[发明专利]一种窄线宽垂直腔面发射激光器及其制备方法

说明书

本发明提供一种窄线宽垂直腔面发射激光器及其制备方法，包括：光栅微腔和垂直腔面发射激光器，所述光栅微腔生长在所述垂直腔面发射激光器的谐振腔之上，且，所述光栅微腔和所述谐振腔相互耦合。本发明提供的一种窄线宽垂直腔面发射激光器及其制备方法，通过将光栅微腔生长在传统的垂直腔面发射激光器上，光栅微腔和谐振腔共同对激光器内部光场进行调制，只有同时满足光栅微腔和谐振腔两个谐振条件的波才能在激光器内部形成稳定的驻波，从而达到压窄线宽的效果；且不需要外置光反馈结构，从而增加了激光器的可靠性，易于与其它器件集成。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种窄线宽垂直腔面发射激光器及其制备方法。

背景技术

垂直腔面发射激光器以其体积小、成本低、易于二维集成等优势，已广泛应用于芯片原子钟、原子陀螺仪和相控阵雷达等领域，但随着科技的发展，人们对于激光器光束质量的要求越来越高，窄线宽激光器成为目前的一大研究重点，目前的半导体激光器实现窄线宽主要是利用光反馈法，利用对波长敏感的光栅、反射镜、光纤波导等光学元件作为外部反射镜，对激光器的出射光进行反射，这种方法增加了激光器谐振腔的有效长度，降低了激光器线宽。

但是由于集成了外部的光学元件，导致激光器系统过于复杂，同时由于外部反馈系统对环境的稳定性要求较高，导致整个激光器的可靠性较差。

发明内容

本发明提供一种窄线宽垂直腔面发射激光器及其制备方法，用以解决现有技术中激光器集成了外部光学元件导致系统过于复杂的缺陷，实现在不附加外部光反馈结构的情况下，得到体积小、结构稳定的窄线宽垂直腔面发射激光器。

本发明提供一种窄线宽垂直腔面发射激光器，包括：光栅微腔和垂直腔面发射激光器，所述光栅微腔生长在所述垂直腔面发射激光器的谐振腔之上，且，所述光栅微腔和所述谐振腔相互耦合，所述光栅微腔为间隔层厚度可调的光栅。

根据本发明提供的一种窄线宽垂直腔面发射激光器，所述光栅微腔的周期可调。

根据本发明提供的一种窄线宽垂直腔面发射激光器，所述光栅微腔由上至下依次包括光栅基底层、光栅间隔层和光栅层。

根据本发明提供的一种窄线宽垂直腔面发射激光器，所述光栅间隔层的厚度可调。

本发明还提供一种窄线宽垂直腔面发射激光器的制备方法，包括：

对垂直腔面发射激光器的上DBR和氧化限制层进行光刻和刻蚀，获取台面；

对所述台面进行氧化，所述氧化限制层由外向内变为绝缘的物质，通过控制氧化深度，在所述台面的中心处留下未被氧化、且导通的氧化层；

在上DBR的表面生长一层SiO₂，并通过光刻和刻蚀，刻蚀掉中心一部分SiO₂；

在上DBR的表面生长一层Ti/Au，并通过光刻和刻蚀，刻蚀掉中心一部分；

在衬底背面生长一层AuGeNi/Au；

在上DBR的表面生长SiO₂、HfO₂和MgF，分别作为所述光栅基底层、所述光栅间隔层和所述光栅层。

根据本发明提供一种窄线宽垂直腔面发射激光器的制备方法，还包括：利用电子束曝光结合刻蚀工艺，对所述光栅层进行刻蚀。

根据本发明提供一种窄线宽垂直腔面发射激光器的制备方法，所述垂直腔面发射激光器通过如下方式获得：

在GaAs衬底上进行外延生长，从下向上依次生长第一数值对Al_0.2Ga_0.8As/Al_0.9Ga_0.1As，作为下DBR；