[發明專利]基于光子晶體Y波導的片上集成合束激光器及其制作方法

在審

• 申請號: 201410734382.0
• 申請日: 2014-12-03
• 公開（公告）號: CN104466674A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 佟存柱;王濤;汪麗杰;田思聰;邢恩博;戎佳敏;盧澤豐;王立軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01S5/20
• 分類號: H01S5/20;G02B6/13
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 劉慧宇

技術領域

本發明涉及一種基于光子晶體Y波導的片上集成合束激光器及其制作方法，屬于光電半導體技術領域。

背景技術

半導體激光器被廣泛應用于工業、軍事、醫療、通訊等眾多領域，其主要應用有材料加工、激光打印、光存貯的讀入和寫出、激光測距、泵浦固體激光器、光通信以及光互連等，但低功率限制了半導體激光器的更近一步應用。利用合束可提高輸出功率，同時通過對快慢軸準直達到改善光束質量的目的，為更多更廣泛的應用提供了可能性。然而合束需要大量的光學元件，不但增加了成本而且整個系統的體積也變大了。為了盡可能的減小系統體積和成本，增大單個管芯的輸出功率是一種有效的方法。傳統的寬條激光器是合束使用最為廣泛的管芯，但是它在保持高輸出功率的同時也面臨光束質量差的問題，例如光束成絲、空間燒孔等。窄條激光器能實現單模輸出，由于腔面承受的功率密度很高，所以輸出功率不高。因此具有高功率高光束質量的半導體激光器是迫切需要的。

Y波導被廣泛應用于波導干涉儀、光開關、光功分器等，是集成光電子器件中的重要單元器件之一，本發明采用Y波導來對三束激光在同一外延片上進行合束，保證光束質量的同時也提高了輸出功率。傳統的Y波導是利用全反射原理來對光進行限制的，由于小的折射率差，光在波導中傳播的損耗很大，Y分支的角度很小，同時器件達到了幾個毫米長。二維光子晶體Y波導，可大大提高器件設計的靈活度和減小損耗。它是利用光子的禁帶特性，使得光束在線缺陷所形成的波導中傳播，光子晶體彎曲波導可大幅度地減小彎曲處產生的損耗。

發明內容

本發明為了解決半導體激光器單元器件不能很好的兼顧高輸出功率和高光束質量的缺點，提出一種基于光子晶體Y波導的片上集成合束激光器及其制作方法，以提供高功率和高光束質量的激光器。

為解決技術問題本發明采取的技術方案如下：

基于光子晶體Y波導的片上集成合束激光器，其包括：

一n型襯底；

一n型緩沖層，該n型緩沖層生長在n型襯底上；

一n型包層，該n型包層生長在n型緩沖層上；

一下波導層，該下波導層生長在n型包層上；

一量子阱，該量子阱生長在下波導層上；

一上波導層，該上波導層生長在量子阱上；

一p型包層，該p型包層生長在上波導層上；

一p型蓋層，該p型蓋層生長在p型包層上；

其特征是，其還包括三個激光器，該三個激光器與一矩形波導相連接，其中，兩平行且有一定間距的激光器與矩形波導左側連接，另一激光器與矩形波導右側連接；

一矩形波導，該矩形波導與三個激光器相互連接；

所述的三個激光器和矩形波導均是在p型蓋層上向下刻蝕至p型包層形成的；

一Y波導二維光子晶體，該光子晶體位于矩形波導上。

基于光子晶體Y波導的片上集成合束激光器的制作方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，在n型襯底上用金屬有機化學氣相沉積方法依次生長n型緩沖層、n型包層、下波導層、量子阱、上波導層、p型包層和p型蓋層；

步驟2，利用光刻和感應耦合等離子體刻蝕方法，在p型蓋層上向下刻蝕至p型包層形成三個獨立的激光器結構和矩形波導；兩平行且有一定間距的激光器與矩形波導左側連接，另一激光器與矩形波導右側連接；

步驟3，利用等離子增強化學氣相沉積方法，在P面上述得到的結構上繼續生長一層二氧化硅絕緣層110；

步驟4，利用光刻和反應離子刻蝕得到激光器的電極窗口，同時去掉矩形波導上的二氧化硅；

步驟5，在矩形波導上，通過電子束曝光和感應耦合等離子體刻蝕得到有Y波導的二維光子晶體；

步驟6，制作p面電極；

步驟7，對n面襯底進行減薄、拋光處理；

步驟8，制作n面電極；

步驟9，解理芯片，在左側兩激光器的左端腔面均鍍高反膜，在右側激光器的右端腔面鍍增透膜。

本發明的有益效果是：