[發(fā)明專利]一種氮化物鎖模回音壁微激光器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611181765.5
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106785896B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱剛毅;王永進(jìn)
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H01S5/06
• 分類號: H01S5/06;H01S5/065;H01S5/10
• 代理公司: 江蘇愛信律師事務(wù)所 32241
• 代理人: 劉琦

本發(fā)明公開了一種氮化物鎖模回音壁微激光器及其制備方法，在硅襯底上的氮化物材料，利用光刻工藝和深硅刻蝕工藝制備懸空的帶缺口的環(huán)形薄膜微腔，然后在微腔的缺口中修飾金納米棒作為半導(dǎo)體飽和吸收體，在合適的光泵浦條件下，實現(xiàn)氮化物的鎖模回音壁激光。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氮化物鎖模回音壁微激光器及其制備方法。

背景技術(shù)

激光按腔體結(jié)構(gòu)可分為三類：第一類是光在納米顆粒界面隨機(jī)共振形成的隨機(jī)激光；第二類是光在一維的微納米結(jié)構(gòu)中利用微納米線兩個端面作為腔鏡形成共振產(chǎn)生的F-P激光。前者散射損耗很大，沒有固定模式；后者的端面損耗很大，也不易得到高品質(zhì)(Q)、低閾值激光。鑒于此，采用尺度較大的微米棒或微米碟等微腔利用其全內(nèi)反射形成的回音壁模(WGM)激光則為人們提供了一條獲得高品質(zhì)激光的途徑。

但是圓形的懸空微碟或六邊形的氮化鎵單晶WGM激光器作為光通信器件或者集成光學(xué)器件而言還不夠優(yōu)秀，因為它輸出的是多模式結(jié)構(gòu)的激光，而有些工業(yè)應(yīng)用需要的是單模式的激光。因此，如何優(yōu)化WGM微腔結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)鎖模激光，更有利于工業(yè)應(yīng)用，是本發(fā)明要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明提供一種具有極高的光學(xué)增益和極低的損耗，有利于工業(yè)已經(jīng)用，可以獲得高品質(zhì)因子低閾值的氮化物鎖模回音壁微激光器，同時提供了一種工藝性好、加工精度高的制備上述氮化物鎖模回音壁微激光器的方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的氮化物鎖模回音壁微激光器，以硅基氮化物晶片為載體，包括硅基底、設(shè)置在所述硅基底上的硅柱、由所述硅柱支撐的懸空的環(huán)形薄膜微腔結(jié)構(gòu)，所述環(huán)形薄膜微腔結(jié)構(gòu)由氮化物構(gòu)成，包括環(huán)形的本體、設(shè)置在所述本體內(nèi)部的微腔、設(shè)置在本體中將微腔與外部連通的缺口，所述缺口中修飾有金納米棒。

進(jìn)一步的，本發(fā)明微激光器中，硅基底和硅柱均為在硅基氮化物晶片的硅襯底層(2)上刻蝕得到的。

進(jìn)一步的，本發(fā)明微激光器中，缺口中修飾的金納米棒，在光泵浦條件下，作為半導(dǎo)體飽和吸收體對微腔中的激光進(jìn)行調(diào)制，實現(xiàn)氮化物的鎖模回音壁激光。

本發(fā)明制備上述氮化物鎖模回音壁微激光器的方法，步驟如下：

第一步：在氮化物層上表面旋涂光刻膠，然后采用光刻技術(shù)在旋涂的光刻膠層上定義權(quán)利要求1中所述的環(huán)形薄膜微腔結(jié)構(gòu)的圖形；

第二步：利用電子束蒸鍍系統(tǒng)在氮化物層上沉積金屬鎳，然后去除殘留的光刻膠，留下的金屬鎳作為硬質(zhì)掩膜層；

第三步：基于所述硬質(zhì)掩膜層，采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)向下刻蝕氮化物層直至硅襯底層的上表面，從而將所述第二步中定義出的圖形轉(zhuǎn)移至硅基氮化物晶片的氮化物層中，得到有缺口的環(huán)形薄膜微腔結(jié)構(gòu)，然后利用稀硝酸或者鎳刻蝕液去除殘留在氮化物層表面的金屬鎳；

第四步：采用各項同性濕法硅刻蝕技術(shù)，使硅襯底層中形成支撐環(huán)形薄膜微腔結(jié)構(gòu)的硅柱和位于底面的硅基底，使環(huán)形薄膜微腔結(jié)構(gòu)懸空；

第五步：將環(huán)形薄膜微腔結(jié)構(gòu)浸入到金納米棒的溶液中，使金屬納米棒修飾到微腔的缺口里，得到氮化物鎖模回音壁微激光器。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：