[發明專利]一種半導體超短脈沖激光器及其制備方法

有效

• 申請號: 202011087302.9
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112086856B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 季海銘;羅帥;徐鵬飛;王巖
• 申請（專利權）人: 江蘇華興激光科技有限公司
• 主分類號: H01S5/34
• 分類號: H01S5/34;H01S5/343;H01S5/22
• 代理公司: 武漢江楚智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 42228
• 代理人: 鄧寅杰

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種半導體超短脈沖激光器及其制備方法，其不同之處在于，包括以下步驟：步驟1：選擇一N型襯底；步驟2：在所述襯底上進行半導體雙模量子點材料的外延生長；步驟3：采用標準半導體光電子芯片工藝進行激光器的光刻和刻蝕以形成脊形波導結構，隨后進行襯底減薄和拋光；步驟4：通過磁控濺射或電子束蒸發進行P面金屬層的淀積以及N面金屬層的淀積，并進行高溫退火形成金半接觸；步驟5：對基片進行劃片解理和腔面鍍膜，形成半導體超短脈沖激光器，完成制備。本發明可實現單區注入的半導體超短脈沖激光器，有效降低成本。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種半導體超短脈沖激光器及其制備方法。

背景技術

超短脈沖是持續時間僅有皮秒（10^-12秒）甚至飛秒（10^-15秒）量級的激光脈沖，主要通過增益開關（gain-switching）、Q開關（Q-switching）和鎖模（mode-locking）等技術獲得。自上世紀六十年代問世以來，超短脈沖激光一直備受關注，對眾多科學技術領域產生了深遠的影響，并成就了1999年諾貝爾化學獎和2005年諾貝爾物理學獎。在短短半個世紀內，超短脈沖光源經歷了從染料激光器到摻鈦藍寶石激光器，再到光纖飛秒激光器、半導體超短脈沖激光器的發展歷程。半導體超短脈沖激光器作為最新一代的超短脈沖光源，雖然目前其脈沖寬度為數百皮秒，大于摻鈦藍寶石激光器（數個皮秒）和光纖飛秒激光器（數十皮秒），但卻具有非常高的重復頻率，再加上低成本、低功耗、小體積、易集成等優勢，在多個領域有著深遠的應用前景。由于半導體激光器的腔長較短（0.1~10 mm），而超短脈沖的重復頻率又與腔長成反比，因此半導體超短脈沖激光器的脈沖重復頻率可以達到幾十乃至上百GHz，可應用于時分復用、全光轉換、時鐘恢復等通信傳輸領域以及超精細微加工、生物醫學診療等領域。

隨著半導體光電子技術的不斷發展，半導體超短脈沖激光器的有源區從體材料、量子阱逐步過渡到了量子點材料。基于量子點材料的超短脈沖激光器可以進一步發揮半導體超短脈沖光源的優勢，是目前半導體超短脈沖光源的研究前沿和熱點所在。針對半導體超短脈沖激光器性能的提升，量子點材料具有以下幾個方面的優勢：1）半導體量子點通常采用自組織方式生長，可以通過生長調控改變量子點尺寸、組分、應力的分布，獲得較寬的增益譜，由于激光器有源區增益帶寬決定了超短脈沖寬度的下限，因此有望實現脈寬小于100 fs的超短脈沖；2）量子點材料具有超快載流子動力學，帶內弛豫時間為ps量級，在反向偏壓下吸收恢復時間可以達到700 fs，有望實現THz重復頻率的超短脈沖；3）量子點由于三維受限能級分立，具有顯著的載流子填充效應，微分增益隨注入電流的變化更為明顯，更有利于被動鎖模的自啟動。

傳統的半導體超短脈沖激光器通過在激光器的上電極部分刻蝕出電學隔離的增益區和可飽和吸收區來實現雙區注入結構，兩個區域仍共用一個完整的諧振腔。激光器的增益區注入正向電流形成輻射，而可飽和吸收區加反向偏置電壓形成吸收損耗，在一定的雙區注入條件范圍內可以形成穩定的被動鎖模），是目前半導體激光器實現超短脈沖激光輸出的最常用手段。但是雙區注入的超短脈沖激光器需要兩路電流輸入，而傳統通信、工業加工用半導體激光器是單區注入，只需要一路電流輸入。因此雙區半導體超短脈沖激光器的制作工藝和封裝測試比傳統通信、工業加工用半導體激光器復雜，并且成本相對較高。

鑒于此，為克服上述技術缺陷，提供一種半導體超短脈沖激光器及其制備方法成為本領域亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種半導體超短脈沖激光器及其制備方法，可實現單區注入的半導體超短脈沖激光器,有效降低成本。

為解決以上技術問題，本發明的技術方案為：一種半導體超短脈沖激光器的制備方法，其不同之處在于，包括以下步驟：

步驟1：選擇一N型襯底；

步驟2：在所述襯底上進行半導體雙模量子點材料的外延生長；