準(zhǔn)三維光子晶體窄線寬激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高性能激光器領(lǐng)域，特別涉及一種準(zhǔn)三維光子晶體窄線寬激光器。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體激光器具有輸出功率高、體積小、重量輕、栗浦效率高等優(yōu)點，尤其是半導(dǎo) 體邊發(fā)射激光器在高效率，大功率激光輸出耦合方面具有極大的優(yōu)勢。
[0003] 為了便于大功率激光器在通信方面的應(yīng)用，一般要求激光器具有窄的線寬、小的 發(fā)散角，實現(xiàn)與光纖的高效耦合，并通過光纖傳輸及放大。
[0004] 為了獲得窄的線寬，通常采用的是分布反饋（DFB)激光器，但是這種激光器一般 需要經(jīng)過二次外延，并且刻蝕的光柵一般是一階光柵，對工藝的要求比較高。另外，在性能 方面，由于DFB激光器本身損耗比較大，不容易得到較大的功率輸出。以色列國立大學(xué)的 Lang等人提出的角度光柵分布反饋半導(dǎo)體激光器，可以在大范圍的電流注入下，得到單模 的大功率光輸出。這種激光器采用的是傾斜光柵的反饋機制，根據(jù)布拉格條件，在對以一定 角度光反饋的情況下的光柵周期滿足公式λ =2nAsin0/m，從公式可以看出，這樣得到 的光柵的周期明顯變大，降低了對工藝的要求。并且可以將這種光柵做到面上，實現(xiàn)傾斜 DFB激光器，或傾斜光子晶體激光器，進一步降低了對生長工藝的要求。
[0005] 為了高效的與光纖耦合，需要激光器輸出具有小的發(fā)散角，對于一般的邊發(fā)射激 光器來說，輸出的光斑是橢圓形的，在外延方向的發(fā)散角一般在40°左右。國際上大多數(shù)采 用大光腔結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)外延方向發(fā)散角的降低。德國的D. Bimberg等人采用了具有一維光子 晶體的外延結(jié)構(gòu)，使基模在外延方向大范圍擴展，高階模在光子晶體中大量耗散，來實現(xiàn)垂 直方向近5°的發(fā)散角。
[0006] 本專利中，我們利用具有光子晶體的外延片在發(fā)散角方面的優(yōu)勢，并且在面上加 入了對光具有二維反饋調(diào)制的傾斜光柵結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了準(zhǔn)三維的光子晶體激光器，并得到了 窄的線寬和小的發(fā)散角。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種準(zhǔn)三維光子晶體窄線寬激光器，具有 窄線寬、低發(fā)散角的優(yōu)點。
[0008] 為達到上述目的，本方案提供一種準(zhǔn)三維光子晶體窄線寬激光器，包括：
[0009] - η型襯底；
[0010] -外延結(jié)構(gòu)，其制作在η型襯底上；
[0011] -有源層，其制作在外延結(jié)構(gòu)上；
[0012] -覆蓋層，其制作在有源層上，該覆蓋層上面的一側(cè)形成多個凸起的寬條光柵，該 覆蓋層上面的中間為一平面區(qū)域，該覆蓋層上面的另一側(cè)形成多個凸起的窄條光柵。
[0013] 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0014] 1、本發(fā)明提供的這種準(zhǔn)三維光子晶體窄線寬激光器，能夠通過面上的結(jié)構(gòu)得到窄 的線寬，并利用垂直方向的一維光子晶體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)小的發(fā)散角。
[0015] 2、本發(fā)明提供的這種準(zhǔn)三維光子晶體窄線寬激光器，能夠通過簡單的制作工藝實 現(xiàn)與光纖的高效耦合。
[0016] 3、本發(fā)明提供的這種準(zhǔn)三維光子晶體窄線寬激光器，可以在靠近腔面的地方做耦 合光柵，將光耦合出傾斜腔，實現(xiàn)面上出光，拓展了該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0017] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明，其中：
[0018] 圖1為準(zhǔn)三維光子晶體窄線寬激光器的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為準(zhǔn)三維光子晶體窄線寬激光器的俯視示意圖；
[0020] 圖3為窄條光柵33在入射光與光柵條夾角Θ是15°的情況下的反射譜；
[0021] 圖4為寬條光柵31在入射光與光柵條夾角Θ是15°的情況下的反射譜；
[0022] 圖5為寬條光柵31、窄條光柵33的反射譜重疊之后的總反射譜；
[0023] 圖6為水平光場振蕩分布的模擬結(jié)果；
[0024] 圖7為外延方向的模式分布，插圖為其基模的垂直方向遠(yuǎn)場分布圖。
【具體實施方式】
[0025] 請參閱圖1、圖2所示，本發(fā)明提供一種準(zhǔn)三維光子晶體窄線寬激光器，包括：
[0026] - η 型襯底 10 ;
[0027] -外延結(jié)構(gòu)20,其制作在η型襯底10上，所述外延結(jié)構(gòu)20為光子晶體周期結(jié)構(gòu)， 每一周期包括一低折射率層201和一高折射率層202,并且201和202的厚度偏離布拉格反 射條件λ =2nd/m，其中λ是入射光波長，η是材料的有效折射率，d是低折射率層201、高 折射率層202的厚度，m是正整數(shù)；
[0028] -有源層20'，其制作在外延結(jié)構(gòu)20上，其中有源層20'是量子點或量子阱材料；
[0029] -覆蓋層30,其制作在有源層20'上，該覆蓋層30上面的一側(cè)形成多個凸起的寬 條光柵31，該覆蓋層30上面的中間為一平面區(qū)域32,該覆蓋層30上面的另一側(cè)形成多個 凸起的窄條光柵33,所述覆蓋層30包括一 P型限制層301和P型接觸層302。
[0030] 其中所述平面區(qū)域32與激光器的解理面法線方向有一夾角θ，5° < Θ < 20° (參閱圖1、圖2);
[0031] 其中寬條光柵31和窄條光柵33部分的光柵條平行，且都平行于平面區(qū)域32 ;
[0032] 其中寬條光柵31和窄條光柵33的光柵周期滿足公式λ = 2n Asin Θ/m，其中λ 是入射光波長，η是材料的有效折射率，Λ是光柵周期，Θ是光柵條與解理面法線方向的夾 角，m是光柵級數(shù)；
[0033] 其中寬條光柵31的光柵周期為Λ 1，窄條光柵33的光柵為Λ 2,該寬條光柵31和 窄條光柵33的光柵結(jié)構(gòu)為相同或不同；
[0034] 其中該寬條光柵31和窄條光柵33為低階光柵或高階光柵；
[0035] 其中該寬條光柵31和窄條光柵33的是通過刻蝕覆蓋層30實現(xiàn)的，刻蝕深度到達 P型限制層301內(nèi)。
[0036] 其中該激光器采用的是III-V族半導(dǎo)體材料或II-VI族半導(dǎo)體材料，激光器工作 的時候需要在寬條光柵31、窄條光柵33上生長絕緣層（可以是二氧化硅或氮化硅），并在 平面區(qū)域32以及生長了絕緣層的寬條光柵31和窄條光柵33上生長正面電極（可以是鈦 鉑金、鈦金），使平面區(qū)域32形成電流注入?yún)^(qū)，并在減薄完的η型襯底上生長背面電極，是整 個器件形成電流通道。