专利名称：可控偏振方向的垂直腔面发射激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)，特别是一种可实现控 制偏振方向的VCSEL。
背景技术：
在激光显示光源领域中，目前采取的大多数激光光源都是用大功率边发 射半导体激光器泵浦全固态激光器，再经过频率转换生成蓝、绿光，而用大 功率VCSEL直接进行腔外倍频则具有很多的优点。要高效的实行腔外倍频， VCSEL的基频光具有稳定可控的偏振方向是非常重要的。
一般的VCSEL都是生长在(001)衬底上，具有良好的柱形对称结构， 理论上激射任意方向上的线性偏振光，从而出射光的偏振方向是不可控制的。 另外，随着注入电流、外加应变、温度等外界条件的变化，输出光的偏振态 也发生转换。所以控制VCSEL基频光偏振特性很重要。目前文献报道的 VCSEL的偏振控制方案主要如下
(1) 1999年9月14日公开的Pamulapati等人的美国专利US 5, 953, 362 中，描述了一个在VCSEL中施加应力的方法来控制偏振。在US5， 953, 362 专利中，VCSEL是共晶地与一个晶核衬底结合，该衬底具有预设各向异性热 膨胀系数。在形成过程中，在激光腔中施加一个单轴向应变。
(2) 2000年11月28日公开的Yoshikawa等人的美国专利US 6, 154, 479 中，描述了一个VCSEL，其中偏振方向的控制由限制顶部镜面的横截面尺寸 实现，以使在由镜面提供的波导中只限制一个单横基模。制作一个非圆形或 者椭圆器件用以控制偏振。
3(3) 2004年8月31日公开的Matsui等人的美国专利US6， 785, 318,B1 中，描述了通过引入应激源来控制VCSEL偏振方向的方法。应激源被沉积在 半导体结构上，它所带来的应力导致了双折射效应和增益的各向异性。使有 源层远离应激源，增加表面应力和应激源所产生的增益差，形成稳定的出射 偏振方向。
(4) 2005年4月26日公开的Aggerstam等人的美国专利US 6, 885, 690 B2中，描述了通过在出光口形成介质膜控制VCSEL的横模和偏振状态。该 膜由两层或多层介质材料组成，每层材料的反射率不同，介质膜的尺寸比出 光孔径小。
(5) 2008年2月19日公开的Ostermann等人的美国专利US 7, 333, 522 B2中，描述了用单片集成面光栅控制VCSEL的偏振状态。在第一布拉格反 射层，有源层和第二布拉格反射层中至少有一层是有周期图案的，这样来稳 定光束的偏振状态。
上述所有采取的偏振控制方案所形成的器件结构复杂，其制作步骤比较 繁琐，对设备和工艺条件有很高的要求，在技术上很难推广，而且上述结构 的VCSEL偏振方向的选择性也不好。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前VCSEL装置出射光偏振方向不可控制性， 特别是VCSEL在大电流下工作时的偏振模式复杂的缺陷，提出一种可控偏振 方向的垂直腔面发射激光器，以简捷的技术手段实现稳定的VCSEL的偏振效 果。
本发明可控偏振方向的垂直腔面发射激光器，具有惯用垂直腔面发射激 光器的p型分布布拉格反射器(DBR)层、有源层、n型分布布拉格反射器 (DBR)层、GaAs衬底、包覆在p型DBR层上的p面电极和敷设在GaAs 衬底底部的n面电极的层次结构，其特点是，所述的p型DBR层是横截面矩形或菱形的柱体，并使其矩形的两相邻边或菱形的两对角线分别平行于
GaAs衬底的(110)晶向和(li0)晶向。
为了控制出射光的偏振方向，本发明中将p型DBR层做成横截面是矩形 或菱形的柱体，并使其矩形的两相邻边或菱形的两对角线分别平行于GaAs 衬底的(110)晶向和(l化)晶向，这是因为(001)衬底的VCSEL激射的两
个主要的偏振方向为(no)晶向和(iio)晶向。由于本发明中采用了矩形柱体
或菱形柱体结构，镀上p面电极后，注入电流的分布就不是各向均匀的，而 是主要集中在衬底的(110)晶向和(l化)晶向，使得电流注入有一定的方向选 择性，从而使得有源层产生的增益有一定的方向选择性。
本发明VCSEL结构制造工艺简捷、重复性好，容易推广，将VCSEL出
射光的偏振方向很好的控制在衬底的(no)晶向和(iio)晶向。
图1是本发明可控偏振方向的垂直腔面发射激光器的结构示意图2、图3是图l所示结构的俯视图。
具体实施例方式
以下结合附图给出的实施例对本发明结构作进一步详细说明 参照图1、 2、 3， 一种可控偏振方向的垂直腔面发射激光器，包括p型 DBR层2、氧化窗口3、八1203钝化层4、有源层5、 n型DBR层6、 GaAs衬 底7、包覆在p型DBR层2上的p面电极1和敷设在GaAs衬底7底部的n 面电极8，所述的p型DBR层2是横截面为矩形或菱形的柱体，并使其矩形 的两相邻边或菱形的两对角线分别平行于GaAs衬底7的(110)晶向和(li0) 晶向。
本发明VCSEL装置的制作工艺主要步骤先将VCSEL的外延片进行减 薄，接着对p面实施湿法刻蚀，将p型DBR层制成横截面为矩形或菱形的柱 体，并使其矩形的两邻边或菱形的两对角线分别平行于衬底的(110)晶向和(110)晶向，刻蚀的深度刚好到达有源层。然后通过合金工艺制备p面电极。 对n面也要先经过减薄工艺，接着实施双面对准刻蚀，然后经过lift-off工艺 形成n面出光窗口。最后通过解理和封装，完成VCSEL装置的制作。
权利要求
1. 一种可控偏振方向的垂直腔面发射激光器，主要包括p型DBR层(2)、有源层(5)、n型DBR层(6)、GaAs衬底(7)、包覆在p型DBR层(2)上的p面电极(1)和敷设在GaAs衬底(7)底部的n面电极(8)，其特征在于，所述的p型DBR层(2)是横截面为矩形或菱形的柱体，并使其矩形的两相邻边或菱形的两对角线分别平行于GaAs衬底(7)的(110)晶向和(110)晶向。
全文摘要
本发明涉及到一种垂直腔面发射半导体激光器，特别是一种可控偏振方向的垂直腔面发射激光器，包括p型DBR层、有源层、n型DBR层、GaAs衬底、包覆在p型DBR层上的p面电极和敷设在GaAs衬底底部的n面电极，其所述的p型DBR层是横截面为矩形或菱形的柱体，并使其矩形的两相邻边或菱形的两对角线分别平行于GaAs衬底的(110)晶向和(110)晶向。本发明VCSEL结构制造工艺简捷、重复性好，容易推广，将VCSEL出射光的偏振方向很好的控制在衬底的(110)晶向和(110)晶向。
文档编号G02B5/08GK101521354SQ20091006678
公开日2009年9月2日 申请日期2009年4月8日 优先权日2009年4月8日
发明者云 刘, 宁永强, 伟 王, 王立军, 莉 秦 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所