0105002-1研究论文第43卷第1期/2023年1月/光学学报应用于VCSEL的GaAs/AlOx高折射率对比度亚波长光栅反射镜的设计和制备罗妍，郝永芹*，邹永刚长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林长春130022摘要基于严格耦合波理论，分析GaAs/AlOx高折射率对比度亚波长光栅（HCG）反射镜的偏振和反射特性，设计了横电（TE）偏振的HCG。当入射光由衬底垂直入射时，HCG在940nm附近的最高反射率接近1。分析了光栅形貌误差和入射角偏差对其反射特性的影响。采用金属有机化合物气相沉积技术进行外延生长，通过电子束曝光、干法刻蚀、湿法刻蚀以及湿法氧化等方法制备出HCG，并进行理论与实验结果的对比分析。实验测试了入射光由光栅表面垂直入射的反射率，其中TE偏振光的最高反射率达到84.9%，与86.5%的理论值比较接近，且横磁（TM）偏振光的反射率低于40%，反射谱的变化规律也与理论结果基本一致，这验证了理论结果的合理性。该反射镜可以作为垂直腔面发射激光器的超薄反射器，具有低损耗、偏振稳定和单模工作的特性。关键词光栅；高折射率对比度亚波长光栅；衍射效率；偏振；单模；垂直腔面发射激光器中图分类号O472+.8文献标志码ADOI：10.3788/AOS2218861引言在衍射光学元件中，亚波长光栅具有宽带反射、光谱滤波等功能，被广泛地用作滤波器、光束分束器、光栅反射镜、起偏器等［1-4］。近年来，随着微纳加工技术水平的不断提高，亚波长光栅在垂直腔面发射激光器（VCSEL）中的应用也越来越受到科研人员的关注［5-8］。传统的VCSEL使用分布式布拉格反射镜（DBR），为了达到激射标准，需要DBR提供极高的反射率。但由于晶格匹配材料系统的折射率对比度相对较小，需要大量DBR来实现高反射，这对VCSEL的制造带来了困难和限制。另外，多层DBR会引起阻抗大和转换效率低等问题。为了改善VCSEL的性能，科研人员在VCSEL中引入高折射率对比度亚波长光栅（HCG）作为反射镜，替代传统DBR，HCG结构具备较小的反射镜厚度，不仅能为VCSEL提供高反射率，并能提供稳定的偏振状态。近几年，国际上一些研究小组在微腔器件中使用了GaAs/空气构成的悬浮型HCG［9-10］，由此产生的反射镜大大简化了VCSEL垂直结构。然而，这些器件的使用寿命和性能可靠性仍需要验证。另外，也有研究小组研究了Si/SiO2或一维TiO2结构的HCG［11-12］，但其与VCSEL的材料体系不同，不能一次性进行生长制备。而GaAs/AlOx这两种材料组成的矩形HCG，其制作只需要刻蚀出光栅即可，这简化了工艺过程，并且...
