[發明專利]一種半導體回音壁微腔雙穩態激光器

在審

• 申請號: 202310188879.6
• 申請日: 2023-02-22
• 公開（公告）號: CN116031751A
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 張振寧;黃永箴;楊躍德;肖金龍;李建成;郝友增;繩夢偉
• 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;H01S5/042
• 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

本發明提供一種半導體回音壁微腔雙穩態激光器，屬于光纖通信和半導體激光器技術領域，包括：N面電極；N型襯底，位于N面電極上；回音壁微腔，位于N型襯底上，包括多邊形腔體和直連波導結構；并且，激光器回音壁微腔為三層堆疊結構，由下到上依次是N型限制層、有源層、P型限制層；P面電極，位于P型限制層上；回音壁微腔的中間開設有一垂直的多邊形通孔。本發明提供的半導體回音壁微腔雙穩態激光器可以顯著提高諧振腔內模式的品質因子(Q值)實現低閾值激射，實現雙穩態穩定輸出，具有模式可控、體積小、工藝簡單、成品率高、成本低等優勢，在光通信等領域具有重要應用價值。

技術領域

本公開涉及光纖通信和半導體激光器技術領域，特別涉及一種半導體回音壁微腔雙穩態激光器。

背景技術

隨著日益增長的信息需求，全光通信技術由于其速度快、容量高和功耗低的優勢越來越發展成為通信網絡中的主要力量。基于光學雙穩態原理的光觸發器和存儲器作為整個全光通信網絡中的基本單元，在全光信號再生、記憶緩存以及光學圖象處理和高速光通信等領域具有十分重要的應用價值。

光學雙穩態是指在一個輸入狀態下具有兩個穩定的輸出狀態，輸出與輸入具有類似“磁滯回線”的響應關系，目前已提出的雙穩態器件可利用的輸出狀態主要包括激射波長、輸出功率以及激光偏振等物理量。基于半導體激光器的雙穩態器件具有小體積、低功耗、高速率和易于平面集成的優點，近年來在全光信號處理等領域獲得了較快發展。

現有半導體雙穩態激光器有耦合微盤激光器、利用順時針和逆時針模式競爭的微環激光器以及利用對稱模和反對稱模式競爭的三角形微腔激光器等，其結構上或需要多個諧振腔，或需要制備環形光柵結構的外延，或需要多個波導結構，要求的制備工藝容差較小，穩定性有待提高。現有半導體雙穩態激光器，受制于結構和制備工藝，可控范圍受限。此外，微環激光器采用波導與圓形諧振腔相切的耦合輸入輸出方式，耦合距離短，耦合比很低，影響器件的輸入輸出功率。半導體回音壁微腔具有高品質因子和小模式體積的優點，基于回音壁微腔的半導體雙穩態激光器具有制備簡單、成本低廉、易于實現面內高密度集成的優點，非常適合當下光集成、光互連等發面的發展需求。

發明內容

(一)要解決的技術問題

現有半導體雙穩態激光器至少存在部分以下問題：輸出功率不夠，可控范圍不夠，穩定性不夠，制備工藝復雜。

(二)技術方案

為了至少能夠解決部分以上所提出的技術問題，本發明提供一種半導體回音壁微腔雙穩態激光器，包括：

N面電極(1)；

N型襯底(2)，位于N面電極(1)上；

回音壁微腔(3)，位于N型襯底(2)上，所述回音壁微腔(3)的頂部設置有一P面電極窗口(4)，所述回音壁微腔(3)的中間開設有一垂直的多邊形通孔(5)，所述回音壁微腔(3)用于產生兩組反射模式，所述兩組反射模式之間具有耦合性，所述多邊形通孔(5)用于解除所述耦合性，形成第一反射模式和第二反射模式，所述P面電極窗口(4)用于電流的非均勻注入，使所述第一反射模式的場分布以外的非注入區域存儲載流子，使所述第一反射模式的激射閾值和所述第二反射模式的激射閾值不同。

可選的，所述多邊形通孔(5)的橫斷面形狀為方形。

進一步的，所述多邊形通孔(5)在所述N型襯底(2)上的投影的頂角和所述兩組反射模式中的一組反射模式的場分布在所述N型襯底(2)上的投影的頂角正對，所述兩組反射模式的模式場之間產生差異性。

進一步的，所述多邊形通孔(5)的孔徑大小用于調整所述第一反射模式的品質因子和所述第二反射模式的品質因子之間的值差。

可選的，所述P面電極窗口(4)的橫斷面形狀為方環形。