專(zhuān)利名稱(chēng)：內(nèi)腔液晶可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)腔液晶可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器，屬于半導(dǎo)體光電子技術(shù)與液晶物理學(xué)領(lǐng)域，涉及一種新型可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器。
背景技術(shù)：
波長(zhǎng)可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器是密集波分復(fù)用通信技術(shù)、氣體探測(cè)和光譜分析等領(lǐng)域非常有前景的光源。內(nèi)腔液晶可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器，在外加調(diào)諧電壓作用下，利用液晶層的電控雙折射特性可實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)連續(xù)輸出。由于內(nèi)腔液晶可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器能夠大大降低成本，提高可靠性，未來(lái)很有可能取代傳統(tǒng)的多波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器陣列，并將在目前快速發(fā)展的光互聯(lián)和光通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中發(fā)揮重要作用。波長(zhǎng)可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器在諸多應(yīng)用領(lǐng)域中要求激光穩(wěn)定偏振，所以?xún)?nèi)腔 液晶可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的研制具有重大意義。垂直腔面發(fā)射激光器實(shí)現(xiàn)偏振穩(wěn)定輸出主要采用如制作非對(duì)稱(chēng)諧振腔、引入光柵和液晶等方式。德國(guó)達(dá)姆斯塔特工業(yè)大學(xué)報(bào)道過(guò)非對(duì)稱(chēng)諧振腔方法，通過(guò)改變上反射鏡不同晶向的曲率來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)諧的偏振穩(wěn)定，但由于反射鏡在外延時(shí)應(yīng)力和曲率大小不易控制，難以實(shí)現(xiàn)偏振穩(wěn)定、統(tǒng)一。美國(guó)伯克利大學(xué)Chang-Hasnain研究組報(bào)道了采用高對(duì)比度光柵方法獲得偏振可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器。然而由于高對(duì)比度光柵為單層結(jié)構(gòu)，在濕法腐蝕釋放光柵時(shí)，單層光柵容易受到腐蝕，增加了工藝制作難度。法國(guó)Castany研究組利用液晶作為電光調(diào)制層，實(shí)現(xiàn)光泵浦下的波長(zhǎng)調(diào)諧，然而液晶層離有源區(qū)較近，光損耗嚴(yán)重，且光泵浦方式不利于商業(yè)化生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用。因此，我們需要發(fā)明一種新的調(diào)諧方式來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)腔液晶可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器，能夠在波長(zhǎng)調(diào)諧過(guò)程中實(shí)現(xiàn)偏振穩(wěn)定輸出，提高可靠性。本發(fā)明的內(nèi)腔液晶可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器，如圖I所示。器件分為三部分從下到上依次為η型背面電極11、底部襯底10、下DBR9、有源區(qū)8、包含有出光孔的氧化限制層7的P型DBR12、有出光孔的P型注入電極6、ΙΤ0層14、取向膜3，此為第一部分即發(fā)光區(qū)，從氧化限制層7往上結(jié)構(gòu)為脊型；脊型兩端為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的聚合物襯墊5，構(gòu)成液晶盒，液晶盒存儲(chǔ)有液晶4，此為第二部分；第三部分即上反射鏡，依次包括，具有出光孔的頂部襯底I、上DBR2、ITO層14、取向膜3 ;第三部分倒立放置在第二部分上，依靠聚合物襯墊5支撐。本發(fā)明中的結(jié)構(gòu)，取向膜3通過(guò)線性偏振紫外光聚合技術(shù)獲得；本發(fā)明還提供一種內(nèi)腔液晶可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法，包括步驟I、在襯底10上依次外延生長(zhǎng)下DBR9，有源區(qū)8，包括有出光孔的氧化限制層7 的 P 型 DBR12 ；步驟2、光刻腐蝕出脊型臺(tái)面，直到露出氧化限制層7側(cè)壁；
步驟3、對(duì)器件氧化限制層7進(jìn)行橫向氧化，形成注入電流限制孔；步驟4、濺射、光刻、腐蝕，制備出η型背面電極11 ；步驟5、脊型臺(tái)面上淀積P型注入電極6 ￠)，光刻、腐蝕得到出光孔；步驟6、淀積生長(zhǎng)ITO層14;步驟7、淀積生長(zhǎng)取向膜3，完成第一部分制備；步驟8、在襯底I上依次外延生長(zhǎng)腐蝕停層13、上DBR2和IT014 ；步驟9、淀積生長(zhǎng)取向膜3 ；
步驟10、利用光刻和選擇性濕法腐蝕方法刻蝕成脊型臺(tái)面，直到露出腐蝕停層13 ；步驟11、將襯底減薄，拋光，洗凈，旋涂光刻膠，光刻得到出光孔，直至露出腐蝕停層13 ；步驟12、用腐蝕液刻蝕掉腐蝕停層13，制得上反射鏡部分；步驟13、在步驟7得到的發(fā)光區(qū)上對(duì)稱(chēng)生長(zhǎng)聚合物襯墊(5)；步驟14、向聚合物襯墊5構(gòu)成的液晶盒中，注入液晶4 ；步驟15、采用自對(duì)準(zhǔn)工藝將發(fā)光區(qū)與上反射鏡進(jìn)行粘合、固化，完成器件制作。采用自對(duì)準(zhǔn)工藝將發(fā)光區(qū)與上反射鏡進(jìn)行粘合、固化，完成器件制作。本發(fā)明的激光器能夠在波長(zhǎng)調(diào)諧過(guò)程中實(shí)現(xiàn)偏振穩(wěn)定輸出，提高可靠性。


本發(fā)明的內(nèi)腔液晶可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器圖I :本發(fā)明的內(nèi)腔液晶可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 :內(nèi)腔液晶可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器光刻出的脊型臺(tái)面示意圖；圖3 :器件氧化限制層進(jìn)行橫向氧化形成注入電流限制孔徑示意圖；圖4 :器件背面襯底減薄，制備下電極器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖5 :制作P型注入電極示意圖；圖6 :生長(zhǎng)ITO不意圖；圖7 :生長(zhǎng)取向膜結(jié)構(gòu)示意圖；圖8 :在上反射鏡(第三部分)外延片上生長(zhǎng)ITO不意圖；圖9 :生長(zhǎng)取向膜結(jié)構(gòu)示意圖；圖10 :光刻出上反射鏡脊型臺(tái)面示意11 :頂部襯底減薄光刻出光孔示意12 :對(duì)稱(chēng)生長(zhǎng)聚合物襯墊示意13 :向液晶盒注入液晶示意圖。圖14 :發(fā)光區(qū)(第一部分)和上反射鏡(第三部分)粘和后器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖15 :器件反射曲線和量子阱增益譜。圖中1、頂部襯底2、上DBR 3、取向膜4、液晶5、聚合物襯墊6、p型注入電極7、氧化限制層8、有源區(qū)9、下DBR 10、底部襯底ll、n型背面電極12、p型DBR 13、腐蝕停層 14、ITO 層 ο
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖2-圖14介紹內(nèi)腔液晶可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法；在GaAs襯底10上依次外延生長(zhǎng)33. 5對(duì)下DBR9，有源區(qū)8以及包括有出光孔的氧化限制層7的P型DBRl2 ；光刻腐蝕出82 μ mX 82 μ m的脊型臺(tái)面，直到露出氧化限制層7側(cè)壁；用高溫氧化爐對(duì)器件氧化限制層7進(jìn)行橫向氧化，形成注入電流限制孔；濺射Ti/Au，光刻、腐蝕，制備出η型背面電極11 ；脊型臺(tái)面上淀積P型注入電極6，光刻、腐蝕得到出光孔； 用蒸渡機(jī)淀積生長(zhǎng)ITO層14;淀積生長(zhǎng)光敏聚合物取向膜3，完成第一部分制備；在GaAs襯底I上依次外延生長(zhǎng)腐蝕停層13、22· 5對(duì)上DBR2和ΙΤ014 ；用蒸渡機(jī)淀積生長(zhǎng)取向膜3 ；利用光刻和選擇性濕法腐蝕方法刻蝕成75 μ mX 75 μ m脊型臺(tái)面，直到露出腐蝕停層13 ；將襯底減薄，拋光，洗凈，用涂膠機(jī)旋涂光刻膠，光刻得到出光孔，直至露出腐蝕停層13 ；用腐蝕停層腐蝕液去除腐蝕停層，制得上反射鏡部分；在發(fā)光區(qū)部分上對(duì)稱(chēng)生長(zhǎng)聚合物襯墊5 ；向聚合物襯墊5圍成的液晶盒中，注入液晶4 ；采用自對(duì)準(zhǔn)工藝將發(fā)光區(qū)與上反射鏡進(jìn)行粘合、固化，完成器件制作。圖15給出器件的反射曲線和量子阱增益譜。從圖中可以看出，器件激射波長(zhǎng)可以從850nm藍(lán)移到835nm，可以實(shí)現(xiàn)15nm的調(diào)諧范圍。當(dāng)器件腔模波長(zhǎng)為835nm時(shí)，會(huì)有另一個(gè)腔模波長(zhǎng)863nm產(chǎn)生，但是835nm波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的量子阱增益明顯大于863nm對(duì)應(yīng)增益，所以只有835nm波長(zhǎng)光激射。
權(quán)利要求
1.內(nèi)腔液晶可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，器件分為三部分從下到上依次為η型背面電極(11)、底部襯底(10)、下DBR(9)、有源區(qū)(8)、包括有出光孔的氧化限制層⑵的P型DBR(12)、有出光孔的P型注入電極(6)、ITO層(14)、取向膜(3)，此為第一部分即發(fā)光區(qū)，從氧化限制層(7)往上為脊型結(jié)構(gòu)；脊型兩端為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的聚合物襯墊(5)，形成液晶盒，液晶盒存儲(chǔ)有液晶(4)，此為第二部分；第三部分即上反射鏡，依次包括，有出光孔的頂部襯底(I)、上DBR (2)、ITO層(14)、取向膜(3);第三部分倒立放置在第二部分上，依靠聚合物襯墊(5)支撐。
2.如權(quán)利要求I所述的內(nèi)腔液晶可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于取向膜通過(guò)線性偏振紫外光聚合技術(shù)獲得。
3.如權(quán)利要求I所述的內(nèi)腔液晶可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法，其特征在于步驟如下 步驟I、在襯底(10)上依次外延生長(zhǎng)下DBR (9)，有源區(qū)(8)，包括有出光孔的氧化限制層(7)的 P 型 DBR (12)； 步驟2、光刻腐蝕出脊型臺(tái)面，直到露出氧化限制層(7)側(cè)壁； 步驟3、對(duì)器件氧化限制層(7)進(jìn)行橫向氧化，形成注入電流限制孔； 步驟4、濺射、光刻、腐蝕，制備出η型背面電極(11); 步驟5、脊型臺(tái)面上淀積P型注入電極￠)，光刻、腐蝕得到出光孔； 步驟6、淀積生長(zhǎng)ITO層(14); 步驟7、淀積生長(zhǎng)取向膜(3)，完成第一部分制備； 步驟8、在襯底(I)上依次外延生長(zhǎng)腐蝕停層(13)、上DBR (2)和ITO (14)； 步驟9、淀積生長(zhǎng)取向膜(3); 步驟10、利用光刻和選擇性濕法腐蝕方法刻蝕成脊型臺(tái)面，直到露出腐蝕停層(13)； 步驟11、將襯底減薄，拋光，洗凈，旋涂光刻膠，光刻得到出光孔，直至露出腐蝕停層(13)； 步驟12、用腐蝕液刻蝕掉腐蝕停層(13)，制得上反射鏡部分； 步驟13、在步驟7得到的發(fā)光區(qū)上對(duì)稱(chēng)生長(zhǎng)聚合物襯墊(5)； 步驟14、向聚合物襯墊(5)構(gòu)成的液晶盒中，注入液晶(4)； 步驟15、采用自對(duì)準(zhǔn)工藝將發(fā)光區(qū)與上反射鏡進(jìn)行粘合、固化，完成器件制作。
全文摘要
內(nèi)腔液晶可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器屬于半導(dǎo)體光電子器件領(lǐng)域。該激光器結(jié)構(gòu)分為三部分: 從下到上依次為n型背面電極(11)、底部襯底(10)、下DBR(9)、有源區(qū)(8)、包括氧化限制層(7)的p型DBR(12)、p型注入電極(6)、ITO層(14)、取向膜(3)，此為第一部分，從氧化限制層(7)往上為脊型結(jié)構(gòu)；脊型兩端為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的聚合物襯墊(5)，形成液晶盒，液晶盒存儲(chǔ)有液晶(4) ，此為第二部分；第三部分，依次包括，有出光孔的頂部襯底(1)、上DBR(2)、ITO層(14)、取向膜(3)；第三部分倒立放置在第二部分上，依靠聚合物襯墊(5)支撐。本發(fā)明通過(guò)在液晶盒兩端加調(diào)諧電壓引起液晶層折射率變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)激光波長(zhǎng)的連續(xù)調(diào)諧。同時(shí)，由于向列相液晶獨(dú)特的各向異性，激光器可以實(shí)現(xiàn)激光偏振穩(wěn)定輸出。
文檔編號(hào)H01S5/068GK102916342SQ20121041886
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月28日
發(fā)明者關(guān)寶璐, 郭霞, 王強(qiáng), 史國(guó)柱, 劉欣 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)