CN102496851A - 激光器及其形成方法、谐振腔及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光器及其制作方法、谐振腔及其制作方法，其中所述激光器包括：工作介质区域；谐振腔，包括分别紧邻所述工作介质区域的相对两侧的两个类光栅结构，每一类光栅结构由相邻的单位厚度的第一介质与单位厚度的第二介质构成的子单元周期性重复排布而成，其排布所延伸的方向与预设的激光传出方向一致，其中第一介质和第二介质的折射率不同。本发明的激光器中的谐振腔结构制作简单，并且尤其适用于在硅基底上制作，可以与硅基底的器件集成在一块芯片上，而本发明的激光器，由于其内的谐振腔可以与硅基底的器件集成在一块芯片上，因而也提高了激光器与半导体器件的集成度，扩大了激光器的应用范围。

Description

激光器及其形成方法、谐振腔及其形成方法

技术领域

本发明属于激光器领域，尤其是涉及应用在激光器内的谐振腔，及包含此谐振腔的激光器，以及谐振腔和激光器的形成方法。

背景技术

随着科学技术的发展，激光器的材料、性能、应用等都越来越丰富越广泛，但其结构一般包括以下三个部分：

1、激光工作介质

激光的工作介质是获得激光的必要条件。它是可以实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系。可以是气体、液体、固体或半导体。现有工作介质近千种，可产生的激光波长包括从真空紫外到远红外。

2、激励源

是指为使激光工作介质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励、核能激励等。

3、光学谐振腔

所谓光学谐振腔，是使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡的结构。谐振腔的作用为：①提供光学反馈能力，使受激辐射光子在腔内多次往返以形成相干的持续振荡。通常是由组成腔的两个反射镜的几何形状(反射面曲率半径)和相对组合方式所决定；②对腔内往返振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出激光具有一定的定向性和单色性。是由给定共振腔型对腔内不同行进方向和不同频率的光，具有不同的选择性损耗特性所决定的。

谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，而把其它频率和方向的光加以抑制。

对于一般的激光器来说，谐振腔通常由两块与工作介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成。其中一块几乎全反射，另一块让光大部分反射、少量透射出去，以使激光可透过这块镜子而透射出，成为可利用的激光，而反射部分留在腔内继续增殖光子。

对于半导体器件级别激光器来说，谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的，通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜，如金属膜，以增加反射率，而出光面镀上减反膜，以减小反射率增大透光度。如半导体激光器的谐振腔就是利用与p-n结平面相垂直的自然解理面(110面)构成，它有35％的反射率，已足以引起激光振荡。若需增加反射率可在晶面上镀一层二氧化硅，再镀一层金属银膜，可获得95％以上的反射率。

传统谐振腔无法实现激光器与光波导在同一平面的整合，严重影响光的使用效率，并且对光电器件的进一步整合起到阻碍作用，使得现有技术很难将半导体激光器直接应用于半导体制造领域。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的实施例提供了一种激光器，包括：

工作介质区域；

谐振腔，包括分别紧邻所述工作介质区域的相对两侧的两个类光栅结构，每一类光栅结构由相邻的单位厚度的第一介质与单位厚度的第二介质构成的子单元周期性重复排布而成，其排布方向与预设的激光传出方向一致，其中第一介质和第二介质的折射率不同。

可选的，所述谐振腔位于SOI衬底的顶层硅层内，第一介质的材料为硅，第二介质的材料为氧化硅或氮化硅。

可选的，所述SOI的顶层硅层表面还形成有氧化硅层。

可选的，第一介质的单元厚度、第二介质的单元厚度与激光在真空内传播的波长满足以下关系：

n1×a+n2×b＝kλ/2

其中，a为第一介质的单位厚度，b为第二介质的单位厚度，n1为第一介质的折射率，n2为第二介质的折射率，k为正整数，λ为激光在真空内的波长。

可选的，第一介质的材料为硅，第二介质的材料为氧化硅，所述第一介质的单位厚度a为0.123um，所述第二介质的单位厚度b为0.273um。

可选的，所述第一介质的单位宽度a和第二介质的单位宽度b的和的范围为30nm～999nm。

可选的，两侧的类光栅结构完全挡住所述工作介质区域沿预设的激光传出方向的投影；两侧的类光栅结构中，子单元的重复次数不同。

可选的，所述工作介质区域一侧的类光栅结构中沿预设的激光传出方向留有缝隙以形成一条激光的通路，另一侧的类光栅结构完全挡住所述工作介质区域沿预设的激光传出方向的投影。

本发明的实施例还提供了一种激光器的形成方法，包括：

提供一半导体基底；

在所述半导体基底中形成工作介质区域；

利用光刻胶做掩模在所述工作介质区域两侧刻蚀出沿其中轴线往两边周期性延伸的等距间隔的等宽的多个槽；

沉积氧化硅或者氮化硅填充所述槽。

可选的，所述半导体基底为SOI衬底，所述工作介质区域形成在所述SOI衬底的顶层硅层中。

本发明的实施例也提供了一种谐振腔，应用于激光器的工作介质区域两端，包括：紧邻工作介质区域的相对两侧的两个类光栅结构，每一类光栅结构由单位宽度的第一介质与单位宽度的第二介质构成的子单元周期性重复排布而成，其排布的方向与预设的激光传出方向一致，其中第一介质和第二介质的折射率不同。

可选的，第一介质的材料为硅，第二介质的材料为氧化硅或氮化硅。

可选的，第一介质的单元厚度、第二介质的单元厚度与激光在真空内传播的波长满足以下关系：

n1×a+n2×b＝kλ/2，

其中，a为第一介质的单位厚度，b为第二介质的单位厚度，n1为第一介质的折射率，n2为第二介质的折射率，k为正整数，λ为激光在真空波长。

可选的，包括：第一介质的材料为硅，第二介质的材料为氧化硅；所述第一介质的单位宽度a为0.123um，所述第二介质的单位宽度b为0.273um。

可选的，所述第一介质的单位宽度a和第二介质的单位宽度b的和的范围为30nm～999nm。

可选的，两侧的类光栅结构完全挡住所述工作介质区域沿预设的激光传出方向的投影；两侧的类光栅结构中，子单元的重复次数不同。

可选的，所述谐振腔在工作介质区域某一侧的类光栅结构中沿预设的激光传出方向留有缝隙以使第一介质形成一条通路，另一侧的类光栅结构完全挡住所述工作介质区域沿预设的激光传出方向的投影。

本发明的实施例另提供了一种谐振腔的形成方法，包括：

提供一半导体基底，在所述半导体基底中形成有工作介质区域；

利用光刻胶做掩模在所述工作介质区域两侧刻蚀出沿其中轴线往两边周期性延伸的等距间隔的等宽的细长的槽；

沉积氧化硅或者氮化硅。

可选的，所述半导体基底为SOI衬底，工作介质区域形成在所述SOI衬底的顶层硅层中。

与现有技术相比较，本发明的激光器中的谐振腔结构有如下优点：

1.可使用标准的半导体生产工艺，尤其适用于在硅基底上制作，工艺简单、稳定、方便易行；

2.类光栅结构的子单元中的两种介质材料可以选择折射率相差较大的材料，有利于制备出高效率的谐振腔；

3.光栅的子单元重复次数可以精确控制，以实现对特定的波长的激光的选择，以使激光具有好的单色性；

4.有利于将光源与光波导进行整合，进而可以实现更好的光电整合，提高了光的使用效率。

且具有本发明的谐振腔的激光器也尤其适用于在硅基底上制作，可以与硅基底的器件集成在一块芯片上，与半导体制程兼容，可与电器件实现很好的整合，可以制备出电光调制器件以及光-光调制器件。提高了半导体器件与激光器的集成度，也扩大了激光器的应用范围。对于未来高速芯片的发展具有潜在的意义。

附图说明

图1为本发明激光器的结构示意图。

图2为具有类光栅结构的谐振腔的结构示意图。

图3为谐振腔两侧的类光栅结构子单元重复次数不同的示意图。

图4、图5为谐振腔的某一侧的第二介质留有第一介质的通路的示意图。

具体实施方式

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度，宽度及深度的三维空间尺寸。

本发明提供的用于激光器的光学谐振腔的结构示意图如图1至图2所示，其中，图1为其俯视图，图2是显示各层结构的剖视图。如图1所示，紧邻工作介质区域1相对两侧的是激光器的谐振腔，此谐振腔包括两个类光栅结构，每一类光栅结构由相邻的单位厚度的第一介质A与单位厚度的第二介质B构成的子单元周期性重复排布而成，其排布所延伸的方向与预设的激光传出方向一致。其中，工作介质区域1在一定外加激励条件下能够发生粒子数反转并产生光的受激辐射。

如图2所示，类光栅结构中L1、L2中，相邻的单元厚度的第一介质A和第二介质B为子单元AB，类光栅结构L1、L2就按照子单元AB重复性排布延伸。其中第一介质A和第二介质B的折射率不同。

当工作介质区域1在外加激励下，发生粒子数反转同时产生光的受激辐射，会有各个方向的激光产生，其中会有沿着紧贴着工作介质区域1的类光栅结构中的第一介质A传播的激光。在第一、第二介质A、B的交界面，由于第一介质A和第二介质B的折射率不同，光会在界面处发生反射和透射，而部分光被透射就继续沿着第二介质B、第一介质A传播，到达下一个第一介质A和第二介质B的交界面，部分光被反射而返回。透射的光在每个界面按照相位干涉叠加，最后传出谐振腔。反射回去的光在每个界面按照相位干涉叠加，并返回到工作介质区域1去激发新的受激辐射产生新的激光。这样就形成了光在两侧类光栅结构之间的反复震荡。也即构成了激光器的谐振腔结构。

本发明中的类光栅结构是由第一介质A和第二介质B间隔排布而形成以AB子单元为最小重复单元重复叠加排列的周期性的结构。已有理论表明，当光在介质中传播时，其在每个不同介质的交界面处都会产生反射和透射，其中反射率R和透射率T与两种介质的折射率有关，也与入射光的偏振及角度有关。具体为：

如果入射光的电场垂直于入射光线及折射光线所在的平面，则为S-偏振，其反射系数为：

$R_s={\left(\frac{n_1\cos {\mathrm{\θ}}_i-n_2\cos {\mathrm{\θ}}_t}{n_1\cos {\mathrm{\θ}}_i+n_2\cos {\mathrm{\θ}}_t}\right)}^2={\left[\frac{n_1\cos {\mathrm{\θ}}_i-n_2\sqrt{1-{\left(\frac{n_1}{n_2}\sin {\mathrm{\θ}}_i\right)}^2}}{n_1\cos {\mathrm{\θ}}_i+n_2\sqrt{1-{\left(\frac{n_1}{n_2}\sin {\mathrm{\θ}}_i\right)}^2}}\right]}^2$

如果入射光的电场在入射光线及折射光线的平面内，则为P-偏振，其反射系数为：

$R_p={\left(\frac{n_1\cos {\mathrm{\θ}}_t-n_2\cos {\mathrm{\θ}}_i}{n_1\cos {\mathrm{\θ}}_t+n_2\cos {\mathrm{\θ}}_i}\right)}^2={\left[\frac{n_1\sqrt{1-{\left(\frac{n_1}{n_2}\sin {\mathrm{\θ}}_i\right)}^2}-n_2\cos {\mathrm{\θ}}_i}{n_1\sqrt{1-{\left(\frac{n_1}{n_2}\sin {\mathrm{\θ}}_i\right)}^2}+n_2\cos {\mathrm{\θ}}_i}\right]}^2$

已知的，T＝1-R；

当光正入射时则有：

$R=R_s=R_p={\left(\frac{n_1-n_2}{n_1+n_2}\right)}^2$

$T=T_s=T_p=1-R=\frac{4n_1{n}_2}{{(n_1+n_2)}^2}$

可见当两个介质的折射率相差越大时，反射率R越大，透射率T越小。

对于类光栅结构的周期结构来说，总的透射光是每个界面的透射光按照相位干涉叠加的结果，而总的反射光也是每个界面处的反射光干涉叠加的结果。所以要根据折射率来选择类光栅结构中的两种介质的厚度来使得反射率R接近于1。

经发明人多次实践和理论分析，得出此类光栅结构的谐振腔中第一介质A的单元厚度和第二介质B的单元厚度与激光在真空内传播的波长需满足的关系具体为：

n1×a+n2×b＝kλ/2

其中，a为第一介质A的单元厚度，n1为第一介质A的折射率，b为第二介质B的单元厚度，n2为第二介质B的折射率，k为正整数，λ为激光在真空内的波长。

并且，本发明的谐振腔适用范围为，第一介质A的单位厚度a和第二介质B的单位厚度b的和为30nm～999nm。

不难理解，当类光栅结构的“光栅”越多，即第一介质A和第二介质B的交界面越多，谐振腔两侧的类光栅结构L1或L2中最小重复单元AB的重复次数越多，则被反射的光就越多，能透射出类光栅结构L1或类光栅结构L2的光就越少。理论上，类光栅结构L1、L2无限长时，所有受激辐射产生的激光都传播不出类光栅结构L1、L2。也就是说，这种情况下，类光栅结构L1、L2对于工作介质区域1产生的朝向类光栅结构发出的激光光波的反射率能趋近于百分之百，透射率能趋近于零。那么，通过控制类光栅结构的“光栅”数，也就是类光栅结构L1或L2中子单元AB的重复次数就可以来控制本发明的谐振腔某一侧的反射率，让激光从反射率较小的一侧，即类光栅结构L1或L2中相对较短的一侧透出来。

另外，也可以在类光栅结构L1或L2某一侧的第二介质中留有填充第一介质的缝隙作为通路，使得光从此通路中直接传播出来。

下面结合具体实施例来对本发明的具体细节进行描述。

第一实施例：

第一实施例中以谐振腔的两侧类光栅结构L1、L2的长度不同为例。如图3所示，图中由下至上，分别为SOI衬底的底层硅层201、氧化硅绝缘层202、顶层硅层203，工作介质区域1和从紧贴工作区域1相对的两侧开始的第一介质A、第二介质B周期性交错形成的类光栅结构就形成在顶层硅层203中。某一侧的类光栅结构记为L1和另一侧的类光栅结构L2的长度不同。顶层硅层203上覆盖有氧化硅层300。

本实施例中，工作介质区域1中的激光材料为砷化镓，激光器产生的激光波长为0.84μm。第一介质为硅，折射率为3.42，第二介质为氧化硅，折射率为1.54。第二介质也可以采用氮化硅，或别的折射率与硅不同的介质。

应用发明人总结的关系式：

n1×a+n2×b＝kλ/2

(a为第一介质A的单元厚度，n1为第一介质的折射率，b为第二介质B的单元厚度，n2为第二介质的折射率，k为正整数，λ为激光在真空波长)

再通过多次实践检验，得到本实施例中较佳的参数，第一介质A的单元厚度a为0.123um，第二介质B的单元厚度b为0.273um。

经过发明人仔细研究和反复实践，得到：子单元AB的重复次数为20或以上可以使得反射率为达到98％以上；子单元AB的重复次数为12或以下可以使得透射率达到10％以上。在本实施例中，L1的子单元AB重复次数为20，L2的子单元AB的重复次数为12，如图3所示，10％的激光能够沿着L2的方向传播出来，这样本实施例中的类光栅结构L1、L2就实现了激光器谐振腔的功能。

本实施例中的光波导的功能由顶层硅层203上的氧化硅层300、顶层硅203以及氧化硅绝缘层202组合实现的。当激光在能够沿着L2的方向传播出来后，激光的传播介质为谐振腔外面的硅(未图示)。而传播激光的硅上面和下面介质层都是折射率小于硅的氧化硅，所以，光能局限在其中传播。

工作介质区域1可以以任何方式形成在顶层硅层203中，比如：直接将非硅基底的激光工作介质元件直接贴合在SOI顶层硅里，或在相应区域内沉积硅，而后通过某种手段使硅等直接发光，以作为工作介质区域，或通过某种手段，直接在顶层硅里沉积半导体激光材料等。

在本实施例中，采用刻蚀顶层硅203的硅材料，预留一薄层晶格结构不稳定的硅，通过化学气相沉积的方式使得砷化镓附着这层晶格结构不稳定的硅在SOI基底上生长起来。

具体可以包括：

去掉部分顶层硅，在氧化硅绝缘层202上保留一薄层硅。可以采取的方式为：在顶层硅层201中通过刻蚀形成开口。开口的底部还保留一层硅材料，这一层硅厚度较薄，薄到这层硅的晶体不同于一般的体硅材料，它是近似为二维的薄膜，具有一定的延展性，可以在其上面生长晶格常数具有较小差异的异质晶体。一般来说，这层硅材料的厚度范围为2nm到30nm。也可以采用另外的方式。比如，通过化学机械研磨磨掉顶层硅的硅材料，保留薄到满足上述要求的硅，厚度范围为2nm到30nm。

生长出所需要的激光介质材料。所采用的生长激光介质的方法，可以是分子束外延、化学气相沉积、磁控溅射等。激光介质材料可以包括GaP、GaAs、InP、InGaAs、GaInAsP等等。激光介质材料能够在SOI衬底上生长起来的原因是：氧化硅绝缘层上保留的一薄层硅的晶格结构不稳定，所以，III-V族化合物和II-IV族化合物的半导体激光介质材料的原子，能够附着这一薄层硅的晶键生长起来。激光介质在SOI衬底上形成后，可以采取辅助的工艺以增强其性能。也可以形成另外的部件，以形成完整的半导体激光器。例如形成本实施例中的激光介质为GaAs的工作介质区域：

通过化学气相沉积，使得GaAs附着这层晶格结构不稳定的硅在SOI基底上生长起来，以形成工作介质区域。本实例中采用有机金属化学气相沉积的方法来制备高纯的GaAs材料。所使用的原料包括三乙基镓、AsH₃以及载气He。其生长的具体参数为：三乙基镓流量为2000mgm、AsH₃流量为2200sccm、载气He流量为2000sccm。环境压强为8.2Torr，RF功率为750W，温度为400℃。生长速率为

生长时间为50s。

进行退火工艺，以使生长的激光介质材料的晶格结构更稳定。退火温度为600℃-1200℃之间，时间从5s～600s。若之前运用的是化学机械研磨磨掉顶层硅的硅材料，保留一薄层硅，再在整个表面生长激光介质材料，那么根据实际需要，还可以在退火后，在激光介质层中刻蚀出开口，沉积硅材料填充开口。

运用化学机械研磨工艺，进行全局平坦化。这样就在SOI衬底上形成了激光器的激光介质。激光器的激光介质可以按照阵列式方式排布在多个相互隔离的区域。

形成好激光介质区域后，利用SOI的顶层硅的硅作为第一介质，即利用光刻胶做掩模在顶层硅中，从工作介质区域两相对的侧边开始、沿着预设的激光发出方向等间距的刻蚀一些厚度为0.273um、间距为0.123um的薄片状长方体的槽。然后，沉积二氧化硅，以形成类光栅结构的谐振腔，直到把这些槽填满，并且在表面累积上厚度为

的氧化硅，形成二氧化硅层300。沉积的氧化硅也可以用氮化硅来替换。

第二实施例：

图4是本实施例中谐振腔的结构俯视图，如图中所示，工作介质区域1和从紧贴工作区域1相对的两侧开始的第一介质A、第二介质B周期性交错形成的类光栅结构就形成在顶层硅层203中。其中某一侧的类光栅结构记为L1，另一侧记为L2。图中可见，L2的等间距排列的第二介质B薄片分为两个部分B1和B2，中间留有一条狭缝，所述狭缝完全由第一介质A填充，形成为通路A11，以使得激光从通路A11传播出来。

本实施例子中，工作介质区域1中的激光材料为砷化镓，激光器产生的激光波长为0.84μm。第一介质为硅，其折射率为3.42，第二介质为氧化硅，其折射率为1.54。第二介质也可以采用氮化硅，或别的折射率与硅不同的介质。

应用发明人总结的关系式：

n1×a+n2×b＝kλ/2

(a为第一介质A的单元厚度，n1为第一介质的折射率，b为第二介质B的单元厚度，n2为第二介质的折射率，k为正整数，λ为激光在真空内的波长)

再通过多次实践检验，可得到本实施例中，第一介质A的单元厚度a为0.123um，b为0.273um。

经过发明人仔细研究和反复实践，得到子单元AB的重复次数为20可以达到反射率为98％以上。

B1和B2之间的狭缝的距离，即通路A11的宽为65nm，可使得10％的激光沿着通路A11传播出来。

在顶层硅中，形成工作介质区域1，可以是任何形成工作物质区域的方式，比如：直接将非硅基底的激光介质元件贴合在SOI顶层硅里，或相应区域内形成硅，而后通过某种手段使硅等直接发光，或通过某种手段，直接在顶层硅里沉积半导体激光材料等。在本实施例中，可以为刻蚀顶层硅203的硅材料，预留一薄层晶格结构不稳定的硅，通过化学气相沉积，使得砷化镓附着这层晶格结构不稳定的硅在SOI基底上生长起来。此处同第一实施例中形成工作介质区域的方式。

形成好激光介质区域后，利用SOI的顶层硅的硅作为第一介质，即利用光刻胶做掩模在顶层硅中，从工作介质区域两相对的侧边开始、沿着预设的激光发出方向等间距的刻蚀一些厚度为0.273um、间距为0.123um的薄片状长方体的槽。然后，沉积氧化硅，直到把这些槽填满，以形成类光栅结构的谐振腔，并且在表面累积上厚度为

的二氧化硅。沉积的氧化硅也可以用氮化硅来替换。此处同第一实施例。

第三实施例：

本实施例中谐振腔的结构如图5所示，图中由下至上，分别为SOI衬底的底层硅层201、绝缘层202、顶层硅层203，工作介质区域1和从紧贴工作区域1相对的两侧开始的第一介质A、第二介质B周期性交错形成的类光栅结构就形成在顶层硅层203中。顶层硅层203上覆盖有氧化硅层300。

如图中所示，工作介质区域1和从紧贴工作区域1相对的两侧开始的第一介质A、第二介质B周期性交错形成的类光栅结构就形成在顶层硅层203中。其中某一侧的类光栅结构记为L1，另一侧记为L2。图中可发现，L2中第二介质B薄片没有插到底，在底部留有一条狭缝，填充为第一介质A，以形成通路A22，以便于激光沿着底部A的通路A22传播出来。

本实施例子中，工作介质区域1中的激光材料为砷化镓，激光器产生的激光波长为0.84μm。第一介质为硅，其折射率为3.42，第二介质为氧化硅，其折射率为1.54。第二介质也可以采用氮化硅，或别的折射率与硅不同的介质。

应用发明人总结的关系式：

n1×a+n2×b＝kλ/2

(a为第一介质A的单元厚度，n1为第一介质的折射率，b为第二介质B的单元厚度，n2为第二介质的折射率，k为正整数，λ为激光在真空内的波长)

再通过反复实践，得到子单元AB的重复次数为20可以达到反射率为98％以上。

第二介质B薄片在底部留的填充第一介质材料A的狭缝的高，即通路A22的宽为90nm，使得10％左右的激光沿着通路A22中传播出来。

在顶层硅中，可以以任何方式形成工作介质区域1，可以是任何形成激光激励源的方式，比如：直接将非硅基底的具有激光工作介质的激光元件直接贴合在SOI顶层硅里，或在相应区域内形成硅，而后通过某种手段使硅等直接发光，以作为工作介质区域，或通过某种手段，直接在顶层硅里沉积半导体激光材料等。在本实施例中，可以为刻蚀顶层硅203的硅材料，预留一薄层晶格结构不稳定的硅，通过化学气相沉积，使得砷化镓附着这层晶格结构不稳定的硅在SOI基底上生长起来。具体实施方式同第一实施例。

形成好激光介质区域后，利用SOI的顶层硅的硅作为第一介质，即利用光刻胶做掩模在顶层硅中，从工作介质区域两相对的侧边开始、沿着预设的激光发错方向等间距的刻蚀一些厚度为0.273um、间距为0.123um的薄片状长方体的槽，保持槽底和氧化硅绝缘层202的距离为90nm。然后，沉积二氧化硅，直到把这些槽填满，以形成类光栅结构的谐振腔，并且在表面累积上厚度为

的二氧化硅，形成二氧化硅层300。沉积的氧化硅也可以用氮化硅来替换。此处同第一实施例的具体实施方式。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (19)

1.一种激光器，其特征在于，包括：

工作介质区域；

谐振腔，包括分别紧邻所述工作介质区域的相对两侧的两个类光栅结构，每一类光栅结构由相邻的单位厚度的第一介质与单位厚度的第二介质构成的子单元周期性重复排布而成，其排布方向与预设的激光传出方向一致，其中第一介质和第二介质的折射率不同。

2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述谐振腔位于SOI衬底的顶层硅层内，第一介质的材料为硅，第二介质的材料为氧化硅或氮化硅。

3.如权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述SOI的顶层硅层表面还形成有氧化硅层。

4.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，第一介质的单元厚度、第二介质的单元厚度与激光在真空内传播的波长满足以下关系：

n1×a+n2×b＝kλ/2，

其中，a为第一介质的单位厚度，b为第二介质的单位厚度，n1为第一介质的折射率，n2为第二介质的折射率，k为正整数，λ为激光在真空内的波长。

5.如权利要求4所述的激光器，其特征在于，第一介质的材料为硅，第二介质的材料为氧化硅，所述第一介质的单位厚度a为0.123um，所述第二介质的单位厚度b为0.273um。

6.如权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述第一介质的单位宽度a和第二介质的单位宽度b的和的范围为30nm～999nm。

7.如权利要求4所述的激光器，其特征在于，两侧的类光栅结构完全挡住所述工作介质区域沿预设的激光传出方向的投影；两侧的类光栅结构中，子单元的重复次数不同。

8.如权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述工作介质区域一侧的类光栅结构中沿预设的激光传出方向留有缝隙以形成一条激光的通路，另一侧的类光栅结构完全挡住所述工作介质区域沿预设的激光传出方向的投影。

9.一种激光器的形成方法，其特征在于，包括：

提供一半导体基底；

在所述半导体基底中形成工作介质区域；利用光刻胶做掩模在所述工作介质区域两侧刻蚀出沿其中轴线往两边周期性延伸的等距间隔的等宽的多个槽；

沉积氧化硅或者氮化硅填充所述槽。

10.如权利要求9所述的激光器的形成方法，其特征在于，所述半导体基底为SOI衬底，所述工作介质区域形成在所述SOI衬底的顶层硅层中。

11.一种谐振腔，应用于激光器的工作介质区域两端，其特征在于，包括：

紧邻工作介质区域的相对两侧的两个类光栅结构，每一类光栅结构由单位宽度的第一介质与单位宽度的第二介质构成的子单元周期性重复排布而成，其排布的方向与预设的激光传出方向一致，其中第一介质和第二介质的折射率不同。

12.如权利要求11所述的谐振腔，其特征在于，第一介质的材料为硅，第二介质的材料为氧化硅或氮化硅。

13.如权利要求11所述的谐振腔，其特征在于，第一介质的单元厚度、第二介质的单元厚度与激光在真空内传播的波长满足以下关系：

n1×a+n2×b＝kλ/2，

其中，a为第一介质的单位厚度，b为第二介质的单位厚度，n1为第一介质的折射率，n2为第二介质的折射率，k为正整数，λ为激光在真空波长。

14.如权利要求13所述的谐振腔，其特征在于，包括：第一介质的材料为硅，第二介质的材料为氧化硅；所述第一介质的单位宽度a为0.123um，所述第二介质的单位宽度b为0.273um。

15.如权利要求13所述的谐振腔，其特征在于，所述第一介质的单位宽度a和第二介质的单位宽度b的和的范围为30nm～999nm。

16.如权利要求13所述的谐振腔，其特征在于，两侧的类光栅结构完全挡住所述工作介质区域沿预设的激光传出方向的投影；两侧的类光栅结构中，子单元的重复次数不同。

17.如权利要求13所述的谐振腔，其特征在于，所述谐振腔在工作介质区域某一侧的类光栅结构中沿预设的激光传出方向留有缝隙以使第一介质形成一条通路，另一侧的类光栅结构完全挡住所述工作介质区域沿预设的激光传出方向的投影。

18.一种谐振腔的形成方法，其特征在于，包括：

提供一半导体基底，在所述半导体基底中形成有工作介质区域；

利用光刻胶做掩模在所述工作介质区域两侧刻蚀出沿其中轴线往两边周期性延伸的等距间隔的等宽的细长的槽；

沉积氧化硅或者氮化硅。

19.如权利要求18所述的谐振腔的形成方法，其特征在于，所述半导体基底为SOI衬底，工作介质区域形成在所述SOI衬底的顶层硅层中。

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