本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子領(lǐng)域，特別涉及一種具有金屬光柵結(jié)構(gòu)的垂直腔面發(fā)射激光器。

背景技術(shù)：

1、垂直腔面發(fā)射激光器（vertical?cavity?surface?emitting?laser，簡稱vcsel）是一種出光方向垂直于襯底表面的激光器，其量子阱通常生長在（100）方向，所有偏振方向的增益為各向同性。

2、目前，由于垂直腔面發(fā)射激光器橫向尺寸較大，易出現(xiàn)高階橫模，這些模式中每一種模式都包含兩種正交偏振態(tài)。這兩種偏振態(tài)在溫度或偏置電流的變化過程中均會發(fā)生跳變，難以實現(xiàn)穩(wěn)定的偏振選擇特性。因此，具有穩(wěn)定的偏振選擇特性的垂直腔面發(fā)射激光器在原子傳感器件、光通信系統(tǒng)、激光倍頻、氣體探測和光譜分析等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。

3、傳統(tǒng)的垂直腔面發(fā)射激光器具有內(nèi)部產(chǎn)熱嚴重，電流分布不均等問題，自加熱會嚴重影響vcsel的性能。vcsel的輸出功率被溫升引起的熱翻轉(zhuǎn)效應(yīng)嚴重限制。同時，vcsel的壽命和可靠性也會隨著溫度的升高而降低。因此，兼具良好溫度特性的偏振垂直腔面發(fā)射激光器器件在原子傳感器件、光通信系統(tǒng)、激光倍頻、氣體探測和光譜分析等領(lǐng)域的應(yīng)用研究中具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決傳統(tǒng)垂直腔面發(fā)射激光器存在的偏振不穩(wěn)定、器件內(nèi)部產(chǎn)熱嚴重、電流分布不均、自加熱等技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種具有金屬光柵結(jié)構(gòu)的垂直腔面發(fā)射激光器。

2、本發(fā)明提供了一種具有金屬光柵結(jié)構(gòu)的垂直腔面發(fā)射激光器，包括：發(fā)光器件，包括歐姆接觸層和第一電極層；光柵層，形成在歐姆接觸層表面，光柵層包括多個柱狀的光柵凸起和光柵間隙，光柵間隙形成在光柵凸起周圍；其中，光柵凸起為金屬材料，各光柵凸起與第一電極層相連。

3、根據(jù)本發(fā)明的實施例，光柵凸起和光柵間隙的排列分布至少在一個方向上具有周期性，光柵凸起的形狀包括直條形柱狀、彎曲條形柱狀。

4、根據(jù)本發(fā)明的實施例，光柵凸起的材料折射率大于光柵間隙，光柵凸起的材料包括金、銀、銅。

5、根據(jù)本發(fā)明的實施例，光柵間隙中填充有介質(zhì)，介質(zhì)包括空氣或折射率小于光柵凸起的材料。

6、根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一電極層呈環(huán)形凸臺，環(huán)形凸臺的中部形成電極鏤空區(qū)域，用作垂直腔面發(fā)射激光器的出光孔。

7、根據(jù)本發(fā)明的實施例，光柵層設(shè)置在第一電極層的中間區(qū)域，且覆蓋出光孔。

8、根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一電極層形成在歐姆接觸層表面且設(shè)置于光柵間隙外緣。

9、根據(jù)本發(fā)明的實施例，光柵層采用光刻工藝制成。

10、根據(jù)本發(fā)明的實施例，光柵層的周期、光柵寬度由垂直腔面發(fā)射激光器出射激光的偏振模式?jīng)Q定。

11、根據(jù)本發(fā)明的實施例，發(fā)光器件還包括：在歐姆接觸層底面由上至下依次疊設(shè)的p型分布式布拉格反射鏡層、氧化限制層、有源層、n型分布式布拉格反射鏡層、襯底和第二電極層，其中，氧化限制層呈環(huán)形凸臺。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的具有金屬光柵結(jié)構(gòu)的垂直腔面發(fā)射激光器，至少具有以下有益效果：

13、（1）金屬光柵結(jié)構(gòu)可以降低橫電和橫磁兩個模式的其中一個模式的增益，具有偏振選擇特性；

14、（2）金屬光柵結(jié)構(gòu)可以通過金屬良好的散熱特性，使器件溫度分布更均勻；

15、（3）通過對金屬光柵結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)置，可以采用光刻的方式代替電子束曝光，降低成本，使工藝更簡單。

技術(shù)特征：

1.一種具有金屬光柵結(jié)構(gòu)的垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，所述光柵凸起（11）和光柵間隙（10）的排列分布至少在一個方向上具有周期性，所述光柵凸起（11）的形狀包括直條形柱狀、彎曲條形柱狀。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，所述光柵凸起（11）的材料折射率大于所述光柵間隙（10），所述光柵凸起（11）的材料包括金、銀、銅。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，所述光柵間隙（10）中填充有介質(zhì)，所述介質(zhì)包括空氣或折射率小于所述光柵凸起（11）的材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，所述第一電極層（2）呈環(huán)形凸臺，所述環(huán)形凸臺的中部形成電極鏤空區(qū)域，用作所述垂直腔面發(fā)射激光器的出光孔。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，所述光柵層（1）設(shè)置在所述第一電極層（2）的中間區(qū)域，且覆蓋所述出光孔。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，所述第一電極層（2）形成在所述歐姆接觸層（3）表面且設(shè)置于所述光柵間隙（10）外緣。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，所述光柵層（1）采用光刻工藝制成。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，所述光柵層（1）的周期、光柵寬度由所述垂直腔面發(fā)射激光器出射激光的偏振模式?jīng)Q定。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，所述發(fā)光器件還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種具有金屬光柵結(jié)構(gòu)的垂直腔面發(fā)射激光器，涉及半導(dǎo)體光電子領(lǐng)域。該垂直腔面發(fā)射激光器包括：發(fā)光器件，包括歐姆接觸層和第一電極層；光柵層，形成在歐姆接觸層表面，光柵層包括多個柱狀的光柵凸起和光柵間隙，光柵間隙形成在光柵凸起周圍；其中，光柵凸起為金屬材料，各光柵凸起與第一電極層相連。本發(fā)明的金屬光柵結(jié)構(gòu)可以作為垂直腔面發(fā)射激光器的電極，實現(xiàn)器件的歐姆接觸，同時可以使垂直腔面發(fā)射激光器具有偏振特性。該金屬光柵結(jié)構(gòu)在兼顧電極及偏振特性的同時，可以均勻器件電流密度分布，使器件具有更好的溫度特性。該金屬光柵結(jié)構(gòu)在器件制備上相較于傳統(tǒng)的光柵結(jié)構(gòu)，制備方法更簡單，成本更低。

技術(shù)研發(fā)人員：聶語葳,李偉,劉素平,梁松,馬驍宇
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9