CN113054531B - 一种可调谐垂直腔面发射激光器及其制备方法 - Google Patents

一种可调谐垂直腔面发射激光器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113054531B
CN113054531B CN202110252252.3A CN202110252252A CN113054531B CN 113054531 B CN113054531 B CN 113054531B CN 202110252252 A CN202110252252 A CN 202110252252A CN 113054531 B CN113054531 B CN 113054531B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
electrode layer
grating
semi
emitting laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110252252.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113054531A (zh
Inventor
肖垚
王俊
刘恒
闵大勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Everbright Photonics Co Ltd
Suzhou Everbright Semiconductor Laser Innovation Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Suzhou Everbright Photonics Co Ltd
Suzhou Everbright Semiconductor Laser Innovation Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Everbright Photonics Co Ltd, Suzhou Everbright Semiconductor Laser Innovation Research Institute Co Ltd filed Critical Suzhou Everbright Photonics Co Ltd
Priority to CN202110252252.3A priority Critical patent/CN113054531B/zh
Publication of CN113054531A publication Critical patent/CN113054531A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113054531B publication Critical patent/CN113054531B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18386—Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04254—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0427—Electrical excitation ; Circuits therefor for applying modulation to the laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06233—Controlling other output parameters than intensity or frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/1231—Grating growth or overgrowth details

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

一种可调谐垂直腔面发射激光器及其制备方法，其中，可调谐垂直腔面发射激光器包括：衬底层；位于所述衬底层上的增益结构；位于所述增益结构背向所述衬底层一侧的光栅层，所述光栅层包括若干栅本体和相邻栅本体之间的光栅缝，所述栅本体的材料为电光材料；位于所述增益结构背向所述衬底层一侧的第一电极层，所述第一电极层适于对所述栅本体加电调制。所述可调谐垂直腔面发射激光器稳定性和可靠性提高。

Description

一种可调谐垂直腔面发射激光器及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，具体涉及一种可调谐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(Vertica lCativy Surface Emitting Laser)因为体积小、具有圆对称光斑、调制速度快等优点引起人们的广泛关注，目前垂直腔面发射激光器在通信和3D传感领域都得到了广泛的应用。
而根据应用场景需求，需要对垂直腔面发射激光器的发射激光波长、输出耦合镜反射率等进行调谐。
然而，现有的垂直腔面发射激光器的稳定性和可靠性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中垂直腔面发射激光器的稳定性和可靠性较差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种可调谐垂直腔面发射激光器，包括：衬底层；位于所述衬底层上的增益结构；位于所述增益结构背向所述衬底层一侧的光栅层，所述光栅层包括若干栅本体和相邻栅本体之间的光栅缝，所述栅本体的材料为电光材料；位于所述增益结构背向所述衬底层一侧的第一电极层，所述第一电极层适于对所述栅本体加电调制。
可选的，所述第一电极层包围所述光栅层；所述第一电极层包括：相对设置且间隔的第一半环导电区和第二半环导电区；所述第一半环导电区上施加的电压和第二半环导电区上施加的电压不同；所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：第一绝缘层，所述第一绝缘层位于所述第一半环导电区的一端和第二半环导电区的一端之间、以及第一半环导电区的另一端和第二半环导电区的另一端之间。
可选的，还包括：环绕所述第一电极层的外侧且与所述第一电极层间隔的第二电极层，所述第二电极层适于为所述增益结构提供纵向电流。
可选的，所述第一电极层和所述第二电极层之间为空隙；或者，所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：位于所述第一电极层和所述第二电极层之间的第二绝缘层。
可选的，第一半环导电区的中心指向第二半环导电区的中心的方向平行于所述光栅缝的延伸方向。
可选的，还包括：第三绝缘层，所述第三绝缘层位于第一电极层的底部表面。
可选的，还包括：位于所述增益结构和所述衬底层之间的底布拉格反射镜。
可选的，还包括：位于所述增益结构背向所述衬底层一侧的电流限制层；所述光栅层和第一电极层位于所述电流限制层背向所述衬底层的一侧。
可选的，还包括：位于所述电流限制层背向所述增益结构一侧的顶布拉格反射镜；所述光栅层和第一电极层位于所述顶布拉格反射镜背向所述衬底层的一侧。
可选的，还包括：位于所述顶布拉格反射镜背向所述衬底层一侧的抗反射层；所述光栅层和第一电极层位于所述抗反射层背向所述衬底层的一侧。
可选的，所述栅本体的材料包括铌酸锂晶体或铌酸钾晶体。
可选的，所述栅本体的光学厚度为所述可调谐垂直腔面发射激光器发射的激光的四分之一波长的整数倍。
本发明还提供一种可调谐垂直腔面发射激光器的制备方法，包括：提供衬底层；在所述衬底层上形成增益结构；在所述增益结构背向所述衬底层一侧形成光栅层，所述光栅层包括若干栅本体和相邻栅本体之间的光栅缝，所述栅本体的材料为电光材料；在所述增益结构背向所述衬底层的一侧形成第一电极层，所述第一电极层适于对所述栅本体加电调制。
可选的，形成所述第一电极层的步骤包括：在所述增益结构背向所述衬底层的一侧形成第一初始电极层，所述第一初始电极层为环状结构；刻蚀去除部分区域的所述第一初始电极层，使第一初始电极层形成第一电极层，所述第一电极层包括相对设置且间隔的第一半环导电区和第二半环导电区，所述第一半环导电区的一端和第二半环导电区的一端之间、以及第一半环导电区的另一端和第二半环导电区的另一端之间具有隔离槽；所述第一半环导电区上施加的电压和第二半环导电区上施加的电压不同；所述垂直腔面发射激光器的制备方法还包括：在所述隔离槽中形成第一绝缘层。
可选的，还包括：在形成所述增益结构之前，在所述衬底层上形成底布拉格反射镜；在形成所述光栅层和所述第一电极层之前，在所述增益结构背向所述衬底层的一侧形成电流限制层。
可选的，还包括：在形成所述光栅层和所述第一电极层之前，在所述电流限制层背向所述增益结构的一侧形成顶布拉格反射镜。
可选的，还包括：在形成所述光栅层和所述第一电极层之前，在所述顶布拉格反射镜背向所述衬底层的一侧形成抗反射层。
可选的，还包括：形成与所述第一电极层间隔的第二电极层，第二电极层位于所述第一电极层的外侧且环绕所述第一电极层，所述第二电极层适于为所述增益结构提供纵向电流。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明技术方案提供的可调谐垂直腔面发射激光器，所述栅本体的材料为电光材料，所述第一电极层适于对所述栅本体加电调制，能够对栅本体的折射率进行调整。整个光栅层的反射率和反射带宽及反射中心波长均跟栅本体的周期、栅本体的高度、栅本体的材料有关。当栅本体的周期、栅本体的高度、栅本体的材料确定下来之后，通过栅本体的折射率改变能够对整个光栅层的反射率和反射带宽及反射中心波长这些参数进行调制，从而实现垂直腔面发射激光器发射激光波长的调谐。同时，光栅层还保持着良好的偏振特性。该可调谐垂直腔面发射激光器的整个器件结构保持完整，且不需要微机械装置调整，制备方法简单，制造成本低，调节方法简单，且是非分离结构，稳定性和可靠性均比较优异。
进一步，所述第一电极层包括：相对设置且间隔的第一半环导电区和第二半环导电区；所述第一半环导电区上施加的电压和第二半环导电区上施加的电压不同。对第一半环导电区和第二半环导电区上施加的电压差信号进行周期调制，使得栅本体的折射率得到周期调制，从而实现激光输出信号的周期调制，增加信道。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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至图5为本发明一实施例提供的可调谐垂直腔面发射激光器的制备过程的结构示意图；
图6至图7为本发明另一实施例提供的可调谐垂直腔面发射激光器的制备过程的结构示意图。
具体实施方式
正如现有技术所述，垂直腔面发射激光器的稳定性和可靠性较差。
一种垂直腔面发射激光器，包括第一模块和第二模块，第一模块包括衬底层、位于衬底层上的底布拉格反射镜、位于底布拉格反射镜背向所述衬底层一侧的有源层；位于有源层背向所述衬底层的光栅层，光栅层为亚波长光栅结构；第二模块包括顶布拉格反射镜；第一模块和第二模块之间用微机械结构进行连接，所述微机械结构能够对第一模块和第二模块的距离进行调节，从而使得底布拉格反射镜和顶布拉格反射镜之间的腔长进行调节，那么在底布拉格反射镜和顶布拉格反射镜之间反射的光的光程得到调节，最终改变出射的激光的频率和相位等参数。其中，所述光栅层适于对激光的偏振态进行选择。
设置光栅层为亚波长光栅结构是为了得到偏振光输出，该结构可以同时进行偏振选择和替代或部分替代顶布拉格反射镜而充当反射层。
然而，上述垂直腔面发射激光器将器件分离成两部分后利用微机械结构进行连接从而实现对器件结构的参数控制，实现可调节功能，导致垂直腔面发射激光器的结构复杂，工艺难度也非常高，微机械结构抗振动能力差，导致器件稳定性和可靠性变差。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出一种可调谐垂直腔面发射激光器，包括：衬底层；位于所述衬底层上的增益结构；位于所述增益结构背向所述衬底层一侧的光栅层，所述光栅层包括若干栅本体和相邻栅本体之间的光栅缝，所述栅本体的材料为电光材料；位于所述增益结构背向所述衬底层一侧的第一电极层，所述第一电极层适于对所述栅本体加电调制。所述可调谐垂直腔面发射激光器的稳定性和可靠性得到提高。
图1至图5为本发明一实施例提供的可调谐垂直腔面发射激光器的制备过程的结构示意图。
参考图1，提供衬底层2。
本实施例中，以所述衬底层2为砷化镓(GaAs)衬底作为示例。在其他实施例中，所述衬底层2还可以为磷化铟(InP)或氮化镓(GaN)。
继续参考图1，在所述衬底层2上形成底布拉格反射镜3。
所述底布拉格反射镜3包括交底层叠第一底布拉格反射层和第二底布拉格反射层。第一底布拉格反射层和第二底布拉格反射层的导电类型为N形。所述第一底布拉格反射层和第二底布拉格反射层的折射率不同。
参考图2，在所述衬底层2上形成增益结构4。
具体的，在所述底布拉格反射镜3背向所述衬底层100的一侧形成增益结构4。
所述增益结构4包括：有源层。所述电子和空穴在有源层中复合产生激光。
在一个具体的实施例中，所述增益结构4还包括：N型限制层和P型限制层，所述有源层位于所述N型限制层和P型限制层之间，所述N型限制层位于所述有源层和衬底层2之间。所述增益结构还包括：位于N型限制层和有源层之间的N型波导层；位于N限制层和所述有源层之间的P型波导层。
继续参考图2，在所述增益结构4背向所述衬底层2的一侧形成电流限制层5。
本实施例中，电流限制层5与所述增益结构4背向所述衬底层2的一侧表面接触。
本实施例中，还包括：刻蚀部分所述电流限制层5和部分所述增益结构4，在所述电流限制层5和所述增益结构4中形成凹槽，相邻凹槽之间的电流限制层5和所述增益结构4构成发光台柱；对凹槽侧壁的电流限制层5进行氧化，使得电流限制层5的边缘区域的材料为绝缘材料，且使得电流限制层5的中间区域的材料导电。
参考图3，在所述增益结构4背向所述衬底层2的一侧形成第一电极层6；形成与所述第一电极层6间隔的第二电极层13，第二电极层13位于所述第一电极层6的外侧且环绕所述第一电极层6，所述第二电极层13适于为所述增益结构4提供纵向电流。
本实施例中，还包括：在形成所述第一电极层6之前，在部分所述增益结构4背向所述衬底层2的一侧形成第三绝缘层，具体的，在部分所述电流限制层5背向所述衬底层的一侧形成第三绝缘层；形成所述第一电极层6之后，所述第三绝缘层位于第一电极层6的底部表面。所述第三绝缘层的设置是为了避免第一电极层6上施加电压后产生通过第一电极层6形成纵向电流。需要说明的是，第三绝缘层位于并不位于所述第二电极层13的底部，也不位于后续光栅层的底部。
所述第一电极层6和所述第二电极层13之间为空隙；或者，所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：位于所述第一电极层6和所述第二电极层13之间的第二绝缘层。本实施例中，以第一电极层6和所述第二电极层13之间为空隙作为示例。
继续参考图3，在所述增益结构4背向所述衬底层2的一侧形成光栅层8，所述光栅层8包括若干栅本体81和相邻栅本体81之间的光栅缝82，所述栅本体81的材料为电光材料。
本实施例中，所述光栅层8包括若干光栅缝，若干光栅缝的延伸方向相互平行。
所述第一电极层6适于对所述栅本体81加电调制。
所述第一电极层6包围所述光栅层8。
具体的，形成电流限制层5和第三绝缘层之后，在所述电流限制层5背向所述衬底层2的一侧表面形成第二电极层13和光栅层8，在所述第三绝缘层背向所述衬底层2的一侧第一电极层6。
本实施例中，形成第一电极层6和第二电极层13之后，形成光栅层8，形成光栅层8之后。在其他实施例中，还可以是，形成光栅层8之后，形成第一电极层6和第二电极层13。
本实施例中，形成所述第一电极层6的步骤包括：在所述增益结构4背向所述衬底层2的一侧形成第一初始电极层(未图示)，所述第一初始电极层为环状结构；刻蚀部分区域的所述第一初始电极层，使第一初始电极层形成第一电极层6，所述第一电极层6包括：相对设置且间隔的第一半环导电区61和第二半环导电区62，所述第一半环导电区61的一端和第二半环导电区62的一端之间、以及第一半环导电区61的另一端和第二半环导电区62的另一端之间具有隔离槽。
本实施例中，还包括：在所述隔离槽中形成第一绝缘层9。
所述第一绝缘层9的材料包括氧化硅或氮化硅，所述第一绝缘层9的绝缘性能较好。
所述第一绝缘层9在沿着第一电极层6的周向方向的尺寸为1.5微米～4微米，如1.5微米、2微米、3微米或4微米。所述第一绝缘层9在沿着第一电极层6的周向方向的尺寸选择该范围的意义在于：若所述第一绝缘层9在沿着第一电极层6的周向方向的尺寸小于1.5微米，则会影响第一绝缘层9的绝缘性能，第一半环导电区61和第二半环导电区62上施加不同的电压下，容易发生击穿；第一绝缘层9在沿着第一电极层6的周向方向的尺寸小于等于4微米，使得第一电极层6与所述栅本体81接触的面积较大，这样第一电极层6能更好的加电调制栅本体81。
所述光栅层8为亚波长光栅结构。
所述栅本体81的材料包括铌酸锂晶体或铌酸钾晶体。
所述栅本体81的光学厚度为所述可调谐垂直腔面发射激光器发射的激光的四分之一波长的整数倍。所述栅本体81的厚度指的是在垂直于衬底层2表面方向上的尺寸。
结合参考图4和图5，在所述衬底层2背向所述增益结构4的一侧形成背电极层1。具体的，形成第一电极层6、第二电极层、光栅层8之后，减薄衬底层2的背面，之后，在所述衬底层2背向所述增益结构4的一侧形成背电极层1。
相应的，本实施例提供一种可调谐垂直腔面发射激光器，参考图4，包括：衬底层2；位于所述衬底层2上的增益结构4；位于所述增益结构4背向所述衬底层2一侧的光栅层8，所述光栅层8包括若干栅本体81和相邻栅本体81之间的光栅缝82，所述栅本体81的材料为电光材料；位于所述增益结构4背向所述衬底层2一侧的第一电极层6，所述第一电极层6适于对所述栅本体81加电调制。
参考图5，所述第一电极层6包围所述光栅层8。所述第一电极层6包括：相对设置且间隔的第一半环导电区61和第二半环导电区62，所述第一半环导电区61上施加的电压和第二半环导电区62上施加的电压不同。
所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：第一绝缘层9，所述第一绝缘层9位于所述第一半环导电区61的一端和第二半环导电区62的一端之间、以及第一半环导电区61的另一端和第二半环导电区62的另一端之间。
第一半环导电区61的中心指向第二半环导电区62的中心的方向平行于所述光栅缝的延伸方向。
所述栅本体81的材料包括铌酸锂晶体或铌酸钾晶体。
所述栅本体81的光学厚度为所述可调谐垂直腔面发射激光器发射的激光的四分之一波长的整数倍。所述栅本体81的厚度指的是在垂直于衬底层2表面方向上的尺寸。
所述第一绝缘层9的材料包括氧化硅或氮化硅。
所述第一绝缘层9在沿着第一电极层6的周向方向的尺寸为1.5微米～4微米，如1.5微米、2微米、3微米或4微米。
所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：环绕所述第一电极层6的外侧且与所述第一电极层6间隔的第二电极层13，所述第二电极层13适于为所述增益结构4提供纵向电流。所述第二电极层13上施加的电压和所述第一电极层6上施加的电压不同。
所述第一电极层6和所述第二电极层13之间为空隙；或者，所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：位于所述第一电极层6和所述第二电极层13之间的第二绝缘层。所述第二绝缘层的材料包括氧化硅或氮化硅。
所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：第三绝缘层，所述第三绝缘层位于第一电极层6的底部表面。
所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：位于所述增益结构4和所述衬底层2之间的底布拉格反射镜3；位于所述增益结构4背向所述衬底层2一侧表面的电流限制层5；所述光栅层8和第一电极层6、第二电极层13位于所述电流限制层5背向所述衬底层2的一侧。
本实施例中，所述第三绝缘层位于部分所述电流限制层5和所述第一电极层6之间。
本实施中，没有形成顶布拉格反射镜。所述光栅层8的使用省去了设置顶布拉格反射镜。
本实施例中，所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：位于所述衬底层2背向所述增益结构4一侧表面的背电极层1。
本实施例中，所述栅本体的材料为电光材料，所述第一电极层6适于对所述栅本体加电调制，能够对栅本体的折射率进行调整。整个光栅层的反射率和反射带宽及反射中心波长均跟栅本体的周期、栅本体的高度、栅本体的材料有关。当栅本体的周期、栅本体的高度、栅本体的材料确定下来之后，通过栅本体的折射率改变能够对整个光栅层的反射率和反射带宽及反射中心波长这些参数进行调制，从而实现垂直腔面发射激光器发射激光波长的调谐。同时，光栅层还保持着良好的偏振特性。该可调谐垂直腔面发射激光器的整个器件结构保持完整，且不需要微机械装置调整，制备方法简单，制造成本低，调节方法简单，且是非分离结构，稳定性和可靠性均比较优异。
本实施例中，对第一半环导电区61和第二半环导电区62上施加的电压差信号进行周期调制，使得栅本体的折射率得到周期调制，从而实现激光输出信号的周期调制，增加信道。
图6至图7为本发明另一实施例提供的可调谐垂直腔面发射激光器的制备过程的结构示意图。
参考图6，图6为在图1基础上的示意图，在所述衬底层2上形成增益结构4’；形成电流限制层5’，所述电流限制层5’位于所述增益结构4’背向所述衬底层2的一侧；形成顶布拉格反射镜10，顶布拉格反射镜10位于所述电流限制层5’背向所述衬底层的一侧；形成抗反射层11，所述抗反射层11位于部分所述顶布拉格反射镜10背向所述衬底层2的一侧。
所述增益结构4’参照前述实施例中的增益结构4，不再详述。
所述电流限制层5’参照前述实施例中的电流限制层5。
所述顶布拉格反射镜10包括交底层叠第一顶布拉格反射层和第二顶布拉格反射层。第一顶布拉格反射层和第二顶布拉格反射层的导电类型为P形。所述第一顶布拉格反射层和第二顶布拉格反射层的折射率不同。
所述抗反射层11为绝缘材料。在其他实施例中，可以不形成抗反射层11。
参考图7，在所述增益结构4’背向所述衬底层2的一侧形成第一电极层6’；形成与所述第一电极层6间隔的第二电极层13’，第二电极层13’位于所述第一电极层6’的外侧且环绕所述第一电极层6’；在所述增益结构4’背向所述衬底层2的一侧形成光栅层8’，所述光栅层8’包括若干栅本体81’和相邻栅本体81’之间的光栅缝82’，所述栅本体81’的材料为电光材料。
具体的，本实施例中，在所述抗反射层11背向所述衬底层2的一侧形成所述光栅层8’和第一电极层6’；在所述抗反射层11暴露出的顶布拉格反射镜10表面形成第二电极层13’。
所述光栅层8’参照前述实施例的光栅层8，第一电极层6’参照前述实施例的第一电极层6。所述光栅层8’、第一电极层6’和第二电极层13’的形成过程以及各自的形成方法参照前述实施例光栅层8、第一电极层6和第二电极层13的形成过程，不再详述。
本实施例中，还包括：形成第一绝缘层，所述第一绝缘层的位置和前述实施例的第一绝缘层9的位置相同，不再详述。
本实施例中，所述光栅层8’的设置省去了能够减少顶布拉格反射镜10的层数设置，所述顶布拉格反射镜10的厚度降低，具体的，顶布拉格反射镜10的层数小于等于32层，顶布拉格反射镜10的总厚度小于等于2.32um。
所述第一电极层6’和所述第二电极层13’之间为空隙；或者，所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：位于所述第一电极层6’和所述第二电极层13’之间的第二绝缘层。所述第二绝缘层的材料包括氧化硅或氮化硅。
所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：第三绝缘层，所述第三绝缘层位于第一电极层6的底部表面。
本实施例中，利用位于所述第一电极层6底部的抗反射层11作为第三绝缘层。在其他实施例中，额外形成第三绝缘层，第三绝缘层位于所述抗反射层11和第一电极层6之间。
相应的，本实施例提供一种可调谐垂直腔面发射激光器，参考图7，包括：衬底层2；位于所述衬底层2上的增益结构4’；位于所述增益结构4’背向所述衬底层2一侧的光栅层8’，所述光栅层8’包括若干栅本体和相邻栅本体之间的光栅缝，所述栅本体的材料为电光材料；位于所述增益结构4’背向所述衬底层2一侧的第一电极层6’，所述第一电极层6’适于对所述栅本体加电调制。
所述第一电极层6’包围所述光栅层8’。
所述第一电极层6’包括：相对设置且间隔的第一半环导电区和第二半环导电区；所述第一半环导电区上施加的电压和第二半环导电区上施加的电压不同。
所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：第一绝缘层，所述第一绝缘层位于所述第一半环导电区的一端和第二半环导电区的一端之间、以及第一半环导电区的另一端和第二半环导电区的另一端之间。
第一半环导电区的中心指向第二半环导电区的中心的方向平行于所述光栅缝的延伸方向。
所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：环绕所述第一电极层6’的外侧且与所述第一电极层间隔的第二电极层13’，所述第二电极层13’适于为所述增益结构4’提供纵向电流。
所述第一电极层和所述第二电极层之间为空隙；或者，所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：位于所述第一电极层和所述第二电极层之间的第二绝缘层。所述第二绝缘层的材料参照前述实施例的内容。
所述栅本体的材料包括铌酸锂晶体或铌酸钾晶体所述栅本体的光学厚度为所述可调谐垂直腔面发射激光器发射的激光的四分之一波长的整数倍所述第一绝缘层的材料和尺寸参照前述实施例的内容，不再详述。
所述可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，还包括：第三绝缘层，所述第三绝缘层位于第一电极层的底部表面。第三绝缘层的材料参照前述实施例的内容。
所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：位于所述增益结构4’和所述衬底层2之间的底布拉格反射镜3；位于所述增益结构4’背向所述衬底层2一侧的电流限制层5’；位于所述电流限制层5’背向所述衬底层2一侧的顶布拉格反射镜10；所述光栅层8’、第一电极层6’和第二电极层位于所述顶布拉格反射镜10背向所述衬底层2的一侧。
本实施例中，所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：位于部分所述顶布拉格反射镜10背向所述衬底层2一侧的抗反射层11；所述光栅层8’、第一电极层6’和第二电极层位于所述抗反射层11背向所述衬底层2一侧。具体的，所述光栅层8’和第一电极层6’位于所述抗反射层11背向所述衬底层2的一侧表面。第二电极层13’位于所述抗反射层11侧部的顶布拉格反射镜10上。
所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：位于所述衬底层2背向所述增益结构4’一侧表面的背电极层1’。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (16)

1.一种可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：
衬底层；
位于所述衬底层上的增益结构；
位于所述增益结构背向所述衬底层一侧的光栅层，所述光栅层包括若干栅本体和相邻栅本体之间的光栅缝，所述栅本体的材料为电光材料；
位于所述增益结构背向所述衬底层一侧的第一电极层，所述第一电极层适于对所述栅本体加电调制；
所述第一电极层位于所述光栅层的侧部且包围所述光栅层；所述第一电极层包括：相对设置且间隔的第一半环导电区和第二半环导电区；所述第一半环导电区上施加的电压和第二半环导电区上施加的电压不同；
第一绝缘层，所述第一绝缘层位于所述第一半环导电区的一端和第二半环导电区的一端之间、以及第一半环导电区的另一端和第二半环导电区的另一端之间；
第三绝缘层，所述第三绝缘层位于第一电极层的底部表面。
2.根据权利要求1所述的可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，还包括：环绕所述第一电极层的外侧且与所述第一电极层间隔的第二电极层，所述第二电极层适于为所述增益结构提供纵向电流。
3.根据权利要求2所述的可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一电极层和所述第二电极层之间为空隙；或者，所述可调谐垂直腔面发射激光器还包括：位于所述第一电极层和所述第二电极层之间的第二绝缘层。
4.根据权利要求1所述的可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，第一半环导电区的中心指向第二半环导电区的中心的方向平行于所述光栅缝的延伸方向。
5.根据权利要求1所述的可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，还包括：位于所述增益结构和所述衬底层之间的底布拉格反射镜。
6.根据权利要求1或5所述的可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，还包括：位于所述增益结构背向所述衬底层一侧的电流限制层；所述光栅层和第一电极层位于所述电流限制层背向所述衬底层的一侧。
7.根据权利要求6所述的可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，还包括：位于所述电流限制层背向所述增益结构一侧的顶布拉格反射镜；所述光栅层和第一电极层位于所述顶布拉格反射镜背向所述衬底层的一侧。
8.根据权利要求7所述的可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，还包括：位于所述顶布拉格反射镜背向所述衬底层一侧的抗反射层；所述光栅层和第一电极层位于所述抗反射层背向所述衬底层的一侧。
9.根据权利要求1所述的可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述栅本体的材料包括铌酸锂晶体或铌酸钾晶体。
10.根据权利要求1所述的可调谐垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述栅本体的光学厚度为所述可调谐垂直腔面发射激光器发射的激光的四分之一波长的整数倍。
11.如权利要求1至10任意一项所述的可调谐垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底层；
在所述衬底层上形成增益结构；
在所述增益结构背向所述衬底层一侧形成光栅层，所述光栅层包括若干栅本体和相邻栅本体之间的光栅缝，所述栅本体的材料为电光材料；
在所述增益结构背向所述衬底层的一侧形成第一电极层，所述第一电极层适于对所述栅本体加电调制；所述第一电极层位于所述光栅层的侧部且包围所述光栅层；所述第一电极层包括：相对设置且间隔的第一半环导电区和第二半环导电区；所述第一半环导电区上施加的电压和第二半环导电区上施加的电压不同；
形成第一绝缘层，所述第一绝缘层位于所述第一半环导电区的一端和第二半环导电区的一端之间、以及第一半环导电区的另一端和第二半环导电区的另一端之间；
在形成第一电极层之前，形成第三绝缘层；形成所述第一电极层之后，所述第三绝缘层位于第一电极层的底部表面。
12.如权利要求11所述的可调谐垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，形成所述第一电极层的步骤包括：在所述增益结构背向所述衬底层的一侧形成第一初始电极层，所述第一初始电极层为环状结构；刻蚀去除部分区域的所述第一初始电极层，使第一初始电极层形成第一电极层，所述第一电极层包括相对设置且间隔的第一半环导电区和第二半环导电区，所述第一半环导电区的一端和第二半环导电区的一端之间、以及第一半环导电区的另一端和第二半环导电区的另一端之间具有隔离槽；
形成第一绝缘层的步骤为：在所述隔离槽中形成第一绝缘层。
13.如权利要求11所述的可调谐垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，还包括：在形成所述增益结构之前，在所述衬底层上形成底布拉格反射镜；在形成所述光栅层和所述第一电极层之前，在所述增益结构背向所述衬底层的一侧形成电流限制层。
14.如权利要求13所述的可调谐垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，还包括：在形成所述光栅层和所述第一电极层之前，在所述电流限制层背向所述增益结构的一侧形成顶布拉格反射镜。
15.如权利要求14所述的可调谐垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，还包括：在形成所述光栅层和所述第一电极层之前，在所述顶布拉格反射镜背向所述衬底层的一侧形成抗反射层。
16.如权利要求11所述的可调谐垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，还包括：形成与所述第一电极层间隔的第二电极层，第二电极层位于所述第一电极层的外侧且环绕所述第一电极层，所述第二电极层适于为所述增益结构提供纵向电流。
CN202110252252.3A 2021-03-08 2021-03-08 一种可调谐垂直腔面发射激光器及其制备方法 Active CN113054531B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110252252.3A CN113054531B (zh) 2021-03-08 2021-03-08 一种可调谐垂直腔面发射激光器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110252252.3A CN113054531B (zh) 2021-03-08 2021-03-08 一种可调谐垂直腔面发射激光器及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113054531A CN113054531A (zh) 2021-06-29
CN113054531B true CN113054531B (zh) 2022-04-29

Family

ID=76510331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110252252.3A Active CN113054531B (zh) 2021-03-08 2021-03-08 一种可调谐垂直腔面发射激光器及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113054531B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102013633A (zh) * 2010-10-29 2011-04-13 北京工业大学 桥式-纳米光栅可调谐垂直腔面发射激光器及其制备方法
CN103597676A (zh) * 2011-05-17 2014-02-19 丹麦技术大学 反射率调制光栅反射镜
CN107768979A (zh) * 2017-10-17 2018-03-06 北京工业大学 外延集成高对比度光栅外腔面发射激光器
CN109412018A (zh) * 2018-12-11 2019-03-01 中国科学院半导体研究所 垂直腔面发射量子级联激光器
CN110429473A (zh) * 2019-08-06 2019-11-08 中国科学院半导体研究所 垂直腔面发射激光器及其制作方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070242715A1 (en) * 2006-04-18 2007-10-18 Johan Gustavsson Mode and polarization control in vcsels using sub-wavelength structure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102013633A (zh) * 2010-10-29 2011-04-13 北京工业大学 桥式-纳米光栅可调谐垂直腔面发射激光器及其制备方法
CN103597676A (zh) * 2011-05-17 2014-02-19 丹麦技术大学 反射率调制光栅反射镜
CN107768979A (zh) * 2017-10-17 2018-03-06 北京工业大学 外延集成高对比度光栅外腔面发射激光器
CN109412018A (zh) * 2018-12-11 2019-03-01 中国科学院半导体研究所 垂直腔面发射量子级联激光器
CN110429473A (zh) * 2019-08-06 2019-11-08 中国科学院半导体研究所 垂直腔面发射激光器及其制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113054531A (zh) 2021-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5825047A (en) Optical semiconductor device
US10078233B2 (en) Optical waveguide resonators
US20110181936A1 (en) Optical modulator
US9762027B2 (en) Beam steering modulated VCSEL
JPH077231A (ja) 非対称ｙブランチ光デバイス
US20100278474A1 (en) Device with tunable plasmon resonance
US20180358779A1 (en) Photonic crystal device
US6885689B2 (en) Multisegment integrated laser and a method for fabrication thereof
CN113054531B (zh) 一种可调谐垂直腔面发射激光器及其制备方法
US20190025613A1 (en) Broadband tunable thz wave manipulator and the method to form the same
US4817105A (en) Integrated laser device with refractive index modulator
CN111262130B (zh) 一种激光器结构及其制备方法和应用
US7295589B2 (en) Frequency modulated vertical cavity laser
CN111478179A (zh) 一种垂直腔面发射激光器及其制作方法
KR100243102B1 (ko) 편광 스위칭 표면 방출 레이저 및 그 제조 방법
US10859860B2 (en) Electro-optic modulator device, optical device and method of making an optical device
JP2017022344A (ja) 面発光レーザ
CN114188819A (zh) 一种1342纳米波长大功率微结构dfb激光器
CN117157575A (zh) 电容谐振器调制器
CN113917714A (zh) 具有脊形波导的单片硅上iii-v族光电调相器
JP2011040557A (ja) 偏光変調レーザ装置及びその製造方法
CN108988124B (zh) 一种用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器
US20020197016A1 (en) Photodetector having a waveguide and resonant coupler and a method of manufacture therefor
CN114400499B (zh) 垂直腔面发射激光器阵列结构及其制备方法
CN212033426U (zh) 一种垂直腔面发射激光器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant