CN109861078B - 一种面发射激光器及一种面发射激光器阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面发射激光器，包括衬底和类三明治型结构的功能层，功能层包括第一掺杂层、有源层、限制层和第二掺杂层，其中有源层以及限制层位于第一掺杂层与第二掺杂层之间。第一掺杂层与第二掺杂层用于向有源层输送载流子，而载流子会先经过限制层，再传输至有源层复合发光。由于限制层包括绝缘层和导电柱，导电柱与按厚度方向贯穿绝缘层，使得载流子需要通过导电柱才能传输至有源层，会限制有源区发生载流子复合区域的面积，在维持相同载流子密度的情况下，所需的注入电流更小，从而在不改变光子晶体体积以及面积的前提下，减少光子激发所需的阈值电流。本发明还提供了一种面发射激光器阵列，同样具有上述有益效果。

Description

一种面发射激光器及一种面发射激光器阵列

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别是涉及一种面发射激光器及一种面发射激光器阵列。

背景技术

面发射激光器尤其是垂直腔面发射激光器(VCSEL)，自从1977年被提出以来，由于具有圆形对称光斑、低阈值电流、易于二维集成和在面检测等优点，受到越来越多的关注，被广泛应用于光通讯、光互连、传感、光存储、激光显示、激光雷达等众多领域。

但是，常规的VCSEL本身存在着很大的局限性。首先，常规VCSEL需要复杂的上下布拉格反射镜(DBR)外延生长工艺，增加了生长难度和成本。特别是在长波长波段，由于材料晶格匹配的问题，InP(磷化铟)基的DBR结构生长困难。

针对上述问题，现有技术中存在有光子晶体面发射激光器，光子晶体(PhotonicCrystal)是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。光子晶体即光子禁带材料，从材料结构上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。而光子晶体面发射激光器是通过在传统的边发射波导结构中引入光子晶体，通过倏逝波将有源层内的光场耦合到光子晶体结构中，利用二维布拉格衍射作用实现光在光子晶体平面内的大面积相干谐振，并利用一阶布拉格衍射实现光在垂直方向上的输出，从而达到高的单模输出功率。

但是，在现有技术中存在着阈值电流过高的问题，所提如何降低光子晶体面发射激光器的阈值电流是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种面发射激光器，具有较低的阈值电流；本发明还提供了一种面发射激光器阵列，具有较低的阈值电流。

为解决上述技术问题，本发明提供一种面发射激光器，包括衬底、功能层、第一电极以及第二电极；

所述功能层包括第一掺杂层、有源层、限制层和第二掺杂层，所述第一掺杂层与所述第二掺杂层相对设置，所述第一掺杂层与所述衬底接触，所述第二掺杂层位于所述第一掺杂层背向所述衬底一侧；所述第二掺杂层背向所述衬底一侧表面设置有光子晶体；

所述有源层位于所述第一掺杂层与所述第二掺杂层之间；所述有源层与所述第一掺杂层之间，和/或所述有源层与所述第二掺杂层之间设置有所述限制层；所述限制层包括绝缘层和导电柱，所述导电柱沿厚度方向贯穿所述绝缘层；

所述第一电极与所述第一掺杂层电连接，所述第二电极与所述第二掺杂层电连接。

可选的，所述导电柱位于所述绝缘层的中心区域。

可选的，所述导电柱沿垂直于所述绝缘层厚度方向的截面直径的取值范围为30μm至100μm，包括端点值。

可选的，所述光子晶体的元胞包括空气柱，所述空气柱位于所述第二掺杂层背向所述衬底一侧表面，所述空气柱的轴线与所述第二掺杂层的厚度方向相互平行。

可选的，所述空气柱高度的取值范围为所述第二掺杂层厚度的50％至100％，包括端点值。

可选的，所述衬底为n型衬底；所述第一掺杂层为n型掺杂层，所述第二掺杂层为p型掺杂层。

可选的，所述衬底朝向所述第一掺杂层一侧表面设置有台阶面，所述第一电极位于所述台阶面，所述第一电极与所述第一掺杂层之间设置有间隙。

可选的，所述功能层的侧壁设置有覆盖所述功能层侧壁的光反射层。

可选的，所述光反射层包括光子晶体全反射镜和/或布拉格反射镜。

本发明还提供了一种面发射激光器阵列，包括多个如上述任一项所述的面发射激光器。

本发明所提供的一种面发射激光器，包括衬底和类三明治型结构的功能层，功能层包括第一掺杂层、有源层、限制层和第二掺杂层，其中有源层以及限制层位于第一掺杂层与第二掺杂层之间。第一掺杂层与第二掺杂层用于向有源层输送载流子，而载流子会先经过限制层，再传输至有源层复合发光。由于限制层包括绝缘层和导电柱，导电柱与按厚度方向贯穿绝缘层，使得载流子需要通过导电柱才能传输至有源层，即该导电柱具有聚集作用，会限制有源区发生载流子复合区域的面积，在维持相同载流子密度的情况下，所需的注入电流更小。由于光子晶体的结构对应发射激光的波长，设置限制层可以在不改变光子晶体体积以及面积的前提下，减少光子激发所需的阈值电流。

本发明还提供了一种面发射激光器阵列，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种面发射激光器的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种具体的面发射激光器的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的另一种具体的面发射激光器的正视结构示意图；

图4为图3的俯视结构示意图；

图5为图3中光子晶体的光子带结构图。

图中：1.衬底、2.功能层、21.第一掺杂层、22.第二掺杂层、23.有源层、24.限制层、241.绝缘层、242.导电柱、25.光子晶体、251.空气柱、3.第一电极、4.第二电极、5.光反射层。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种面发射激光器。在现有技术中，通常整层有源层均用于发射激光，此时载流子的注入面积为有源层整个表面的面积，从而导致载流子的注入面积过大。在外界相同注入电流时使得载流子的密度较低，从而导致有源层激发光子所需的阈值电流较大。

而本发明所提供的一种面发射激光器，包括衬底和类三明治型结构的功能层，功能层包括第一掺杂层、有源层、限制层和第二掺杂层，其中有源层以及限制层位于第一掺杂层与第二掺杂层之间。第一掺杂层与第二掺杂层用于向有源层输送载流子，而载流子会先经过限制层，再传输至有源层复合发光。由于限制层包括绝缘层和导电柱，导电柱与按厚度方向贯穿绝缘层，使得载流子需要通过导电柱才能传输至有源层，即该导电柱具有聚集作用，会限制有源区发生载流子复合区域的面积，在维持相同载流子密度的情况下，所需的注入电流更小。由于光子晶体的结构对应发射激光的波长，设置限制层可以在不改变光子晶体体积以及面积的前提下，减少光子激发所需的阈值电流。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种面发射激光器的结构示意图。

参见图1，在本发明实施例中，所述面发射激光器包括衬底1、功能层2、第一电极3以及第二电极4；所述功能层2包括第一掺杂层21、有源层23、限制层24和第二掺杂层22，所述第一掺杂层21与所述第二掺杂层22相对设置，所述第一掺杂层21与所述衬底1接触，所述第二掺杂层22位于所述第一掺杂层21背向所述衬底1一侧；所述第二掺杂层22背向所述衬底1一侧表面设置有光子晶体25；所述有源层23位于所述第一掺杂层21与所述第二掺杂层22之间；所述有源层23与所述第一掺杂层21之间，和/或所述有源层23与所述第二掺杂层22之间设置有所述限制层24；所述限制层24包括绝缘层241和导电柱242，所述导电柱242沿厚度方向贯穿所述绝缘层241；所述第一电极3与所述第一掺杂层21电连接，所述第二电极4与所述第二掺杂层22电连接。

上述衬底1主要起支撑作用，上述功能层2需要设置在衬底1的某一表面。上述衬底1在本发明实施例中通常为n型衬底1，即在该衬底1中多子为电子。通常情况下，在本发明实施例中衬底1的材质通常为n型GaAs(砷化镓)。当然，在本发明实施例中也可以选用其他材质的衬底1，有关衬底1的具体材质以及具体厚度等参数在本发明实施例中并不做具体限定。

上述功能层2用于发射激光。具体的，在本发明实施例中功能层2呈类三明治型结构，该功能层2包括第一掺杂层21，第二掺杂层22，有源层23以及限制层24。其中第一掺杂层21与第二掺杂层22相对设置，而与衬底1直接接触的掺杂层在本发明实施例中为第一掺杂层21，而第二掺杂层22位于第一掺杂层21背向衬底1一侧表面。通常情况下，第一掺杂层21与衬底1掺杂杂质的类型相同，即若衬底1为n型衬底1，则第一掺杂层21为n型掺杂层，用于在发射激光时向有源层23提供电子。具体的，在本发明实施例中第一掺杂层21的材质通常为n型掺杂的Al_0.4Ga_0.6As。当然，在本发明实施例中也可以选用其他材质的第一掺杂层21，有关第一掺杂层21的相关参数在本发明实施例中并不做具体限定。

相应的，上述第二掺杂层22中掺杂的杂质类型与第一掺杂层21中掺杂的杂质类型相反，即若第一掺杂层21为n型掺杂层，则第二掺杂层22为p型掺杂层，用于在发射激光时向有源层23提供空穴。具体的，在本发明实施例中第二掺杂层22的材质通常为p型掺杂的Al_0.4Ga_0.6As。当然，在本发明实施例中也可以选用其他材质的第二掺杂层22，有关第二掺杂层22的相关参数在本发明实施例中并不做具体限定。通常情况下，上述第一掺杂层21的材质以及第二掺杂层22的材质的折射率需要低于有源层23的的折射率，从而使得第一掺杂层21以及第二掺杂层22可以在垂直方向上对有源层23产生的光场起到限制作用。

上述有源层23位于第一掺杂层21与第二掺杂层22之间，在发射激光时，第一掺杂层21以及第二掺杂层22中的两种载流子会在有源层23中发生复合并产生光子。具体的，上述有源层23的结构可以具体为量子点结构、量子阱结构、分离限制异质结结构中的一种，即有源层23可以具体为量子点有源层23、量子阱有源层23、分离限制异质结有源层23中的一种。有关有源层23的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

上述第二掺杂层22背向衬底1一侧表面设置有光子晶体25，在本发明实施例中，有源层23产生的光场可以通过倏逝波耦合到光子晶体25中，由于光子晶体25中不同折射率的介质呈周期性排列这一特殊结构，在光子晶体25内光利用二维布拉格衍射作用可以实现大面积相干谐振，并利用一维布拉格衍射作用可以实现传输方向上的输出。有关光子晶体25的具体原理可以参考现有技术，在本发明实施例中并不再进行赘述。有关光子晶体25的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

上述限制层24用于限制有源区发生载流子复合区域的面积，以增加载流子密度，减少光子激发所需的阈值电流。在本发明实施例中，当仅设置一层限制层24时，该限制层24通常位于有源层23与第一掺杂层21之间，或有源层23与第二掺杂层22之间；当设置有两层限制层24时，该限制层24通常分别位于有源层23与第一掺杂层21之间，以及有源层23与第二掺杂层22之间；即上述限制层24需要位于载流子到有源层23的传输路径当中，起到限制载流子传输面积的作用。

具体的，在本发明实施例中限制层24包括绝缘层241以及导电柱242，其中绝缘层241为限制层24的主体结构，用于防止载流子通过；导电柱242沿厚度方向贯穿该绝缘层241，即若限制层24位于有源层23与第一掺杂层21之间，上述导电柱242会使有源层23与第一掺杂层21电连接；若限制层24位于有源层23与第二掺杂层22之间，上述导电柱242会时有源层23与第二掺杂层22电连接。上述载流子可以通过导电柱242移动至有源层23，进而发生载流子复合产生光子。从载流子方面来看，上述限制层24中的导电柱242相当于允许载流子通过通孔，该导电柱242具有聚集作用，通过该导电柱242可以限制载流子与有源层23之间的传输面积，增加载流子密度，降低阈值电流。需要说明的是，上述限制层24仅仅会对载流子，即电传输路径进行限制，并不会对光传输路径造成影响，即不需要改变光子晶体25的体积以及面积。

具体的，在本发明实施例中，所述导电柱242通常位于所述绝缘层241的中心区域。由于导电柱242与有源层23相接触的区域即载流子复合发生的区域，将导电柱242设置于绝缘层241的中心区域可以使得载流子在有源层23的中心区域发生复合，即在有源层23的中心区域产生光子。导电柱242位于中心区域相较于位于边缘，载流子的注入(或者说光增益)更加均匀和对称，因此最终出射激光的光斑和光束质量也相对更好。当然，理论上，导电柱242不位于绝缘层241中心区域也是可以实现预设波段的激光出射。即在本发明实施例中对于导电柱242具体的位置并不做具体限定。

在本发明实施例中，上述导电柱242沿垂直于所述绝缘层241厚度方向的截面直径的取值范围为30μm至100μm，包括端点值。即上述导电柱242横截面的直径通常在30μm至100μm之间，包括端点值。将导电柱242横截面的直径限制在上述范围内可以保证有效降低激光器阈值电流的同时，可以保证足够的光强以及较低的工作温度。

通常情况下，在本发明实施例中，上述导电柱242的材质通常为Al_0.98Ga_0.02As这一高铝材质，而绝缘层241的材质通常为Al_0.98Ga_0.02As的氧化后材质。在制备上述限制层24时，通常是先制备一整层Al_0.98Ga_0.02As，再对除去上述导电柱242对应的区域之外的Al_0.98Ga_0.02As进行氧化，通常是通过湿氮氧化工艺将除去上述导电柱242对应的区域之外的区域氧化成绝缘层241，以完成限制层24的制备。需要说明的是，上述导电柱242的高度通常与限制层24的厚度相同，但是导电柱242横截面的形状可以是与圆形、矩形、椭圆形等等均可，在本发明实施例中对于导电柱242横截面的形状并不做具体限定。相应的，在本发明实施例中可以在限制层24中设置多个导电柱242，有关导电柱242的具体数量在本发明实施例中同样不做具体限定。

上述第一电极3需要与第一掺杂层21电连接，第二电极4需要与第二掺杂层22电连接。在本发明实施例中第一电极3与第二电极4为外界电源与本发明实施例所提供的面发射激光器之间的接触点，外界电源需要通过上述第一电极3以及第二电极4向激光器提供上述阈值电流。有关第一电极3以及第二电极4的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

本发明实施例所提供的一种面发射激光器，包括衬底1和类三明治型结构的功能层2，功能层2包括第一掺杂层21、有源层23、限制层24和第二掺杂层22，其中有源层23以及限制层24位于第一掺杂层21与第二掺杂层22之间。第一掺杂层21与第二掺杂层22用于向有源层23输送载流子，而载流子会先经过限制层24，再传输至有源层23复合发光。由于限制层24包括绝缘层241和导电柱242，导电柱242与按厚度方向贯穿绝缘层241，使得载流子需要通过导电柱242才能传输至有源层23，即该导电柱242具有聚集作用，会限制有源区发生载流子复合区域的面积，在维持相同载流子密度的情况下，所需的注入电流更小。由于光子晶体25的结构对应发射激光的波长，设置限制层24可以在不改变光子晶体25体积以及面积的前提下，减少光子激发所需的阈值电流。

有关本发明实施例所提供的一种面发射激光器的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图2，图2为本发明实施例所提供的一种具体的面发射激光器的结构示意图。

区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对面发射激光器的结构进行具体限定。其余内容已在上述发明实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图2，在本发明实施例中，所述功能层2的侧壁可以设置有覆盖所述功能层2侧壁的光反射层5。所谓光反射层5即对光具有较高反射率的层结构，该光反射层5通常是覆盖整个功能层2侧壁，包裹整个功能层2以防止功能层2内光线沿侧向泄露。由于在本发明实施例中光线主要沿垂直方向射出面发射激光器，而光线通常是沿侧向方向发生相干谐振。若在侧向方向上泄露过多光线，会明显降低面发射激光器所发出光线的强度。而设置有上述光反射层5后，可以有效防止本发明实施例所提供的面发射激光器中光线的侧向泄露。

具体的，在本发明实施例中，所述光反射层5包括光子晶体全反射镜和/或布拉格反射镜。即在本发明实施例中，光反射层5的结构可以具体为光子晶体全反射镜；也可以是布拉格反射镜；还可以是多层结构，其中一层结构为光子晶体全反射镜，另一层结构为布拉格反射镜。当然，在本发明实施例中还可以选用其他结构的光反射层5，例如反射率高达90％的高反射率介质膜等等均可，在本发明实施例对于光反射层5的具体结构并不做具体限定。通常情况下，在本发明实施例中会采用电子束蒸镀的方法设置上述光反射层5。当然，在本发明实施例中也可以通过其他方法设置光反射层5，有关光反射层5具体的设置方法在本发明实施例中并不做具体限定。

需要说明的是，设置上述防反射层具有降低面发射激光器内阈值增益的作用。阈值增益与光反射层5反射率之间的关系可以参考下述公式：

其中gth指阈值增益、γ是指光学限制因子，α是指材料损耗，i是虚数单位，L指相对的两个侧壁之间的距离；R₁＝R₂为光反射层5的反射率。从该公式中可以看出，阈值增益gth与光反射层5的反射率之间成反比，光反射层5的反射率越高，阈值增益gth越低。

本发明实施例所提供的一种面发射激光器，在功能层2的侧壁设置有覆盖功能层2侧壁的光反射层5。通过光反射层5可以有效防止功能层2内光线沿侧向泄露，并有效降低面发射激光器内的阈值增益。

有关本发明实施例所提供的一种面发射激光器的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图3，图4以及图5，图3为本发明实施例所提供的另一种具体的面发射激光器的正视结构示意图；图4为图3的俯视结构示意图；图5为图3中光子晶体的光子带结构图。

区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对面发射激光器的结构进行具体限定。其余内容已在上述发明实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图3以及图4，在本发明实施例中，所述光子晶体25的元胞包括空气柱251，所述空气柱251位于所述第二掺杂层22背向所述衬底1一侧表面，所述空气柱251的轴线与所述第二掺杂层22的厚度方向相互平行。

上述元胞即光子晶体25内呈周期性重复的单元，在光子晶体25的元胞中至少包括两种不同折射率的介质。在本发明实施例中，光子晶体25的元胞包括空气柱251，而该空气柱251位于第二掺杂层22背向衬底1一侧表面，即在本发明实施例中光子晶体25的元胞中，第一种介质的材质为第二掺杂层22的材质，而第二种介质的材质为空气。空气的折射率为1，通常远低于第一种介质的折射率。在本发明实施例中，在第二掺杂层22背向衬底1一侧表面刻蚀有规则排列的空气柱251，一空气柱251与该空气柱251周围的介质构成光子晶体25的元胞，上述全部空气柱251及空气柱251周围的介质在第二掺杂层22背向衬底1一侧表面形成上述光子晶体25。通过刻蚀空气柱251的方式可以便捷有效的在面发射激光器中设置光子晶体25，且空气柱251的反射率与周围介质的反射率通常相差较大，使得光子晶体25具有良好的性能。

具体的，在本发明实施例中，上述空气柱251的横截面形状可以是圆形、椭圆形、三角形等等均可，在本发明实施例中对于空气柱251横截面的形状并不做具体限定；同样在本发明实施例中对于空气柱251数量同样不做具体限定。在本发明实施例中，上述光子晶体25的晶格可以是三角形晶格或正方形晶格，有关光子晶体25晶格具体的种类在本发明实施例中同样不做具体限定。

作为优选的，在本发明实施例中所述空气柱251高度的取值范围为所述第二掺杂层22厚度的50％至100％，包括端点值。即在刻蚀上述第二掺杂层22以制备光子晶体25时，其刻蚀深度可以是第二掺杂层22厚度的50％至100％，包括端点值。将空气柱251高度的取值设置在上述范围内可以保证有源层23产生的光场可以通过倏逝波耦合到光子晶体25中，从而使得光子晶体25可以对光进行调制。

在本发明实施例中，所述衬底1朝向所述第一掺杂层21一侧表面设置有台阶面，所述第一电极3位于所述台阶面，所述第一电极3与所述第一掺杂层21之间设置有间隙。即在本发明实施例中，第一电极3具体位于衬底1朝向第一掺杂层21一侧表面，且不直接与第一掺杂层21接触，而是通过衬底1与第一掺杂层21电连接，不将第一电极3与第一掺杂层21直接接触可以保证外界电源的电流可以尽可能多的调用第一掺杂层21内载流子。由于通常情况下第二电极4位于第二掺杂层22背向衬底1一侧表面，相应的上述第一电极3与第二电极4可以从本发明实施例所提供的面发射激光器的一侧设置，便于面发射激光器的制备。具体的，在本发明实施例中，上述第一电极3的材质可以具体为AuGeNiAu合金，上述第二电极4的材质可以具体为TiAu合金。当然，在本发明实施例中可以选用其他材质的第一电极3以及第二电极4，在本发明实施例中并不做具体限定。

在本发明实施例中，面发射激光器的目标激射波长为1.3μm。具体的，上述光子晶体25采用三角晶格结构，光子晶体25内空气柱251的结构成圆柱形，该光子晶体25的能带结构如图5所示。其中，图3的横坐标为波矢k，Г点是指布里渊区的零点，在Г点处的能带色散为零，所对应频率的谐振最强。在本发明实施例中，通过调整光子晶体25的结构参数，可以使Г点得带边对应的频率为2.3THz，其对应的光波长为1.3μm。具体的，在本发明实施例中是将光子晶体25的周期设置为0.53μm，占空比设置为0.26，从而使Г点处的带边对应的频率为2.3THz。根据光子晶体25的带边谐振效应，可以实现在1.3μm处的垂直面发射输出。

相应的，在本发明实施例中上述光反射层5的膜系结构可以为164nm ZrO₂/80nmAg/30nm ZrO₂，其中厚度为164nm的ZrO₂层位于光反射层5朝向功能层2一侧，厚度为30nm的ZrO₂层位于光反射层5背向功能层2一侧，厚度为80nm的Ag位于上述两层ZrO₂之间。上述结构的光反射层5对于波长为1.3μm的光的反射率高达95％以上，可以有效防止光线的侧向泄露。

相应的，在本发明实施例中有源层23具体采用可以产生1.3μm波长光线的InAs/GaAs量子点材料，第一掺杂层21为n型掺杂的Al_0.4Ga_0.6As，第二掺杂层22为p型掺杂的Al_0.4Ga_0.6As；限制层24内导电柱242的材质通常为Al_0.98Ga_0.02As这一高铝材质，而绝缘层241的材质通常为Al_0.98Ga_0.02As的氧化后材质。

本发明实施例所提供的一种面发射激光器，通过刻蚀空气柱251的方式可以便捷有效的在面发射激光器中设置光子晶体25；不将第一电极3与第一掺杂层21直接接触可以保证外界电源的电流可以尽可能多的调用第一掺杂层21内载流子。

本发明还提供了一种面发射激光器阵列，包括多个如上述任一发明实施例所提供的面发射激光器。通常情况下，面发射激光器阵列中的多个面发射激光器平铺与同一表面，该多个面发射激光器的发射面朝向同一方向，在工作时多个面发射激光器朝同一方向发射激光。其余部件请参照现有技术，在此不再进行赘述。

由于上述发明实施例多提供的面发射激光器具有较低的阈值电流，相应的本发明实施例所提供的面发射激光器阵列同样可以具有较低的阈值电流，有利于面发射激光器阵列的实际应用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种面发射激光器及一种面发射激光器阵列进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种面发射激光器，其特征在于，包括衬底、功能层、第一电极以及第二电极；

所述功能层包括第一掺杂层、有源层、限制层和第二掺杂层，所述第一掺杂层与所述第二掺杂层相对设置，所述第一掺杂层与所述衬底接触，所述第二掺杂层位于所述第一掺杂层背向所述衬底一侧；所述第二掺杂层背向所述衬底一侧表面设置有光子晶体；

所述有源层位于所述第一掺杂层与所述第二掺杂层之间；所述有源层与所述第一掺杂层之间，和/或所述有源层与所述第二掺杂层之间设置有所述限制层；所述限制层包括绝缘层和导电柱，所述导电柱沿厚度方向贯穿所述绝缘层；

所述第一电极与所述第一掺杂层电连接，所述第二电极与所述第二掺杂层电连接；

所述功能层的侧壁设置有覆盖所述功能层侧壁的光反射层；

所述第一掺杂层的折射率以及所述第二掺杂层的折射率均低于所述有源层的折射率；

所述有源层产生的光场通过倏逝波耦合进所述光子晶体，通过所述光子晶体的二维布拉格衍射作用相干谐振，并通过所述光子晶体的一阶布拉格衍射作用垂直输出。

2.根据权利要求1所述的面发射激光器，其特征在于，所述导电柱位于所述绝缘层的中心区域。

3.根据权利要求2所述的面发射激光器，其特征在于，所述导电柱沿垂直于所述绝缘层厚度方向的截面直径的取值范围为30μm至100μm，包括端点值。

4.根据权利要求1所述的面发射激光器，其特征在于，所述光子晶体的元胞包括空气柱，所述空气柱位于所述第二掺杂层背向所述衬底一侧表面，所述空气柱的轴线与所述第二掺杂层的厚度方向相互平行。

5.根据权利要求4所述的面发射激光器，其特征在于，所述空气柱高度的取值范围为所述第二掺杂层厚度的50％至100％，包括端点值。

6.根据权利要求1所述的面发射激光器，其特征在于，所述衬底为n型衬底；所述第一掺杂层为n型掺杂层，所述第二掺杂层为p型掺杂层。

7.根据权利要求1所述的面发射激光器，其特征在于，所述衬底朝向所述第一掺杂层一侧表面设置有台阶面，所述第一电极位于所述台阶面，所述第一电极与所述第一掺杂层之间设置有间隙。

8.根据权利要求1所述的面发射激光器，其特征在于，所述光反射层包括光子晶体全反射镜和/或布拉格反射镜。

9.一种面发射激光器阵列，其特征在于，包括多个如权利要求1至8任一项权利要求所述的面发射激光器。

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