專利名稱：電泵浦微腔激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，是一種能定向輸出的電泵浦微腔激光器。
半導(dǎo)體微腔激光器具有體積小、激射閥值低、集成度高、可以單模工作等優(yōu)點(diǎn)，在未來的光通信、光計算等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前研制的具有碟型和環(huán)形結(jié)構(gòu)的微腔激光器中激光振蕩是以耳語回廊模式存在。其振蕩模式的性質(zhì)決定產(chǎn)生的激光是被強(qiáng)烈地限制在微腔內(nèi)部的，而不能獲得有效的定向光功率輸出。但在實際使用中，具有定向光功率輸出是微腔激光器具有實用價值的必備條件。
本實用新型的目的是提供一種可以定向輸出的電泵浦微腔激光器。既可以充分發(fā)揮微腔效應(yīng)帶來的體積小、閥值低等優(yōu)點(diǎn)，又可以解決光的定向引出問題，滿足實際應(yīng)用的需要。另一個重要特點(diǎn)是設(shè)計的結(jié)構(gòu)是將光沿平行平面方向引出，從而可以與其它光電器件方便的實現(xiàn)平面互連集成，滿足大規(guī)模集成光路上的需要。
根據(jù)平面波導(dǎo)模式耦合理論，兩個相距一定間距的平面波導(dǎo)之間會發(fā)生能量的耦合傳遞。在一個波導(dǎo)中傳播的光功率通過共振耦合作用而在另一個波導(dǎo)中產(chǎn)生振蕩，耦合效率由兩波導(dǎo)間距和耦合長度決定。本實用新型根據(jù)這種波導(dǎo)耦合作用原理，設(shè)計出具有兩個平面波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)。上層激射波導(dǎo)層在外加泵浦電流作用下產(chǎn)生激光，該激光模式是耳語回廊模式，激光是沿波導(dǎo)圓周界面?zhèn)鞑サ?。這種激光模式建立在波導(dǎo)介質(zhì)與空氣之間具有高折射率差而形成全內(nèi)反射的基礎(chǔ)上。當(dāng)上層激射波導(dǎo)中的激光沿界面?zhèn)鞑r，在其下方一定間距上的輸出波導(dǎo)內(nèi)由于耦合作用而產(chǎn)生激光振蕩，有一部分激光能量被耦合到這個輸出波導(dǎo)中，這個輸出波導(dǎo)上設(shè)計有一個條形光輸出端口。耦合到輸出波導(dǎo)中的部分激光可由這個端口獲得定向光輸出，滿足在大規(guī)模集成光路、光通信、光計算等實際應(yīng)用中的要求。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)圖。圖中1為上電極歐姆接觸，2激射波導(dǎo)層，3波導(dǎo)隔離層，4輸出波導(dǎo)層，5輸出條波導(dǎo)端口，6半導(dǎo)體襯底，7下電極歐姆接觸，8輸出條波導(dǎo)上電極歐姆接觸。
在波導(dǎo)隔離層3的上面是一個具有有源區(qū)的激射波導(dǎo)層2，下面是一個具有有源區(qū)的輸出波導(dǎo)層4。激射波導(dǎo)層2和輸出波導(dǎo)層4在波導(dǎo)隔離層3上下兩面進(jìn)行耦合，發(fā)生能量傳遞。在輸出波導(dǎo)層4上有一輸出條波導(dǎo)端口5，其上有輸出條波導(dǎo)上電極歐姆接觸8。在激射波導(dǎo)層2上有上電板歐姆接觸1。輸出波導(dǎo)層4和輸出條波導(dǎo)端口5的下面為半導(dǎo)體襯底6，在半導(dǎo)體襯底6上作出下電極歐姆接觸7。激射波導(dǎo)層2、波導(dǎo)隔離層3、輸出波導(dǎo)層4等為相同的碟或環(huán)形。
由上電極歐姆接觸1注入電流后，在激射波導(dǎo)層2和輸出波導(dǎo)層4的量子阱有源區(qū)內(nèi)產(chǎn)生耳語回廊模式激光。兩個量子阱有源區(qū)同時又作為波導(dǎo)耦合層。在空間中兩層之間產(chǎn)生的激光進(jìn)行耦合增強(qiáng)，然后由下層輸出直波導(dǎo)水平輸出。直波導(dǎo)上同時加上電場對這部分輸出光產(chǎn)生光放大。
本實用新型根據(jù)波導(dǎo)耦合理論，設(shè)計的帶耦合輸出波導(dǎo)電泵浦微腔激光器能夠使激光實現(xiàn)定向輸出。而且定向輸出的條波導(dǎo)便于與其它光電子器件集成，滿足大規(guī)模集成光路的需要，提高了器件的實用性。
本實用新型的制作過程如下把化學(xué)處理好的半導(dǎo)體襯底片放在MOCVD或MBE生長室中，生長出具有雙層有源區(qū)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的激光器材料。然后在高真空鍍膜機(jī)中鍍上合金接觸層，并在合金爐內(nèi)經(jīng)氫、氮?dú)獗Ｗo(hù)下合金化。第一次光刻、并采用刻蝕方法形成圓形激射波導(dǎo)層。第二步光刻和刻蝕后形成帶有輸出條波導(dǎo)的具有光放大作用的輸出波導(dǎo)層。第三步光刻在條波導(dǎo)上蒸鍍合金接觸層，然后合金化，形成歐姆接觸，從而完成微腔激光器件的整個工藝過程。
權(quán)利要求1.一種電泵浦微腔激光器，在半導(dǎo)體襯底上有輸出波導(dǎo)層，激射波導(dǎo)層，上、下電極歐姆接觸等，其特征是波導(dǎo)隔離層(3)的上面有激射波導(dǎo)層(2)，下面有輸出波導(dǎo)層(4)，激射波導(dǎo)層(2)和輸出波導(dǎo)層(4)之間進(jìn)行光的耦合；在輸出波導(dǎo)層(4)引出輸出條波導(dǎo)端口(5)，其上作出輸出條波導(dǎo)上電極歐姆接觸(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電泵浦微腔激光器，其特征是激射波導(dǎo)層(2)，波導(dǎo)隔離層(3)，輸出波導(dǎo)層(4)的形狀為碟型的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電泵浦微腔激光器，其特征是激射波導(dǎo)層(2)，波導(dǎo)隔離層(3)，輸出波導(dǎo)層(4)的形狀為環(huán)形的。
專利摘要本實用新型屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域,是一種可以定向輸出的電泵浦微腔激光器。采用碟型和環(huán)形結(jié)構(gòu)的微腔,以耳語回廊模式存在。在波導(dǎo)隔離層的上面有激射波導(dǎo)層,下面有輸出波導(dǎo)層,激謝波導(dǎo)層和輸出波導(dǎo)層之間進(jìn)行光耦合,產(chǎn)生能量傳遞。在輸出波導(dǎo)層引出一個輸出條波導(dǎo)端口,輸出條波導(dǎo)端口可以同其它光電器件實現(xiàn)平面互連集成。本實用新型體積小,激射閥值低,集成度高,解決了光的定向引出問題,實現(xiàn)了微腔激光器的電泵浦。
文檔編號H01S5/00GK2422764SQ9925315
公開日2001年3月7日 申請日期1999年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月12日
發(fā)明者寧永強(qiáng), 劉云, 劉星元, 王立軍, 武勝利, 吳東江, 趙家民, 潘玉寨, 索輝, 曹昌盛 申請人:中國科學(xué)院長春物理研究所