面发射等边三角形谐振腔激光器 本发明涉及半导体激光器(或半导体器件)，更具体地，本发明涉及具有输出波导的面发射等边三角形谐振腔半导体激光器及制作方法。
在半导体激光器中谐振腔起到反馈光的作用并实现光的相干增强效应，为实现这一功能可有多种结构的谐振腔，如由平行解理面构成的法布里-珀罗腔，由周期性折射率或增益变化引起光反馈的分布布拉格反馈谐振腔，以及具有全反射回音壁模式的微盘结构等等。最近，我们发现等边三角形谐振腔中很容易实现基横模激射，并最终得到单模微腔半导体激光器，而且等边三角形谐振腔可以直接与波导相连接以获得光输出，将适于做集成光学的光源和具有方向性输出的微腔半导体激光器。我们据此在1999年3月和2000年3月申请了中国发明专利“等边三角形谐振腔半导体激光器”(申请号：99103364.7)和“具有等边三角形微光学谐振腔的光电器件”(申请号：00105875.4)，并且发表了题为“采用时域有限元法和Pade近似计算等边三角形谐振腔的模式频率和品质因子”(“Mode frequencies and quality factors calculated forEquilateral triangular optical resonators by FDTD technique and Padeapproximation”，IEEE Photonics Technology Letters，vol.12，pp.8l3-815，July 2000)的研究论文。在磷化镓(InP)等半导体中，我们可以采用选择性湿法化学腐蚀或离子束刻蚀出与材料表面成45°夹角的斜面，＂InGaAsP/InP双异质结片子的化学腐蚀＂(＂Chemical etching ofInGaAsP/InP DH wafer＂，J.Electrochem.Soc.：Solid-State Science andTechnology，vol.129，no.5，pp.1053-1062，May，1982)，＂InP基材料的化学辅助离子束刻蚀结构的侧墙倾斜度控制＂(＂Sidewallslope control of chemically assisted ion-beam etched structures in InP-basedmaterials＂，J.Vac.Sci.Technol.B，vol.16，no.4，pp.1864-1866，1998)。这样，等边三角形谐振腔的输出波导如与正对的与表面成45°夹角的斜面相交，则可实现等边三角形谐振腔半导体激光器从衬底的背面发射输出。我们也可以把半导体材料倾斜不同地角度进行干法刻蚀，以得到与材料表面成不同夹角的斜面，如能得到与表面成135°夹角的斜面，则可实现等边三角形谐振腔激光器从正面的面发射激光输出。采用不同大小的等边三角形微谐振腔列阵，还可以得到多波长面发射半导体激光器列阵。
本发明的目的在于提供一种面发射等边三角形谐振腔激光器，其具有制作工艺简单，可采用普通边发射激光器的外延片制作面发射激光器。
本发明的核心思想是使三角形谐振腔的输出波导与正对的与表面成45°或135°夹角的斜面相交，应用平面工艺实现面发射的半导体激光器和列阵。如果衬底对发射波长是透明的，例如InP衬底对于1.3和1.5微米，面发射激光可以从生长面或衬底输出；如果衬底对发射波长不是透明的，则要在衬底上腐蚀出出光孔，或用干法刻蚀制备倒台面的斜面使面发射激光从生长面输出。
面发射的等边三角形谐振腔半导体激光器和列阵与垂直腔面发射半导体激光器一样可应用平面工艺大批量制作，而且没有把注入电流限制于小孔径的问题。最重要的是面发射等边三角形谐振腔半导体激光器和列阵只需要一般的边发射半导体激光器的外延片。
本发明的目的是由以下方案实现的：
一种面发射等边三角形谐振腔激光器，其是具有输出波导的由一个等边三角形构成的三角形谐振腔和使输出波导中的输出光偏转90°的斜面的面发射半导体激光器，结构包括由下限制层，有源区和上限制层构成的平板波导，其特征在于：其中等边三角形外部区域腐蚀到下限制层或衬底，而未腐蚀的等边三角形区域作为谐振腔，三角形边作为反射镜面，在三角形的角区或边上与波导相连接或耦合，而且有一斜面与输出波导相交使输出光偏转90°形成面发射输出。
其中在等边三角形的一个角区与一输出波导相连接，并有一与表面成45°的斜面与输出波导相交使输出光偏转90°形成衬底面出光的面发射激光输出。
其中在等边三角形的一个角区与一输出波导相连接，并有一与表面成135°的斜面与输出波导相交使输出光偏转90°形成在正面出光的面发射激光输出。
其中多个面发射等边三角形谐振腔激光器形成面发射半导体激光器线阵或面阵。
其中多个不同大小的等边三角形谐振腔激光器形成多波长面发射半导体激光器线阵或面阵。
以下结合附图和实施例对本发明的结构和特征作进一步的详细描述如后，其中：
图1a为具有输出波导及使输出光偏转90°的斜面的面发射等边三角形谐振腔激光器的顶视图。
图1b为输出光从衬底输出的面发射等边三角形谐振腔激光器侧视图。
图1c为输出光从正面输出的面发射等边三角形谐振腔激光器侧视图。
图2a-e为根据本发明制作面发射等边三角形谐振腔激光器的步骤示意图。
其中：图2a为步骤1的侧视图。
图2b为步骤2的侧视图。
图2c为步骤3的侧视图。
图2d为步骤4的顶视图。
图2e为步骤5的顶视图。
首先请参阅图1a为本发明第一实施例，是具有输出波导和使输出光偏转90°的斜面的面发射等边三角形谐振腔激光器100的顶视图。器件结构材料为在衬底上生长下限制层，有源层及上限制层的普通边发射半导体激光器的平板波导结构材料。由长度为几微米到上千微米的三条边2、4、6围成的等边三角形40的外部区域都腐蚀透过下限制层以产生三角形区域内外的折射率差，从而形成三角形谐振腔，由两条边50和60组成的宽为零点几到几十微米的输出波导80与三角形谐振腔40相连形成输出波导。在直线70的上部区域可以只浅刻蚀以形成弱波导80，这样可得到较大条宽的单模波导80。波导80的宽度可大于三角形谐振腔的开口，而且波导80与三角形谐振腔相连处可有零点几微米到几微米的深刻蚀，以限制输出光的发散，即两条边50和60在与三角形谐振腔相连处可以是深刻蚀形成的波导。波导80同一与表面成45°或135°夹角的斜面90相交使输出光偏转90°形成面发射输出。图1b为具有输出波导80和使输出光120偏转90°的与表面成45°夹角的斜面90的等边三角形谐振腔40面发射半导体激光器100的侧视图，输出光120经90°偏转后从衬底520输出，在衬底520的背面可镀抗反射膜110以避免输出光的反馈对等边三角形谐振腔的影响。图1c为具有输出波导80和使输出光120偏转90°的与表面成135°夹角的斜面90的等边三角形谐振腔40面发射半导体激光器100的侧视图，输出光120经90°偏转后从正面输出，在光输出窗口也要镀抗反射膜以避免输出光的反馈的影响。图1b和图1c中电极可制作在未刻蚀的等边三角形顶端和衬底面，深刻蚀区域也可作为电极区。
面发射等边三角形谐振腔激光器，结构包括由下限制层，有源区和上限制层构成的平板波导，半导体材料可以是铟镓砷磷，铝镓砷，砷化镓，铟镓氮，铟镓砷氮等各种有源材料和相应的限制层材料，还可以是半导体体材料，量子阱，量子线，和量子点材料，而且采用量子点材料可降低刻蚀端面非辐射复合的影响。等边三角形外部区域采用干法刻蚀或湿法化学腐蚀到下限制层或衬底，而未腐蚀的等边三角形区域作为谐振腔，三角形边作为反射镜面，在三角形的角区或边上有输出波导相连接或耦合，而且输出波导与一斜面相交使输出光偏转90°形成面发射输出。输出波导可以同时是光放大器以增加输出光功率，输出端面可镀抗反射膜以减少光反馈的影响。输出波导如与解理面或垂直的刻蚀面相交，而且解理面上镀抗反射膜，则可制成普通的边发射三角形微光学谐振腔的半导体激光器
图2为制作图1所示的面发射等边三角形谐振腔激光器的步骤：
图2a为步骤1(侧视图)即采用分子束外延或金属有机化合物气相外延等方法在衬底520上生长包括下限制层18，有源层16，上限制层及欧姆接触层14的普通边发射激光器片子；
图2b为步骤2(侧视图)，在外延层上蒸发电极12；
图2c为步骤3光刻图形并腐蚀掉除等边三角形谐振腔40，输出波导80两个区域外的电极，顶视图上40、80两个区域内为电极层12，其它区域则为上限制层14，然后浅刻蚀形成对输出波导80的限制，这时70以上的区域150就是浅刻蚀区域，而等边三角形谐振腔40周围为上限制层；
图2d为步骤4(顶视图)，淀积刻蚀阻挡层，并把等边三角形谐振腔40，以及边70以上的区域150和波导区80以外的刻蚀阻挡层去掉，然后采用反应离子束等刻蚀方法刻蚀到衬底520，这时顶视图三角形谐振腔40，输出波导80两个区域内为电极层12，150区为浅腐蚀区域，其他区域为衬底层520；
图2e为步骤5(侧视图)，光刻图形并用干法刻蚀出与表面成45°夹角的斜面90，使输出光120从背面出射。然后，淀积衬底面的电极，在出光孔处去掉电极并淀积抗反射膜以减少光反馈的影响(如果衬底是不透明的，则需在衬底上刻蚀出光孔)，就可对在整个片子基础上对各个器件进行测试，不必解理腔面。