具有外腔偏振控制的垂直腔面发射激光器的制作方法

专利名称：具有外腔偏振控制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的偏振控制方案中有利用外腔结构控制偏振的。 在Timothy H. Russel和Tom D. Milster发表的题为"垂直腔面发射激光器中 的偏振转换控制" 一文中，通过利用外腔的光反馈来限制偏振状态随注入电 流的变化量，此文提出设置外腔选择偏振波反馈到VCSEL中，这样通过改变 外腔的Q值来改变不同的偏振状态。
上述采取的偏振控制方案所形成的器件结构的VCSEL偏振选择性效果 不好，而且只是适合于小孔径器件。

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，
3特别是VCSEL在大电流下工作时的偏振模式复杂的缺陷，提出一种具有外腔
偏振控制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。
本发明具有外腔偏振控制的垂直腔面发射激光器，主要包括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面电极和设置在出射光光轴上的外腔高反射镜，其特 点是，在出射光窗口和外腔高反射镜之间还设置一非晶态硅光栅。
由于所选择的光栅厚度很薄，约240nm，周期在50—900nm之间，所以 对VCSEL的出射光有很大影响使出射光垂直于光栅指向；转换其偏振方向； 加强了偏振比；减少了阈值电流。在这个新的外腔结构下，VCSEL的出射光 经过光栅选择后，接着经过外腔镜的二次光反馈再次通过光栅选择，这样使 得输出光在外腔结构中能够获得多次反馈和偏振模式选择，同时也能增加主 导偏振模式的输出功率。由于本发明涉及到的VCSEL的出光口径较大，这样 激射模式就变得多而复杂，通过设置这样的外腔结构，能够对输出光的偏振 特性进行很好的稳定和控制，达到很高的偏振选择比，同时提高了线性偏振 光的输出功率。


图1是本发明VCSEL结构示意图。
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， 一种具有外腔偏振控制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和设置在出射光光 轴上的外腔高反射镜10，其特点是，在出射光窗口和外腔高反射镜10之间 还设置一非晶态硅光栅9。本发明VCSEL装置的制作工艺主要步骤在VCSEL外延片上先进行p 面的光刻、腐蚀和氧化工艺，再进行n面的双面对准光刻，腐蚀和氧化，用 lift-off工艺剥离出电极，形成底发射的VCSEL。通过调节架在VCSEL的出 光口外部设置高反射镜形成F-P外腔，在F-P腔结构中插入非晶态硅光栅元 件，形成新的外腔结构，三者之间的距离根据实际情况调节。
权利要求
1. 一种具有外腔偏振控制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)和设置在出射光光轴上的外腔高反射镜(10)，其特征在于，在出射光窗口和外腔高反射镜(10)之间还设置一非晶态硅光栅(9)。
全文摘要
本发明涉及到一种垂直腔面发射激光器，特别是一种具有外腔偏振控制的垂直腔面发射激光器，主要包括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面电极和设置在出射光光轴上的外腔高反射镜，其特点是，在出射光窗口和外腔高反射镜之间还设置一非晶态硅光栅。本发明通过上述外腔结构，能够对输出光的偏振特性进行很好的稳定和控制，达到很高的偏振选择比，同时提高了线性偏振光的输出功率。
文档编号G02B5/18GK101521355SQ20091006678
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