CN120728362A - 一种面发射激光器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种面发射激光器，解决了激光器单模工作稳定性差和制备工艺难度高的问题。该面发射激光器包括层叠设置衬底和外延结构，所述外延结构具有多个孔，每个所述孔的截面大致为T形，所述截面平行于所述衬底，所述孔中设有填充物，所述填充物的折射率与所述外延结构的折射率不同。在相同模场面积和面发射耦合效率下，本申请的激光器基模与高阶谐振模式间的阈值增益差异较大，单模工作状态的稳定性高。并且T形结构的孔加工难度较低。

Description

一种面发射激光器

技术领域

本申请涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种面发射激光器。

背景技术

半导体激光器凭借其小体积、高电光转换效率且低成本的优势，在激光加工、通信以及照明等多个领域得到了广泛应用。然而，传统的边发射或垂直腔面发射的半导体激光器的单模工作状态下远场发散角通常较大，导致光路设计和系统集成难度加大，从而增加了系统的整体成本和使用可靠性。因此提出了一种光子晶体面发射激光器(PCSEL)，降低了激光器的远场发散角。但是PCSEL的光子晶体谐振腔具有加工难度较高或者单模稳定性差等问题。因此亟需提供一种单模工作稳定性好并且工艺制备难度低的半导体激光器。

发明内容

本申请提供的一种面发射激光器，解决了激光器单模工作稳定性差和制备工艺难度高的问题。

本申请提供的一种面发射激光器包括层叠设置衬底和外延结构，所述外延结构具有多个孔，每个所述孔的截面大致为T形，所述截面平行于衬底，所述孔中设有填充物，所述填充物的折射率与所述外延结构的折射率不同。

在上述实施例中，外延结构具有截面大致为T形的孔相比相关技术中椭圆与圆组合或大圆与小圆组合的孔结构，减小了加工难度。由于孔的截面大致为T形，填充物充满孔，因此其内部的填充物的形状也大致为T形。填充物的折射率与外延结构的折射率不同，相比相关技术中的截面为等腰三角形的孔，在相同模场面积和面发射耦合效率下，本申请的激光器基模与高阶谐振模式间的阈值增益差异较大，单模工作状态的稳定性高。

在一种实施方式中，所述外延结构包括层叠设置的光子晶体层和p掺杂包层，所述孔位于所述光子晶体层。

在一种实施方式中，每个所述孔至少部分延伸至所述p掺杂包层。

在一种实施方式中，所述光子晶体层包括多个呈点阵排列的晶胞，所述晶胞沿第一方向和第二方向周期性重复，每个所述晶胞包含一个所述孔，每个所述孔的截面沿第三方向对称，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向均平行于所述衬底，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第三方向分别与所述第一方向和所述第二方向呈45°夹角。

在一种实施方式中，沿垂直于所述衬底的方向，所述孔的深度d，满足：50nm≤d≤500nm。

在一种实施方式中，所述截面包括相互连接的第一部分和第二部分，所述第一部分的面积大于所述第二部分的面积；

所述第一部分的长度L1、所述第一部分的宽度H1、所述第二部分的长度L2、所述第二部分的宽度H2，满足：0.35a≤L1≤1.1a，0.1a≤H1≤0.65a，0.05a≤L2≤0.35a，0.05a≤H2≤0.35a，其中a为晶格常数。

在一种实施方式中，所述第一部分为椭圆形，所述第二部分为矩形，所述第一部分的长度L1、所述第一部分的宽度H1、所述第二部分的长度L2、所述第二部分的宽度H2，满足：0.55a≤L1≤0.85a，0.2a≤H1≤0.5a，0.1a≤L2≤0.35a，0.1a≤H2≤0.35a。

在一种实施方式中，所述第一部分为菱形，所述第二部分为矩形，所述第一部分的长度L1、所述第一部分的宽度H1、所述第二部分的长度L2、所述第二部分的宽度H2，满足：0.7a≤L1≤1.1a，0.3a≤H1≤0.65a，0.1a≤L2≤0.35a，0.05a≤H2≤0.3a。

在一种实施方式中，所述第一部分为矩形，所述第二部分也为矩形，所述第一部分的长度L1、所述第一部分的宽度H1、所述第二部分的长度L2、所述第二部分的宽度H2，满足：0.5a≤L1≤0.8a，0.1a≤H1≤0.4a，0.1a≤L2≤0.35a，0.1a≤H2≤0.35a。

在一种实施方式中，所述第一部分大致为椭圆，包括相对设置的长边和相对设置的弧形边缘，所述弧形边缘向内侧弯曲，所述弧形边缘的弧度为0rad～2rad，所述第二部分为矩形，所述第一部分的长度L1、所述第一部分的宽度H1、所述第二部分的长度L2、所述第二部分的宽度H2，满足：0.35a≤L1≤0.85a，0.15a≤H1≤0.4a，0.1a≤L2≤0.35a，0.1a≤H2≤0.35a。

附图说明

图1为相关技术中一种单模光子晶体谐振腔的示意图；

图2为相关技术中另一种单模光子晶体谐振腔的示意图；

图3为相关技术中另一种单模光子晶体谐振腔的示意图；

图4为本申请的一种实施例提供的面发射激光器的结构示意图；

图5为本申请的一种实施例提供的外延结构平行于衬底的截面图；

图6为本申请的另一种实施例提供的面发射激光器的结构示意图；

图7为本申请的另一种实施例提供的面发射激光器的结构示意图；

图8为本申请的一种实施例提供的面发射激光器的俯视图；

图9为本申请的另一种实施例提供的面发射激光器的结构示意图；

图10为本申请的一种实施例提供的面发射激光器的俯视图；

图11为图5的A-A’剖视图；

图12为本申请的一种实施例提供的面发射激光器的模式阈值增益图；

图13为本申请的一种实施例提供的面发射激光器的垂直辐射常数图；

图14为本申请的一种实施例提供的面发射激光器的谐振模式分布图；

图15为本申请的一种实施例提供的面发射激光器的基模对应的远场图；

图16为本申请的一种实施例提供的面发射激光器的基模对应的近场图；

图17为相关技术中激光器的谐振模式分布图；

图18为本申请的另一种实施例提供的外延结构平行于衬底的截面图；

图19为本申请的另一种实施例提供的外延结构平行于衬底的截面图；

图20为本申请的另一种实施例提供的外延结构平行于衬底的截面图；

图21为本申请的另一种实施例提供的外延结构平行于衬底的截面图。

附图标记：

10-衬底；20-外延结构；201-孔；202-填充物；1-n掺杂包层；2-有源层；3-光子晶体层；4-p掺杂包层；5-p掺杂接触层；6-第一金属膜层；7-第二金属膜层；8-电绝缘层；9-透明导电层；2011-第一部分；2012-第二部分。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图举实施例对本申请作进一步详细说明。

以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“具体的实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其它方式另外特别强调。

模场指光波导或激光器中基模的电磁场在横截面上的分布形态，反映光能量的空间集中程度与传播特性。模场分布直接影响光束的发散角和亮度，具体为：模场直径越小，衍射效应越强，则远场发散角越大。

由于传统边发射或垂直腔面发射的半导体激光器的单模模场面积较小，导致其单模工作状态下远场发散角较大，该远场发散角通常在10°以上。光子晶体面发射激光器(Photonic Crystal Surface Emitting Laser,PCSEL)以二维光子晶体作为谐振腔来实现激光振荡以及面发射输出，可以在较大的模场面积(比如直径500微米以上)下保持稳定的单模工作状态，并且其远场发散角可小于1°，显著降低了激光器的远场发散角。

光子晶体是指具有光子带隙的周期性介电结构材料，所谓光子带隙是由于介电常数不同的材料在空间周期性排列导致介电常数的空间周期性，使得光折射率产生周期性分布，光在其中传播时产生能带结构，并且处在带隙中的光子频率被禁止传播。这种特殊的光学性质是由光子晶体中电磁场的构成决定的，因此可以通过设计光子晶体的结构来控制光的传输。

在光子晶体谐振腔的设计上，需要通过精确调控光子晶体的几何参数和结构配置，使得谐振腔内的基模与高阶谐振模式(高阶模)的阈值增益差异足够显著。图1为相关技术中一种单模光子晶体谐振腔的示意图，图2为相关技术中另一种单模光子晶体谐振腔的示意图，图3为相关技术中另一种单模光子晶体谐振腔的示意图。如图1和图2所示，在相关技术中，单模光子晶体谐振腔的结构主要有两种：一种是基于双晶格的光子晶体结构，通常采用"椭圆+圆"(图1)或"大圆+小圆"(图2)的孔形状配置，但其对光子晶体的晶胞内孔间距和孔尺寸的要求都极为严格，工艺容差仅有几纳米级别。此外，微纳尺度下的刻蚀工艺对孔形状和尺寸的精确控制提出了更高要求，使得双晶格结构孔深度之间的分布差异难以控制，并直接影响到后续的批量制备工艺(如纳米压印)，从而给整体工艺的可靠性带来巨大挑战。如图3所示，另一种是基于等腰三角形光子晶体结构，这种设计在工艺难度和工艺稳定性方面相较于双晶格结构更加理想，但其在相同模场面积和面发射耦合效率下，基模与高阶谐振模式间的阈值增益差异更小，单模稳定性将不如前者。

有鉴于此，本申请的实施例提供了一种面发射激光器，解决了单模工作稳定性差和制备工艺难度高的问题。下面将结合附图详细描述本申请的实施例。

图4为本申请的一种实施例提供的面发射激光器的结构示意图，图5为本申请的一种实施例提供的外延结构平行于衬底的截面图。如图4和图5所示，本申请的实施例提供的一种面发射激光器包括层叠设置衬底10和外延结构20。该外延结构20具有多个孔201，每个孔201的截面大致为T形，该截面平行于衬底10。孔201中设有填充物202，该填充物202的折射率与外延结构20的折射率不同。

在上述实施例中，外延结构20具有截面大致为T形的孔201相比如图1或图2所示的相关技术中椭圆与圆组合或大圆与小圆组合的孔结构，减小了加工难度。由于孔201的截面大致为T形，填充物202充满孔201，因此其内部的填充物202的形状也大致为T形。填充物202的折射率与外延结构20的折射率不同，相比相关技术中如图3所示的截面为等腰三角形的孔，在相同模场面积和面发射耦合效率下，本申请的面发射激光器基模与高阶谐振模式间的阈值增益差异较大，单模工作状态的稳定性高。

在一种实施例中，上述填充物202可以为气体，例如空气、氮气等气体。孔201内还可以填充半导体材料、金属材料或绝缘体材料。

图6为本申请的另一种实施例提供的面发射激光器的结构示意图，如图6所示，在一种实施例中，衬底10具体可以为n掺杂衬底，外延结构20可以包括多个层叠设置的外延层。具体的，外延结构20包括依次层叠设置的n掺杂包层1、有源层2、光子晶体层3、p掺杂包层4和p掺杂接触层5。上述n掺杂包层1、有源层2、光子晶体层3、p掺杂包层4和p掺杂接触层5均为外延层。其中，光子晶体层3为激光器的谐振腔，用于调控激光器内部光场，构建了具有较大阈值增益差别的谐振腔模式。光子晶体层3的材料可以为GaAs、InP、AlGaAs、GaAsP、InAlGaAs、InGaAsP等。有源层2用于对选定的基模谐振模式进行持续光放大以实现激光激射，该有源层2采用可以采用半导体材料，例如量子阱、量子点或量子级联结构的材料，具体可以为InGaAs多量子阱。p掺杂包层4的材料为Al_0.4Ga_0.6As。p掺杂接触层5的材料为GaAs。n掺杂包层1的材料为Al_0.6Ga_0.4As。

按照折射率周期性变化的空间维度不同，光子晶体可分为一维光子晶体，二维和三维光子晶体。在本申请的实施例中，光子晶体层3为二维光子晶体层，上述孔201位于光子晶体层3。大致为T形的填充物202的特殊结构设计能够调控激光器内部的光场，构建了具有较大阈值增益差别的谐振腔模式。

经实验后可以发现，与传统的圆形或矩形等几何图案的填充物202相比，本申请中光子晶体层3的大致为T形的填充物202，显著增强了光子晶体谐振腔对不同谐振模式的选择性。同时，该结构有效抑制了谐振腔内振荡光场的相消干涉效应，显著提高了激光垂直耦合输出的比例。基于该光子晶体层3结构的面发射激光器能够在较大模场面积下维持器件的单模工作特性，从而实现高功率单模面发射激光输出。

图7为本申请的另一种实施例提供的面发射激光器的结构示意图。如图7所示，在一种实施例中，每个孔201至少部分延伸至p掺杂包层4，即上述孔201位于光子晶体层3和p掺杂包层4，填充物202同时位于光子晶体层3和p掺杂包层4。在制备上述孔201时，沿垂直于衬底10的方向，孔201可以从光子晶体层3延伸至p掺杂包层4。相应的，填充物202也延伸至p掺杂包层4。通过将孔201延伸至p掺杂包层4以增大孔深，可以提高孔201内部的光场分布比例，进而实现对谐振腔内光学模式更好的单模控制。

请继续参考图5，在一种实施例中，光子晶体层3包括多个呈点阵排列的晶胞，晶胞沿第一方向X和第二方向Y周期性重复，光子晶体层3中的每个晶胞(即每个重复单元)内均包含一个孔201和与孔201对应的填充物202。填充物202与光子晶体层3的母材折射率具有差异。每个孔201的截面沿第三方向Z对称，该截面平行于衬底10。第一方向X、第二方向Y和第三方向Z均平行于衬底10，第一方向与第二方向垂直，第三方向分别与第一方向和第二方向呈45°夹角。也就是说，截面大致为T形的图形为轴对称图形，对称轴与第一方向X或第二方向Y的夹角为45°。该图案可以由两个几何图形拼接而成，例如椭圆和矩形拼接。其中椭圆形的面积大于矩形的面积。通过采用这种在具有旋转对称性的基本形状(比如椭圆)上引入额外的小尺寸结构(比如矩形)的设计方法，可以实现对光子晶体谐振腔内谐振模式电磁场分布的精细调控(比如电磁场分布的对称性，以及电磁场的波腹和波节位置)，进而增强光子晶体腔内基模和高阶模的选择性，实现激光器在大面积下的稳定单模谐振。此外，该结构还能有效提高光子晶体腔的垂直辐射损耗，有利于增大激光器的面发射输出功率和斜率效率。

光子晶体层3的晶格结构为正方晶格，即在相互垂直的两个周期性排列方向(第一方向X和第二方向Y)上具有相同的晶格常数a，且该晶格常数在数值上与本实施例所涉及激光器在材料中的激射波长λ_n大致相等。在本实施例中，晶格常数可以被设置为298nm，对应的激光器目标工作波长约为980nm。

在一种实施例中，光子晶体层3为正方形，其的边长具体为600μm。在其他实施例中，可以根据激光器不同的输出功率设计要求，将光子晶体层3的直径设计为1mm或者3mm。

继续参考图6，在一种实施例中，在p掺杂接触层5背离p掺杂包层4的一侧设有第一金属膜层6，在n掺杂衬底10背离n掺杂包层1的一侧设有第二金属膜层7。第一金属膜层6和第二金属膜层7可以采用沉积的工艺制备。第一金属膜层6具体可以为Ti/Pt/Au复合金属膜层。第二金属膜层7具体可以为Ni/Au-Ge/Ni/Au复合金属膜层。第一金属膜层6与第二金属膜层7用于导电，以使电流能够注入激光器中。

在一种实施例中，p掺杂包层4和p掺杂接触层5合并在一起可以称为p掺杂半导体材料层。p掺杂包层4和p掺杂接触层5呈阶梯状设置。其中，p掺杂接触层5的面积小于p掺杂包层4，p掺杂接触层5设置在p掺杂包层4的中间区域。第一金属膜层6包裹在p掺杂半导体材料层背离衬底10的一侧。第一金属膜层6与p掺杂半导体材料层之间设有电绝缘层8，并且，电绝缘层8位于p掺杂半导体材料层的边缘位置。电绝缘层8的材料为氧化硅或者氮化硅。通过在器件边缘区域设置电绝缘层8，可以阻断电流沿边缘路径的流动，使得电流被限制在器件的中心区域进行注入。

图8为本申请的一种实施例提供的面发射激光器的俯视图，结合图6～图8，在一种实施例中，第二金属膜中心处设有出光孔。出光孔的形状可以为圆形或者方形等，本申请不做具体限制。在本实施例中，激光器输出激光的方向为从衬底侧出光。

图9为本申请的另一种实施例提供的面发射激光器的结构示意图，图10为本申请的一种实施例提供的面发射激光器的俯视图。结合图9和图10，在另一种实施例中，第一金属膜中心处设有出光孔。出光孔的形状可以为圆形或者方形等，本申请不做具体限制。在本实施例中，激光器输出激光的方向为从外延侧出光。在本实施例中，p掺杂接触层5与出光孔的对应的位置可以设有透明导电层9。透明导电层9既能够使电流通过，使其更好的注入到器件里，又不会遮挡器件出光。

在一种实施例中，沿垂直于衬底10的方向，孔201的深度d，满足：50nm≤d≤500nm。通过精确调节孔结构的深度，优化其光场限制因子和模式损耗，可以更好的满足激光器在不同外延层配置下的单模工作条件。

图11为图5的A-A’剖视图，如图11所示，在一种实施例中，沿垂直于衬底10的方向，即孔201的深度方向。孔201的截面形状可以为矩形、锥形(图中未示出)、梯形(图中未示出)或水滴形(图中未示出)，优选为矩形。

下面对孔201平行于衬底10的截面进行具体介绍：

请继续参考图5，在一种实施例中，截面包括相互连接的第一部分2011和第二部分2012，第一部分2011的面积大于第二部分2012的面积。沿垂直于第三方向Z的方向，第一部分2011的长度L1、第二部分2012的长度L2；沿第三方向Z，第一部分2011的宽度H1、第二部分2012的宽度H2。满足：0.35a≤L1≤1.1a，0.1a≤H1≤0.65a，0.05a≤L2≤0.35a，0.05a≤H2≤0.35a，其中a为晶格常数。L1的取值例如可以为0.35a、0.4a、0.5a、0.7a、1.0a、1.1a，但不限于这些数值。H1的取值例如可以为0.1a、0.2a、0.4a、0.5a、0.6a、0.65a，但不限于这些数值。L2的取值例如可以为0.05a、0.1a、0.15a、0.2a、0.3a、0.35a，但不限于这些数值。H2的取值例如可以为0.05a、0.1a、0.15a、0.2a、0.3a、0.35a，但不限于这些数值。

图12为本申请的一种实施例提供的面发射激光器的阈值增益图，图13为本申请的一种实施例提供的面发射激光器的垂直辐射常数图。结合图5、图12和图13，在进一步的实施例中，第一部分2011具体为椭圆形，第二部分2012具体为矩形，第一部分2011的长度L1、第一部分2011的宽度H1、第二部分2012的长度L2、第二部分2012的宽度H2，满足：0.55a≤L1≤0.85a，0.2a≤H1≤0.5a，0.1a≤L2≤0.35a，0.1a≤H2≤0.35a。具体的，把椭圆的宽度H1设置为0.39a，矩形的长度L2设置为0.18a，在作为变量的两个结构参数(H2和L1)中，激光器的模式阈值增益差别主要受矩形宽H2的影响，而其垂直辐射常数则受椭圆长L1的影响更大。当椭圆长度L1为0.7a，矩形宽度H2为0.2a时，激光器的模式阈值增益差别取得最大值33cm^-1。并且其垂直辐射常数适中，约为20cm^-1。此外，可以发现在较大的调整范围内，激光器的模式阈值增益差别都能保持较大的数值，从而支持器件的高功率单模工作。L1的取值还可以为0.55a、0.6a、0.65a、0.75a、0.8a、0.85a，但不限于这些数值。H1的取值还可以为0.2a、0.25a、0.3a、0.35a、0.4a、0.45a、0.5a，但不限于这些数值。L2的取值还可以为0.1a、0.15a、0.2a、0.25a、0.3a、0.35a，但不限于这些数值。H2的取值还可以为0.1a、0.15a、0.25a、0.3a、0.35a，但不限于这些数值。

图14为本申请的一种实施例提供的面发射激光器的谐振模式分布图，图15为本申请的一种实施例提供的面发射激光器的基模对应的远场图，图16为本申请的一种实施例提供的面发射激光器的基模对应的近场图。如图14～图16所示，针对上述实施例的结构，计算其相应的谐振模式分布以及其基模对应的远场和近场图案，图14中箭头所指的圆圈为基模。基模是波导结构中传输的最低阶模式，具有独特的光场分布和传输特性。在半导体激光器中，基模通常表现为在横截面上的能量分布为一个光斑，而高阶模则在横截面上有多个光斑。在半导体激光器中，除了基模，还存在高阶模。高阶模在横截面上的能量分布会有多个光斑。如图14所示，具有最低阈值增益的基模(左侧一列箭头所指圆圈)和其他模式(比如中间一列的高阶模和右侧一列的高阶模)间具有较大的阈值增益差别，该结构可以实现远小于1°的激光器远场发散角(图15所示)，并具备高斯分布的腔内电磁场强度(图16所示)。

图17为相关实施例中激光器的谐振模式分布图。结合图3、图14和图17，作为对比例，图3展示了相关技术中一种具有孔截面为等腰三角形的光子晶体结构，可以看到，如图14所示，在相同谐振腔尺寸下对比例的模式阈值增益差别要远小于本申请的实施例中模式阈值增益差别。

图18为本申请的另一种实施例提供的外延结构平行于衬底的截面图，如图18所示，在另一种实施例中，第一部分2011为菱形，第二部分2012为矩形，第一部分2011的长度L1、第一部分2011的宽度H1、第二部分2012的长度L2、第二部分2012的宽度H2，满足：0.7a≤L1≤1.1a，0.3a≤H1≤0.65a，0.1a≤L2≤0.35a，0.05a≤H2≤0.3a。L1的取值例如可以为0.7a、0.8a、0.9a、1.0a、1.1a，但不限于这些数值。H1的取值例如可以为0.3a、0.35a、0.4a、0.5a、0.6a、0.65a，但不限于这些数值。L2的取值例如可以为0.1a、0.2a、0.3a、0.35a，但不限于这些数值。H2的取值例如可以为0.05a、0.1a、0.2a、0.3a，但不限于这些数值。

图19为本申请的另一种实施例提供的外延结构平行于衬底的截面图，如图19所示，在另一种实施例中，第一部分2011为矩形，第二部分2012也为矩形，第一部分2011的长度L1、第一部分2011的宽度H1、第二部分2012的长度L2、第二部分2012的宽度H2，满足：0.5a≤L1≤0.8a，0.1a≤H1≤0.4a，0.1a≤L2≤0.35a，0.1a≤H2≤0.35a。L1的取值例如可以为0.5a、0.6a、0.7a、0.8a，但不限于这些数值。H1的取值例如可以为0.1a、0.2a、0.3a、0.4a，但不限于这些数值。L2的取值例如可以为0.1a、0.2a、0.3a、0.35a，但不限于这些数值。H2的取值例如可以为0.1a、0.2a、0.3a、0.35a，但不限于这些数值。

图20为本申请的另一种实施例提供的外延结构平行于衬底的截面图，如图20所示，在另一种实施例中，第一部分2011大致为椭圆，包括相对设置的长边和相对设置的弧形边缘，弧形边缘向内侧弯曲，类似于跑道形。弧形边缘的弧度为0rad～2rad。第二部分2012为矩形，第一部分2011的长度L1、第一部分2011的宽度H1、第二部分2012的长度L2、第二部分2012的宽度H2，满足：0.35a≤L1≤0.85a，0.15a≤H1≤0.4a，0.1a≤L2≤0.35a，0.1a≤H2≤0.35a。L1的取值例如可以为0.35a、0.4a、0.5a、0.6a、0.7a、0.8a、0.85a，但不限于这些数值。H1的取值例如可以为0.15a、0.2a、0.3a、0.4a，但不限于这些数值。L2的取值例如可以为0.1a、0.2a、0.3a、0.35a，但不限于这些数值。H2的取值例如可以为0.1a、0.2a、0.3a、0.35a，但不限于这些数值。

图21为本申请的另一种实施例提供的外延结构平行于衬底的截面图，如图21所示，在另一种实施例中，第一部分2011还可以为半圆，第二部分2012还可以为矩形。或者在其他实施例中，T形图案还可以由其他图形组合而成，本申请不做具体限制。

在一种实施例中，上述孔201及填充物202中的直角、锐角或者钝角位置均进行倒角处理，以满足工艺加工需求。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种面发射激光器，其特征在于，包括层叠设置衬底和外延结构，所述外延结构具有多个孔，每个所述孔的截面大致为T形，所述截面平行于所述衬底，所述孔中设有填充物，所述填充物的折射率与所述外延结构的折射率不同。

2.根据权利要求1所述的面发射激光器，其特征在于，所述外延结构包括层叠设置的光子晶体层和p掺杂包层，所述孔位于所述光子晶体层。

3.根据权利要求2所述的面发射激光器，其特征在于，每个所述孔至少部分延伸至所述p掺杂包层。

4.根据权利要求2所述的面发射激光器，其特征在于，所述光子晶体层包括多个呈点阵排列的晶胞，所述晶胞沿第一方向和第二方向周期性重复，每个所述晶胞包含一个所述孔，每个所述孔的截面沿第三方向对称，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向均平行于所述衬底，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第三方向分别与所述第一方向和所述第二方向呈45°夹角。

5.根据权利要求1所述的面发射激光器，其特征在于，沿垂直于所述衬底的方向，所述孔的深度d，满足：50nm≤d≤500nm。

6.根据权利要求4所述的面发射激光器，其特征在于，所述孔的截面包括相互连接的第一部分和第二部分，所述第一部分的面积大于所述第二部分的面积；

所述第一部分的长度L1、所述第一部分的宽度H1、所述第二部分的长度L2、所述第二部分的宽度H2，满足：0.35a≤L1≤1.1a，0.1a≤H1≤0.65a，0.05a≤L2≤0.35a，0.05a≤H2≤0.35a，其中a为晶格常数。

7.根据权利要求6所述的面发射激光器，其特征在于，所述第一部分为椭圆形，所述第二部分为矩形，所述第一部分的长度L1、所述第一部分的宽度H1、所述第二部分的长度L2、所述第二部分的宽度H2，满足：0.55a≤L1≤0.85a，0.2a≤H1≤0.5a，0.1a≤L2≤0.35a，0.1a≤H2≤0.35a。

8.根据权利要求6所述的面发射激光器，其特征在于，所述第一部分为菱形，所述第二部分为矩形，所述第一部分的长度L1、所述第一部分的宽度H1、所述第二部分的长度L2、所述第二部分的宽度H2，满足：0.7a≤L1≤1.1a，0.3a≤H1≤0.65a，0.1a≤L2≤0.35a，0.05a≤H2≤0.3a。

9.根据权利要求6所述的面发射激光器，其特征在于，所述第一部分为矩形，所述第二部分也为矩形，所述第一部分的长度L1、所述第一部分的宽度H1、所述第二部分的长度L2、所述第二部分的宽度H2，满足：0.5a≤L1≤0.8a，0.1a≤H1≤0.4a，0.1a≤L2≤0.35a，0.1a≤H2≤0.35a。

10.根据权利要求6所述的面发射激光器，其特征在于，所述第一部分大致为椭圆，包括相对设置的长边和相对设置的弧形边缘，所述弧形边缘向内侧弯曲，所述弧形边缘的弧度为0rad～2rad，所述第二部分为矩形，所述第一部分的长度L1、所述第一部分的宽度H1、所述第二部分的长度L2、所述第二部分的宽度H2，满足：0.35a≤L1≤0.85a，0.15a≤H1≤0.4a，0.1a≤L2≤0.35a，0.1a≤H2≤0.35a。