[发明专利]一种垂直腔面发射激光器及其制备方法

说明书

本申请公开了一种垂直腔面发射激光器及其制备方法，包括：第一反射层；活性层，被配置为具备量子阱；以及高对比度光栅层，被配置为与第一反射层形成谐振腔，活性层位于高对比度光栅层与第一反射层之间；其中，沿第一反射层的中心区域指向第一反射层的外边缘区域的方向，所述高对比度光栅层的折射率在二维方向上按预设规则变化，以对通过所述高对比度光栅层出射的激光进行整形。本申请通过设置在二维方向上折射率按预设规则的高对比度光栅结层，一方面简化上反射镜外延结构，降低了器件外延工艺及制备难度；另一方面可以对出射激光进行针对性整形和控制，无需后续的光路设计，具有使用方便、光束质量高、制备工艺简单等优点。

技术领域

本申请一般涉及激光器技术领域，具体涉及一种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(Vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)具有体积微型化、功率损耗低、输出光束质量好、调制速度快等优点，被广泛应用于光通信、激光雷达、3D显示等众多领域。

传统的VCSEL需要上下反射镜实现激光的腔内震荡，常见的反射镜通常是分布式布拉格反射镜(DBR)，DBR由多个交替层构成，相邻两个交替层具有不同的折射率，每层由具有周期性折射率变化的介电质或半导体材料构成，每层的厚度与有源区的发光波长以及材料的折射率有关，为了获得大于99％的腔反射率，上下DBR的周期数基本在20-60之间，甚至更多，这给材料外延生长的精确度和外延时长带来的严峻挑战。

同时，由于半导体激光器本身的限制，所有的半导体激光器包括VCSEL都存在包括较大发散角的缺点，这使得VCSEL在应用过程中需要后续的光路或光学元件对VCSEL的输出光束进行控制，以此实现光束的诸如聚焦、扩束或准直功能，这给VCSEL的使用带来的很大的麻烦，而且增加了VCSEL的制造成本。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本申请期望提供一种垂直腔面发射激光器及其制备方法。

作为本申请的第一方面，本申请提供一种垂直腔面发射激光器。

作为优选，所述垂直腔面发射激光器包括：

第一反射层；

活性层，被配置为具备量子阱；以及

高对比度光栅层，被配置为与所述第一反射层形成谐振腔，所述活性层位于所述高对比度光栅层与所述第一反射层之间；

其中，沿所述第一反射层的中心区域指向所述第一反射层的外边缘区域的方向，所述高对比度光栅层的折射率在二维方向上按预设规则变化，以对通过所述高对比度光栅层出射的激光进行整形。

作为优选，沿所述第一反射层的中心区域指向所述第一反射层的外边缘区域的方向，所述高对比度光栅层的折射率在二维方向上逐渐降低。

作为优选，沿所述第一反射层的中心区域指向所述第一反射层的外边缘区域的方向，所述高对比度光栅层的折射率在二维方向上逐渐增加。

作为优选，所述高对比度光栅层由从所述活性层向上凸起的二维微柱阵列所形成；沿所述第一反射层的中心区域指向所述第一反射层的外边缘区域的方向，所述二维微柱阵列的占空比在二维方向上基于所述预设规则变化。

作为优选，所述二维微柱阵列的占空比为5～95％。

作为优选，还包括第二反射层，所述第二反射层位于所述高对比度光栅层和所述活性层之间，所述第二反射层、所述高对比度光栅层和所述第一反射层共同形成所述谐振腔；

其中，所述第一反射层和所述第二反射层中的一者为N型反射器层，另一者为P型反射器层。

作为优选，还包括位于所述高对比度光栅层与所述第二反射层之间的用于支撑所述高对比度光栅层的衬垫层。