准三维光子晶体窄线宽激光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高性能激光器领域，特别涉及一种准三维光子晶体窄线宽激光器。
【背景技术】
[0002] 半导体激光器具有输出功率高、体积小、重量轻、栗浦效率高等优点，尤其是半导 体边发射激光器在高效率，大功率激光输出耦合方面具有极大的优势。
[0003] 为了便于大功率激光器在通信方面的应用，一般要求激光器具有窄的线宽、小的 发散角，实现与光纤的高效耦合，并通过光纤传输及放大。
[0004] 为了获得窄的线宽，通常采用的是分布反馈（DFB)激光器，但是这种激光器一般 需要经过二次外延，并且刻蚀的光栅一般是一阶光栅，对工艺的要求比较高。另外，在性能 方面，由于DFB激光器本身损耗比较大，不容易得到较大的功率输出。以色列国立大学的 Lang等人提出的角度光栅分布反馈半导体激光器，可以在大范围的电流注入下，得到单模 的大功率光输出。这种激光器采用的是倾斜光栅的反馈机制，根据布拉格条件，在对以一定 角度光反馈的情况下的光栅周期满足公式λ =2nAsin0/m，从公式可以看出，这样得到 的光栅的周期明显变大，降低了对工艺的要求。并且可以将这种光栅做到面上，实现倾斜 DFB激光器，或倾斜光子晶体激光器，进一步降低了对生长工艺的要求。
[0005] 为了高效的与光纤耦合，需要激光器输出具有小的发散角，对于一般的边发射激 光器来说，输出的光斑是椭圆形的，在外延方向的发散角一般在40°左右。国际上大多数采 用大光腔结构来实现外延方向发散角的降低。德国的D. Bimberg等人采用了具有一维光子 晶体的外延结构，使基模在外延方向大范围扩展，高阶模在光子晶体中大量耗散，来实现垂 直方向近5°的发散角。
[0006] 本专利中，我们利用具有光子晶体的外延片在发散角方面的优势，并且在面上加 入了对光具有二维反馈调制的倾斜光栅结构，实现了准三维的光子晶体激光器，并得到了 窄的线宽和小的发散角。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种准三维光子晶体窄线宽激光器，具有 窄线宽、低发散角的优点。
[0008] 为达到上述目的，本方案提供一种准三维光子晶体窄线宽激光器，包括：
[0009] - η型衬底；
[0010] -外延结构，其制作在η型衬底上；
[0011] -有源层，其制作在外延结构上；
[0012] -覆盖层，其制作在有源层上，该覆盖层上面的一侧形成多个凸起的宽条光栅，该 覆盖层上面的中间为一平面区域，该覆盖层上面的另一侧形成多个凸起的窄条光栅。
[0013] 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
[0014] 1、本发明提供的这种准三维光子晶体窄线宽激光器，能够通过面上的结构得到窄 的线宽，并利用垂直方向的一维光子晶体结构实现小的发散角。
[0015] 2、本发明提供的这种准三维光子晶体窄线宽激光器，能够通过简单的制作工艺实 现与光纤的高效耦合。
[0016] 3、本发明提供的这种准三维光子晶体窄线宽激光器，可以在靠近腔面的地方做耦 合光栅，将光耦合出倾斜腔，实现面上出光，拓展了该结构的应用范围。
【附图说明】
[0017] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明，其中：
[0018] 图1为准三维光子晶体窄线宽激光器的三维结构示意图；
[0019] 图2为准三维光子晶体窄线宽激光器的俯视示意图；
[0020] 图3为窄条光栅33在入射光与光栅条夹角Θ是15°的情况下的反射谱；
[0021] 图4为宽条光栅31在入射光与光栅条夹角Θ是15°的情况下的反射谱；
[0022] 图5为宽条光栅31、窄条光栅33的反射谱重叠之后的总反射谱；
[0023] 图6为水平光场振荡分布的模拟结果；
[0024] 图7为外延方向的模式分布，插图为其基模的垂直方向远场分布图。
【具体实施方式】
[0025] 请参阅图1、图2所示，本发明提供一种准三维光子晶体窄线宽激光器，包括：
[0026] - η 型衬底 10 ;
[0027] -外延结构20,其制作在η型衬底10上，所述外延结构20为光子晶体周期结构， 每一周期包括一低折射率层201和一高折射率层202,并且201和202的厚度偏离布拉格反 射条件λ =2nd/m，其中λ是入射光波长，η是材料的有效折射率，d是低折射率层201、高 折射率层202的厚度，m是正整数；
[0028] -有源层20'，其制作在外延结构20上，其中有源层20'是量子点或量子阱材料；
[0029] -覆盖层30,其制作在有源层20'上，该覆盖层30上面的一侧形成多个凸起的宽 条光栅31，该覆盖层30上面的中间为一平面区域32,该覆盖层30上面的另一侧形成多个 凸起的窄条光栅33,所述覆盖层30包括一 P型限制层301和P型接触层302。
[0030] 其中所述平面区域32与激光器的解理面法线方向有一夹角θ，5° < Θ < 20° (参阅图1、图2);
[0031] 其中宽条光栅31和窄条光栅33部分的光栅条平行，且都平行于平面区域32 ;
[0032] 其中宽条光栅31和窄条光栅33的光栅周期满足公式λ = 2n Asin Θ/m，其中λ 是入射光波长，η是材料的有效折射率，Λ是光栅周期，Θ是光栅条与解理面法线方向的夹 角，m是光栅级数；
[0033] 其中宽条光栅31的光栅周期为Λ 1，窄条光栅33的光栅为Λ 2,该宽条光栅31和 窄条光栅33的光栅结构为相同或不同；
[0034] 其中该宽条光栅31和窄条光栅33为低阶光栅或高阶光栅；
[0035] 其中该宽条光栅31和窄条光栅33的是通过刻蚀覆盖层30实现的，刻蚀深度到达 P型限制层301内。
[0036] 其中该激光器采用的是III-V族半导体材料或II-VI族半导体材料，激光器工作 的时候需要在宽条光栅31、窄条光栅33上生长绝缘层（可以是二氧化硅或氮化硅），并在 平面区域32以及生长了绝缘层的宽条光栅31和窄条光栅33上生长正面电极（可以是钛 铂金、钛金），使平面区域32形成电流注入区，并在减薄完的η型衬底上生长背面电极，是整 个器件形成电流通道。