[发明专利]偏振波长可调谐垂直腔面发射激光器及其制备方法

权利要求书

1.一种偏振波长可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，采用双片集成结构，具体的：在半对称激光器中，从上到下依次为亚波长光栅(6)、p型注入电极(5)、P型欧姆接触层(12)、P型铝砷化镓对层(15)、铝砷化镓氧化电流限制层(7)、有源区(8)、n型铝砷化镓对层(9)、n型砷化镓衬底(1)、衬底欧姆接触电极层(11)，微机械薄膜中，调谐电极欧姆接触层(10)、调谐电极(3)交替生长19对铝砷化镓层、砷化镓层(2)，构成激光器上分布反馈布拉格反射镜(DBR)微机械薄膜结构；每层铝砷化镓层、砷化镓层的厚度为波长四分之一的整数倍；薄膜下一层为镓铟磷腐蚀停层(13)、有机聚合物(4)、砷化镓衬底(1)和空气隙(14)。

2.根据权利要求1所述的偏振波长可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，亚波长光栅置于谐振腔内部，与内部光场强耦合，利用亚波长光栅的“形式双折射”效应，实现偏振稳定输出。

3.根据权利要求1所述的偏振波长可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，所采用的双片集成结构，通过二次工艺制备得到，并对激光器发光区与微机械薄膜分别进行优化。

4.根据权利要求1所述的偏振波长可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述微机械薄膜部分采用背面湿法腐蚀或干法刻蚀衬底(1)的材料所得。

5.根据权利要求1所述的偏振波长可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述半对称激光器部分是不包含上DBR反射镜，仅包含下DBR和有源区的非对称结构。

6.根据权利要求1所述的偏振波长可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述微机械部分与半对称激光器部分是通过键和或聚合物(4)结合在一起。

7.根据权利要求1所述的偏振波长可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述亚波长光栅周期为小于等于所设波长长度，在光栅入射和出射面对光波衍射级次进行控制。

8.一种偏振波长可调谐垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，包括：

采用金属有机化学汽相淀积或者分子束外延系统在n-砷化镓衬底上依次外延生长36对n型铝砷化镓层与n型砷化镓层构成DBR反射镜，3对Ga_0.83In_0.17As/GaAs_0.92P_0.08量子阱结构有源区，氧化限制层Al_0.98Ga_0.2As层，2对P型铝砷化镓层与P型砷化镓层构成DBR反射镜和p型欧姆接触层；

采用金属有机化学汽相淀积或者分子束外延系统在n-砷化镓衬底上依次外延生长四分之一波长λ厚的镓铟磷腐蚀停层和22.5对厚度的n型铝砷化镓层与n型砷化镓层构成DBR反射镜；

利用光刻和选择性湿法腐蚀相结合的方法将22.5对砷化镓层与铝砷化镓层构成的DBR反射镜暴露并形成薄膜图形台面结构，直到露出镓铟磷腐蚀停层；

在薄膜正面溅射Ti/Au，光刻、腐蚀出薄膜圆面出光孔，将悬臂上的Ti/Au保留；

将外延片衬底减薄，抛光、洗净，用PECVD生长二氧化硅层，旋涂型号为AZ4620的光刻胶，将薄膜台面图形与长有二氧化硅层的衬底背面通孔图形对准，进行二次光刻。腐蚀显影后暴露出来的二氧化硅层，保留未曝光的光刻胶组成二氧化硅和光刻胶的双层掩膜；

采用感应耦合等离子体刻蚀对GaAs进行通孔刻蚀；

干法通孔刻蚀完成后，用DBR腐蚀液腐蚀掉干法刻蚀过程中残余GaAs，直至腐蚀到露出GaInP腐蚀停层；

用GaInP腐蚀停层腐蚀液腐蚀掉GaInP层，释放薄膜；

将金属有机化学汽相淀积或者分子束外延生长好的发光区外延片，光刻出台阶，用DBR腐蚀液腐蚀出台面，直到露出Al_0.98Ga_0.02As氧化限制层侧壁；

利用高温氧化炉设备对器件氧化限制层进行横向氧化，形成注入电流限制孔径；

用PECVD在外延片上淀积厚的SiO₂，光刻、腐蚀台面出光孔；

溅射Ti/Au，光刻、腐蚀，制备欧姆接触电极；

在发光区表面出光孔处，利用电子束直写技术对亚波长光栅参数进行曝光，显影去电子束光刻胶，然后采用感应耦合等离子体刻蚀刻蚀出亚波长光栅；

在制作好的发光区表面旋涂聚合物，光刻出聚合物台面，采用自对准工艺将微机械薄膜与发光区部分进行粘和、固化，完成器件制作。