光的能量利用率不高。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化镓纳米超结构，其能够实现高效圆偏振出光功能，将其应用于氮化镓基激光器上可实现该氮化镓基激光器的圆偏振出光。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种氮化镓纳米超结构，用于实现氮化镓基激光器圆偏振出光，所述氮化镓纳米超结构由下至上依次包括衬底、介质膜层以及纳米光栅结构层，所述纳米光栅结构层的光栅材料包括氮化镓、n型氮化镓、p型氮化镓中的一种，光栅周期范围为100nm-280nm，光栅高度范围为100nm-300nm，光栅线宽为50nm-200nm。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述氮化镓纳米超结构的衬底材料包括氮化镓或蓝宝石中的一种。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述氮化镓纳米超结构的介质膜层材料包括氮化镓、n型氮化镓、p型氮化镓中的一种，所述介质膜层的厚度范围为0.1um-100um。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述氮化镓纳米超结构的尺寸为10～1000um，其轮廓形状包括圆形或方形。

本发明还提供了一种用于实现氮化镓基激光器圆偏振出光的氮化镓纳米超结构的制备方法，包括：于蓝宝石衬底上生长氮化镓或n型氮化镓或p型氮化镓薄膜；在薄膜上旋涂光刻胶，光刻并显影制备出光刻胶光栅图样；制备金属光栅掩膜结构；刻蚀氮化镓或n型氮化镓或p型氮化镓薄膜，形成氮化镓光栅，腐蚀多余金属光栅。

本发明还提供了一种用于实现氮化镓基激光器圆偏振出光的氮化镓纳米超结构的制备方法，包括：于氮化镓衬底上旋涂光刻胶，光刻并显影制备出光刻胶光栅图样；制备金属光栅掩膜结构；刻蚀氮化镓衬底，形成氮化镓光栅，腐蚀多余金属光栅。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述光刻胶厚度范围为100-300nm，所述光刻方法包括电子束曝光、紫外直写、双光束干涉。