一种抗反射垂直腔面发射激光器的制作方法

本发明涉及一种垂直腔面发射激光器，尤其涉及一种抗反射垂直腔面发射激光器。

背景技术：

1、不同于传统的dfb、dbr、fb等eel（边发射）激光器，垂直腔面发射激光器（vertical-cavity surface-emitting laser，vcsel）是一种在与半导体外延片垂直方向上形成光学谐振腔、发出的激光束与衬底表面垂直的半导体激光器结构，具有尺寸小、功耗低、效率高、寿命长、圆形光束以及二维面阵集成等优势，在光通讯、姿态感知传感器、印刷以及磁存储等诸多领域拥有广阔的应用前景。由于传统vcsel存在有源区薄，腔长短，单层增益较小等缺陷，为提高其有效光子限制能力，目前多采用氧化限制型dbr结构。氧化限制型结构形成的氧化孔对注入到有源区的电流具有非常好的横向控制能力，使得横向几乎无电流。同时这一氧化孔结构还可以将激光器有源区发出的光进行一定的横向束缚，使得激光器具有较少的模态，具有较少模态的垂直腔面激光器可以稳定地与光纤进行耦合。

2、连接器、分光器、终端器以及光纤等光子设备的端面具有一定的反射率，垂直腔面激光器在上述设备间进行光传输时，设备端面会将激光器发出的部分光反射回激光器端面，激光器端面的反射率会将上述设备端面反射至激光器端面的光再反射回去，被激光器端面反射回去的光与激光器发出的光存在相位差和光强度差，以上两种光同时被上述设备接收，会恶化光通信信号的传输质量。此外，被反射回激光器的光与激光器自发的光形成相互作用，会改变激光器初始的工作特征如光谱线宽变宽、阈值电流变大、信噪比降低以及相对强度噪声变大等，影响激光器使用性能和可靠性。因此有必要对垂直腔面发射激光器的抗发射性能进行提升。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种具有优异抗反射性能的抗反射垂直腔面发射激光器，且制备工艺简单，实现成本低。

2、本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

3、一种抗反射垂直腔面发射激光器，在激光器的出光窗口外表面设置有厚度为四分之一激光器波长的奇数倍的抗反射层，所述抗反射层由下层的硅基介质层和上层的结晶态ito层构成，所述硅基介质层的折射率介于结晶态ito的折射率与所述出光窗口材料的折射率之间，所述结晶态ito层的厚度为5～15 nm，所述抗反射层中形成有从上表面朝下的一系列纳米柱/纳米孔，所述纳米柱/纳米孔的直径为50～400 nm，所述纳米柱/纳米孔的高度/深度小于等于所述抗反射层厚度且大于等于所述抗反射层厚度的三分之一。

4、优选地，所述硅基介质层为以下材料中的一种或多种复合：sion、sinx、纳米多晶硅。

5、优选地，所述抗反射垂直腔面发射激光器为氧化限制型垂直腔面发射激光器。

6、优选地，所述抗反射层的制备方法包括以下步骤：

7、s1、在激光器的出光窗口外表面形成所述硅基介质层；

8、s2、对所述硅基介质层表面进行疏水表面处理；

9、s3、在所述硅基介质层表面沉积厚度为5～15 nm的非晶态ito，形成非完整性的非晶态ito膜；

10、s4、退火处理使得所沉积的非晶态ito转化为结晶态ito，得到非完整性的结晶态ito层；

11、s5、以所述非完整性的结晶态ito层作为自对准掩模板，对所述硅基介质层进行刻蚀，形成所述纳米柱/纳米孔。

12、进一步优选地，使用射频溅射方式进行所述疏水表面处理。

13、进一步优选地，所述退火处理的退火温度为150～250 ℃，退火时间为60～130 s。

14、相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

15、本发明通过在传统vcsel出光窗口外表面设置具有纳米柱/纳米孔微结构的抗反射层，可有效消除激光器端面反射回去的光与激光器发出的光形成串扰的可能性，提升了光通信信号的传输质量；此外也消除了被反射回激光器的光与激光器自发的光形成相互作用的可能性，提升了激光器使用性能和可靠性；同时，该微结构对反射回激光器端面的光具有非常好的散射作用，消除了被反射回激光器端面的光重新回到激光器内部影响激光器使用性能的可能性。

16、本发明仅需在传统vcsel制备工序之后增加抗反射层的制备工序，无需对现有vcsel制备工艺进行大幅改动，且抗反射层的制备可采用现有的成熟半导体设备、工艺，实现成本较低。

技术特征：

1.一种抗反射垂直腔面发射激光器，其特征在于，在激光器的出光窗口外表面设置有厚度为四分之一激光器波长的奇数倍的抗反射层，所述抗反射层由下层的硅基介质层和上层的结晶态ito层构成，所述硅基介质层的折射率介于结晶态ito的折射率与所述出光窗口材料的折射率之间，所述结晶态ito层的厚度为5～15 nm，所述抗反射层中形成有从上表面朝下的一系列纳米柱/纳米孔，所述纳米柱/纳米孔的直径为50～400 nm，所述纳米柱/纳米孔的高度/深度小于等于所述抗反射层厚度且大于等于所述抗反射层厚度的三分之一。

2.如权利要求1所述抗反射垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述硅基介质层为以下材料中的一种或多种复合：sion、sinx、纳米多晶硅。

3.如权利要求1所述抗反射垂直腔面发射激光器，其特征在于，其为氧化限制型垂直腔面发射激光器。

4.如权利要求1～3任一项所述抗反射垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述抗反射层的制备方法包括以下步骤：

5.如权利要求4所述抗反射垂直腔面发射激光器，其特征在于，使用射频溅射方式进行所述疏水表面处理。

6.如权利要求4所述抗反射垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述退火处理的退火温度为150～250 ℃，退火时间为60～130 s。

技术总结
本发明公开了一种抗反射垂直腔面发射激光器。所述抗反射垂直腔面发射激光器在激光器的出光窗口外表面设置有厚度为四分之一激光器波长的奇数倍的抗反射层，抗反射层由下层的硅基介质层和上层的结晶态ITO层构成，硅基介质层的折射率介于结晶态ITO的折射率与所述出光窗口材料的折射率之间，结晶态ITO层的厚度为5～15 nm，所述抗反射层中形成有从上表面朝下的一系列纳米柱/纳米孔，所述纳米柱/纳米孔的直径为50～400 nm，所述纳米柱/纳米孔的高度/深度小于等于所述抗反射层厚度且大于等于所述抗反射层厚度的三分之一。相比现有技术，本发明抗反射垂直腔面发射激光器具有优异的抗反射性能，且制备工艺简单，实现成本低。

技术研发人员：李加伟,向宇
受保护的技术使用者：苏州长瑞光电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16