独立可寻址液晶调谐垂直腔面发射激光器阵列及制备方法与流程

本发明涉及半导体激光器和液晶物理学领域，尤其涉及一种独立可寻址液晶调谐垂直腔面发射激光器阵列及制备方法。

背景技术：

随着光纤通信技术及光纤传感等领域的快速发展，窄线宽半导体激光器得到了越来越广泛的应用。对光源而言，其单模输出稳定性和线宽是两项十分重要的指标。相比于边发射激光器，垂直腔面发射激光器(vcsel)具有更短的有效腔长，所以vcsel的纵模间距更大，具有较好的单纵模激射特性，然而较短的有效腔长也造成vcsel线宽较大，降低光响应灵敏度。

波长可调谐vcsel在生物传感、空气污染物检测、原子钟等领域具有广泛应用。而通常利用分立的单管激光器和可调谐激光器达到波长调谐的目的，其中最简单的做法是利用分立的单管激光器，各个单管激光器彼此相互独立，电光接口对接方便，但是其封装成较高；使用可调谐激光器，成本可控，但是调制速率范围小，且噪声大；而使用阵列激光器则可以弥补上述两种方法的不足，封装简单、调制速率高，实现多波长激射，再结合液晶的电控双折射率，实现激光器波长的连续可调谐。

因此，当下对线宽较窄、波长可调谐且彼此独立调制、成本低廉的激光器阵列的研究显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种独立可寻址窄线宽液晶可调谐垂直腔面发射激光器阵列及其制备方法，使波长可调谐垂直腔面发射激光器阵列在压窄线宽的同时实现多波长激射，结合液晶的双折射率特性实现波长连续可调，通过激光器阵列电极的独立可寻址特点实现不同波长单管的定位与单独调制。

本发明独立可寻址窄线宽液晶可调谐垂直腔面发射激光器阵列的结构如图1所示。该结构自下而上主要包括激光器阵列背面电极(1)、gaas衬底(2)、下dbr(3)、有源区(4)、氧化限制层(5)、sio2钝化层(6)、激光器阵列注入电极(7)、间隔层(8)、液晶层(9)、上dbr(10)、玻璃基板(11)、ito导电薄膜(12)和液晶调谐正极(13)。

本发明的结构中，间隔层部分通过光刻显影和(或)腐蚀获得；

本发明的结构中，上dbr部分是在玻璃基底上利用利用金属有机物化学气相淀积(mocvd)或真空电子束蒸发镀膜机交替生长的薄膜构成；

本发明的结构通过多片集成的方式获得，half-vcsel、间隔层和上dbr分别进行制备，half-vcsel制备完成后在其上面制作间隔层，然后注入液晶，最后再结合上dbr部分进行密封，形成完整的vcsel结构。

本发明还提供一种独立可寻址窄线宽液晶可调谐垂直腔面发射激光器的制备方法，其中包括：

采用金属有机化学汽相淀积(mocvd)首先在n型gaas衬底上交替生长n-al0.12ga0.88as层与n-al0.9ga0.1as层共34对，构成下dbr；然后生长gaas/al0.3ga0.7as量子阱结构构成有源区；再然后生长al0.98ga0.02as层形成氧化限制层；最后生长重掺杂p型algaas，便于与注入电极形成良好的欧姆接触；

在步骤1中生长的外延片上光刻激光器阵列图形，使用选择性腐蚀液将光刻后的外延片腐蚀成台面结构，腐蚀深度至露出al0.98ga0.02as氧化限制层侧壁；

利用高温氧化炉通过湿氮氧化法对步骤2中外延片进行横向氧化形成氧化限制层，制作注入电流限制孔；

使用等离子体增强化学气相沉积(pecvd)淀积300nm厚的sio2钝化层，并光刻、腐蚀出激光器出光孔；

溅射ti/au形成激光器阵列注入电极，并剥离光刻胶露出出光孔；

将衬底磨薄至300μm，溅射augeni/au形成激光器阵列背面电极，并进行退火，使金属层与半导体材料形成良好的欧姆接触，激光器half-vcsel区部分制作完成；

在制备好的形成half-vcsel区上旋涂间隔层材料，通过光刻显影技术制备一定厚度的间隔层，固化，形成液晶凹槽；

利用电子束蒸发台在玻璃基板的上表面生长ito导电薄膜；

利用金属有机物化学气相淀积(mocvd)或真空电子束蒸发镀膜机在玻璃基板另一面交替生长薄膜，构成激光器阵列的上dbr；

在ito导电薄膜一侧溅射用于压焊液晶调谐正极导线的ti/au金属层；

在液晶填注凹槽内注入液晶；

将上dbr部分的长有dbr的一面封盖在已注入液晶的液晶凹槽上，并进行粘合、固化，完整器件制备完成。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

该激光器阵列实现压窄线宽的同时实现多波长激射，记得地降低了成本，结合液晶的双折射率特性达到波长调谐的目的；该激光器阵列中的各激光器单管相互独立，既能实现单管调制制，又能实现阵列的同时控制，还能实现单管的定位，便于操作与检验。

附图说明

图1：独立可寻址窄线宽液晶可调谐垂直腔面发射激光器整体结构示意图；

图2：独立可寻址窄线宽液晶可调谐垂直腔面发射激光器刻蚀出的台面示意图；

图3：器件氧化限制层横向氧化后形成注入电流限制孔示意图；

图4：器件生长sio2钝化层后结构示意图；

图5：溅射ti/au形成激光器阵列注入电极(同时也是液晶调谐负极)示意图；

图6：减薄衬底制备激光器阵列背面电极示意图；

图7：在half-vcsel上制备间隔层示意图；

图8：在玻璃基板上表面生长ito导电薄膜示意图；

图9：在玻璃基板另一面交替生长薄膜构成上dbr示意图；

图10：在ito导电薄膜一面溅射液晶调谐正极；

图11：在液晶凹槽内灌注液晶示意图；

图12：独立可寻址窄线宽液晶可调谐垂直腔面发射激光器阵列完整结构示意图；

图13：独立可寻址窄线宽液晶可调谐垂直腔面发射激光器阵列俯视示意图

图1中：1.激光器阵列背面电极、2.gaas衬底、3.下dbr、4.有源区、5.氧化限制层、6.sio2钝化层、7.激光器阵列注入电极(同时也是液晶调谐负极)、8.间隔层、9.液晶、10.上dbr、11.玻璃基板、12.ito导电薄膜、13.液晶调谐正极。

具体实施方式

下面结合图2--图13详细介绍独立可寻址窄线宽液晶可调谐垂直腔面发射激光器阵列的制备方法：

步骤1、采用金属有机化学汽相淀积(mocvd)首先在n型gaas衬底上交替生长n-al0.12ga0.88as层与n-al0.9ga0.1as层共34对，构成下dbr；然后生长gaas/al0.3ga0.7as量子阱结构构成有源区；再然后生长al0.98ga0.02as层形成氧化限制层；最后生长重掺杂p型algaas，便于与注入电极形成良好的欧姆接触；

步骤2、在步骤1中生长的外延片上光刻激光器阵列图形，使用选择性腐蚀液将光刻后的外延片腐蚀成台面结构，腐蚀深度至露出al0.98ga0.02as氧化限制层侧壁；

步骤3、利用高温氧化炉通过湿氮氧化法对步骤2中外延片进行横向氧化形成氧化限制层，制作注入电流限制孔；

步骤4、使用等离子体增强化学气相沉积(pecvd)淀积300nm厚的sio2钝化层，并光刻、腐蚀出激光器出光孔；

步骤5、溅射ti/au形成激光器阵列注入电极，并剥离光刻胶露出出光孔；

步骤6、将衬底磨薄至300μm，溅射augeni/au形成激光器阵列背面电极，并进行退火，使金属层与半导体材料形成良好的欧姆接触，激光器half-vcsel区制作完成；

步骤7、在制备好的形成half-vcsel区上旋涂间隔层材料，通过光刻显影技术制备一定厚度的间隔层，固化，形成液晶凹槽；

步骤8、利用电子束蒸发台在玻璃基板的上表面生长ito导电薄膜；

步骤9、利用金属有机物化学气相淀积(mocvd)或真空电子束蒸发镀膜机在玻璃基板另一面交替生长薄膜，构成激光器阵列的上dbr；

步骤10、在ito导电薄膜一侧溅射用于压焊液晶调谐正极导线的ti/au金属层；

步骤11、在液晶填注凹槽内注入液晶；

步骤12、将上dbr部分的长有dbr的一面封盖在已注入液晶的液晶凹槽上，并进行粘合、固化，完整器件制备完成。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理括在本发明的专利保护范围内。