[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

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电子技术与微纳光机电系统技术领域，尤其涉及一种偏振波长可调谐垂直腔面发射激光器及其制备方法。

背景技术

波长可调谐垂直腔面发射激光器是在垂直腔面发射激光器的基础上与微纳光机电系统结构集成来改变激光器有效腔长，实现波长连续可调的发光器件。波长可调谐垂直腔面发射激光器在密集波分复用技术及全光网络中具有非常广泛的应用前景。其中，微机械可调谐垂直腔面发射激光器是在外加调谐电压作用下，采用微机械静电调谐实现波长连续输出，具有取代当前在密集波分复用中采用的固定波长半导体激光器阵列的潜力，大大降低系统成本，同时波长可调谐垂直腔面发射激光器将在未来智能光网络中发挥重要作用，此外波长可调谐垂直腔面发射激光器还可用于生物传感、气体吸收谱探测、片上光集成等领域。

波长可调谐垂直腔面发射激光器在诸多应用领域中要求输出光源为稳定的单偏振光，所以研制偏振稳定输出的可调谐垂直腔面发射激光器具有重要意义。目前，垂直腔面发射激光器实现偏振稳定输出主要采用在激光器中引入各向异性的方式，如制作非对称谐振腔、特定晶向外延生长等方法。美国伯克利大学研究组报道了采用单层高对比度光栅(HCG)代替布拉格反射镜(DBR)的可调谐垂直腔面发射激光器，对高对比度光栅的参数进行优化设计实现高反射、光束偏振稳定输出。德国达姆斯塔特工业大学报道了非对称谐振腔结构，通过改变上反射镜不同晶向的曲率，引入各向异性来实现波长调谐的偏振稳定。采用高对比度光栅控制偏振的方法，由于高对比度光栅为单层结构，厚度为百纳米量级，在湿法腐蚀释放光栅时，光栅不可避免的会遭到牺牲层腐蚀液的腐蚀而损坏，该方法增加了工艺制作难度，成品率很低。而利用反射镜不同晶向曲率实现偏振的方法，在反射镜外延时应力和曲率大小不易控制，难以实现偏振稳定、统一。

因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是：如何能够提出一种有效的措施，以解决现有技术存在的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种偏振波长可调谐垂直腔面发射激光器及其制备方法，使波长可调谐垂直腔面发射激光器在波长连续调谐过程中具有波长偏振稳定输出的功能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种偏振波长可调谐垂直腔面发射激光器，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)。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

本发明还提供了一种偏振波长可调谐垂直腔面发射激光器的制备方法，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；