[發明專利]一種多波長的半導體激光器結構及制備方法

有效

• 申請號: 202011184341.0
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112310808B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 顧增輝;張錦川;劉峰奇
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/10
• 分類號: H01S5/10;H01S5/065;H01S5/34
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本發明提供一種多波長的半導體激光器結構及制備方法，包括：襯底、傳輸層、電極，其中傳輸層蝕刻有環形諧振腔、法布里?珀羅諧振腔和多模干涉區，環形諧振腔和法布里?珀羅諧振腔相鄰，并在相鄰位置通過多模干涉區連接；環形跑道腔用于形成第一縱模間距的光，法布里?珀羅直波導腔用于形成第二縱模間距的光，多模干涉區用于對第一縱模間距的光及第二縱模間距的光進行耦合，形成特定縱模間距的多波長光，并通過法布里?珀羅諧振腔的端面輸出。本發明提供的半導體激光器結構出射的多波長間強度穩定，且具有比較好的光束質量，適合應用于多種大分子物質檢測、差頻太赫茲產生等領域。

技術領域

本發明涉及半導體激光技術領域，具體涉及一種多波長的半導體激光器結構及制備方法。

背景技術

半導體激光器在中遠紅外夜視、中遠紅外光學雷達、紅外通信、大氣污染監測、工業煙塵分析、化學過程監控等方面具有廣泛及潛在的應用，受到了廣泛的重視。多波長產生的激光器在很多領域都有廣泛的需求，尤其是穩定的雙波長激光器，其在差頻太赫茲領域有著重要的現實意義，穩定產生的多波長在分子檢測領域也有著廣泛的需求。

基于半導體激光器現有實現多波長輸出的方法主要有雙光柵外腔調諧的實現方法和分區制作分布式反饋光柵的方法。這兩種在雙波長的制作或應用方面都有或多或少的局限和不足，雙光柵外腔調諧的方法是通過將半導體產生激光進行分束后，分別與光柵元件作用后形成兩套利特羅外腔系統，它們在共同的半導體增益作用下，最終實現雙波長輸出。這種方法結構復雜，體積較大，不適用于小型化的應用；分布制作分布式反饋光柵的方法，雖然適用于小型化方面的應用，但是制作較復雜，工藝難度較大。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對上述問題，本發明提供了一種多波長的半導體激光器結構，用于至少部分解決傳統半導體激光器體積較大，制作工藝復雜等技術問題。

(二)技術方案

本發明一方面提供了一種多波長的半導體激光器結構，包括：襯底、傳輸層、電極，其中傳輸層蝕刻有環形諧振腔、法布里-珀羅諧振腔和多模干涉區，環形諧振腔和法布里-珀羅諧振腔相鄰，并在相鄰位置通過多模干涉區連接；環形跑道腔用于形成第一縱模間距的光，法布里-珀羅直波導腔用于形成第二縱模間距的光，多模干涉區用于對第一縱模間距的光及第二縱模間距的光進行耦合，形成特定縱模間距的多波長光，并通過法布里-珀羅諧振腔的端面輸出。

進一步地，特定縱模間距為第一縱模間距和第二縱模間距的最小公倍數。

進一步地，環形諧振腔和法布里-珀羅諧振腔組成的耦合腔的出射面為解理腔面。

進一步地，環形諧振腔和法布里-珀羅諧振腔分區電驅動。

進一步地，法布里-珀羅諧振腔的輸出端面形成抗反射膜，另一端面形成高反射膜。

進一步地，多模干涉區為多模波導。

進一步地，多模波導包括3～9個光場模式。

進一步地，傳輸層位于襯底外延生長方向側，其增益介質包括量子阱、量子點、量子帶、量子級聯結構或者其任意組合。

本發明另一方面提供了一種如前述的多波長的半導體激光器結構的制備方法，包括：S1，在襯底表面依次外延生長下波導層、傳輸層、上波導層；S2，在傳輸層蝕刻環形諧振腔、法布里-珀羅諧振腔和多模干涉區，其中，環形諧振腔和法布里-珀羅諧振腔相鄰，并在相鄰位置通過多模干涉區連接；S3，在下波導層、傳輸層、上波導層上刻蝕出脊旁雙溝；S4，在脊旁雙溝上生長二氧化硅層，S5，在二氧化硅層上制得電極窗口；S6，在電極窗口上濺射電極層；S7，減薄拋光襯底背面，蒸發背面電極并加熱制得合金，芯片解理燒結后制得半導體激光器結構。

進一步地，S3之后還包括：對刻蝕后的結構進行高熱傳導材料的生長填埋。

(三)有益效果