專利名稱：可控偏振方向的垂直腔面發(fā)射激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)，特別是一種可實現(xiàn)控 制偏振方向的VCSEL。
背景技術(shù)：
在激光顯示光源領(lǐng)域中，目前采取的大多數(shù)激光光源都是用大功率邊發(fā) 射半導(dǎo)體激光器泵浦全固態(tài)激光器，再經(jīng)過頻率轉(zhuǎn)換生成藍(lán)、綠光，而用大 功率VCSEL直接進(jìn)行腔外倍頻則具有很多的優(yōu)點。要高效的實行腔外倍頻， VCSEL的基頻光具有穩(wěn)定可控的偏振方向是非常重要的。
一般的VCSEL都是生長在(001)襯底上，具有良好的柱形對稱結(jié)構(gòu)， 理論上激射任意方向上的線性偏振光，從而出射光的偏振方向是不可控制的。 另外，隨著注入電流、外加應(yīng)變、溫度等外界條件的變化，輸出光的偏振態(tài) 也發(fā)生轉(zhuǎn)換。所以控制VCSEL基頻光偏振特性很重要。目前文獻(xiàn)報道的 VCSEL的偏振控制方案主要如下
(1) 1999年9月14日公開的Pamulapati等人的美國專利US 5, 953, 362 中，描述了一個在VCSEL中施加應(yīng)力的方法來控制偏振。在US5， 953, 362 專利中，VCSEL是共晶地與一個晶核襯底結(jié)合，該襯底具有預(yù)設(shè)各向異性熱 膨脹系數(shù)。在形成過程中，在激光腔中施加一個單軸向應(yīng)變。
(2) 2000年11月28日公開的Yoshikawa等人的美國專利US 6, 154, 479 中，描述了一個VCSEL，其中偏振方向的控制由限制頂部鏡面的橫截面尺寸 實現(xiàn)，以使在由鏡面提供的波導(dǎo)中只限制一個單橫基模。制作一個非圓形或 者橢圓器件用以控制偏振。
3(3) 2004年8月31日公開的Matsui等人的美國專利US6， 785, 318,B1 中，描述了通過引入應(yīng)激源來控制VCSEL偏振方向的方法。應(yīng)激源被沉積在 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上，它所帶來的應(yīng)力導(dǎo)致了雙折射效應(yīng)和增益的各向異性。使有 源層遠(yuǎn)離應(yīng)激源，增加表面應(yīng)力和應(yīng)激源所產(chǎn)生的增益差，形成穩(wěn)定的出射 偏振方向。
(4) 2005年4月26日公開的Aggerstam等人的美國專利US 6, 885, 690 B2中，描述了通過在出光口形成介質(zhì)膜控制VCSEL的橫模和偏振狀態(tài)。該 膜由兩層或多層介質(zhì)材料組成，每層材料的反射率不同，介質(zhì)膜的尺寸比出 光孔徑小。
(5) 2008年2月19日公開的Ostermann等人的美國專利US 7, 333, 522 B2中，描述了用單片集成面光柵控制VCSEL的偏振狀態(tài)。在第一布拉格反 射層，有源層和第二布拉格反射層中至少有一層是有周期圖案的，這樣來穩(wěn) 定光束的偏振狀態(tài)。
上述所有采取的偏振控制方案所形成的器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其制作步驟比較 繁瑣，對設(shè)備和工藝條件有很高的要求，在技術(shù)上很難推廣，而且上述結(jié)構(gòu) 的VCSEL偏振方向的選擇性也不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前VCSEL裝置出射光偏振方向不可控制性， 特別是VCSEL在大電流下工作時的偏振模式復(fù)雜的缺陷，提出一種可控偏振 方向的垂直腔面發(fā)射激光器，以簡捷的技術(shù)手段實現(xiàn)穩(wěn)定的VCSEL的偏振效 果。
本發(fā)明可控偏振方向的垂直腔面發(fā)射激光器，具有慣用垂直腔面發(fā)射激 光器的p型分布布拉格反射器(DBR)層、有源層、n型分布布拉格反射器 (DBR)層、GaAs襯底、包覆在p型DBR層上的p面電極和敷設(shè)在GaAs 襯底底部的n面電極的層次結(jié)構(gòu)，其特點是，所述的p型DBR層是橫截面矩形或菱形的柱體，并使其矩形的兩相鄰邊或菱形的兩對角線分別平行于
GaAs襯底的(110)晶向和(li0)晶向。
為了控制出射光的偏振方向，本發(fā)明中將p型DBR層做成橫截面是矩形 或菱形的柱體，并使其矩形的兩相鄰邊或菱形的兩對角線分別平行于GaAs 襯底的(110)晶向和(l化)晶向，這是因為(001)襯底的VCSEL激射的兩
個主要的偏振方向為(no)晶向和(iio)晶向。由于本發(fā)明中采用了矩形柱體
或菱形柱體結(jié)構(gòu)，鍍上p面電極后，注入電流的分布就不是各向均勻的，而 是主要集中在襯底的(110)晶向和(l化)晶向，使得電流注入有一定的方向選 擇性，從而使得有源層產(chǎn)生的增益有一定的方向選擇性。
本發(fā)明VCSEL結(jié)構(gòu)制造工藝簡捷、重復(fù)性好，容易推廣，將VCSEL出
射光的偏振方向很好的控制在襯底的(no)晶向和(iio)晶向。


圖1是本發(fā)明可控偏振方向的垂直腔面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)示意圖2、圖3是圖l所示結(jié)構(gòu)的俯視圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖給出的實施例對本發(fā)明結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)說明 參照圖1、 2、 3， 一種可控偏振方向的垂直腔面發(fā)射激光器，包括p型 DBR層2、氧化窗口3、八1203鈍化層4、有源層5、 n型DBR層6、 GaAs襯 底7、包覆在p型DBR層2上的p面電極1和敷設(shè)在GaAs襯底7底部的n 面電極8，所述的p型DBR層2是橫截面為矩形或菱形的柱體，并使其矩形 的兩相鄰邊或菱形的兩對角線分別平行于GaAs襯底7的(110)晶向和(li0) 晶向。
本發(fā)明VCSEL裝置的制作工藝主要步驟先將VCSEL的外延片進(jìn)行減 薄，接著對p面實施濕法刻蝕，將p型DBR層制成橫截面為矩形或菱形的柱 體，并使其矩形的兩鄰邊或菱形的兩對角線分別平行于襯底的(110)晶向和(110)晶向，刻蝕的深度剛好到達(dá)有源層。然后通過合金工藝制備p面電極。 對n面也要先經(jīng)過減薄工藝，接著實施雙面對準(zhǔn)刻蝕，然后經(jīng)過lift-off工藝 形成n面出光窗口。最后通過解理和封裝，完成VCSEL裝置的制作。
權(quán)利要求
1. 一種可控偏振方向的垂直腔面發(fā)射激光器，主要包括p型DBR層(2)、有源層(5)、n型DBR層(6)、GaAs襯底(7)、包覆在p型DBR層(2)上的p面電極(1)和敷設(shè)在GaAs襯底(7)底部的n面電極(8)，其特征在于，所述的p型DBR層(2)是橫截面為矩形或菱形的柱體，并使其矩形的兩相鄰邊或菱形的兩對角線分別平行于GaAs襯底(7)的(110)晶向和(110)晶向。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，特別是一種可控偏振方向的垂直腔面發(fā)射激光器，包括p型DBR層、有源層、n型DBR層、GaAs襯底、包覆在p型DBR層上的p面電極和敷設(shè)在GaAs襯底底部的n面電極，其所述的p型DBR層是橫截面為矩形或菱形的柱體，并使其矩形的兩相鄰邊或菱形的兩對角線分別平行于GaAs襯底的(110)晶向和(110)晶向。本發(fā)明VCSEL結(jié)構(gòu)制造工藝簡捷、重復(fù)性好，容易推廣，將VCSEL出射光的偏振方向很好的控制在襯底的(110)晶向和(110)晶向。
文檔編號G02B5/08GK101521354SQ20091006678
公開日2009年9月2日 申請日期2009年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月8日
發(fā)明者云 劉, 寧永強(qiáng), 偉 王, 王立軍, 莉 秦 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所