CN117712825B - 谐振腔、半导体激光器以及谐振腔的制备方法 - Google Patents
谐振腔、半导体激光器以及谐振腔的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117712825B CN117712825B CN202311603103.2A CN202311603103A CN117712825B CN 117712825 B CN117712825 B CN 117712825B CN 202311603103 A CN202311603103 A CN 202311603103A CN 117712825 B CN117712825 B CN 117712825B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- resonant cavity
- area
- stage
- active layer
- etching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000008719 thickening Effects 0.000 claims abstract description 6
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 10
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 4
- 238000012876 topography Methods 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 3
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims 1
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 19
- 239000011797 cavity material Substances 0.000 description 162
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000009440 infrastructure construction Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012858 packaging process Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/1231—Grating growth or overgrowth details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/14—External cavity lasers
- H01S5/146—External cavity lasers using a fiber as external cavity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明涉及一种谐振腔的制备方法,包括步骤:S1,选择未经刻蚀的有源层,将其划分为第一区域和第二区域,第二区域远离第一区域的一端为出光端,S2,对第一区域进行下沉刻蚀,并对第二区域进行形貌刻蚀,得到具有若干凸出部的第一阶段的谐振腔,S3,在第一阶段的谐振腔上掩埋外延生长有源层材料,加厚有源层,S4,生长完毕后,再次对第二区域进行形貌刻蚀,得到具有若干凸出部的第二阶段的谐振腔,第二阶段的谐振腔的各凸出部的尖端的连线和第二阶段的谐振腔的各凸出部的尖端的连线平行。还提供一种谐振腔和一种半导体激光器芯片。本发明可在不增加物理尺寸的基础上,增加有效谐振长度,提高了出光功率,降低了经外部反射回来的光的影响。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域,具体为一种谐振腔、半导体激光器以及谐振腔的制备方法。
背景技术
随着云计算,AI,5G传输等需求的不断增加,数据中心,基站等基础设施建设的需求也不断增大,光通信市场也进入高速发展期。不同传输指标要求的光模块的需求量也在逐年攀升,作为光模块中的核心光源,半导体激光器芯片为了适应不同的应用场景,在性能和成本上的取舍也是各大通信设备厂商和网络运营商关注的重点。
传统的Fabry–Pérot谐振腔的FP激光器制作方式简单,但激射出的光为多纵模形式,考虑到色散的影响,在远距离光纤传输过程中得不到很好的应用。而且,半导体激光器激射出的光,如何避免经过外部器件再次反射回谐振腔对激光器本身工作特性和可靠性造成影响,也是一个所有芯片厂关注的问题。
传统的半导体激光器芯片设计中,作为重要的发光区域的有源区结构设计单一,受出光功率的大小,速率等关键性参数还有制程工艺的制约,有源区的尺寸在设计时需要进行取舍。普通的Fabry–Pérot谐振腔可以产生多纵模的光谱,由于色散的影响,这种FP激光器无法应用于远距离的信号传输,如果要适用于远距离传输,需要单纵膜激光器,也就是含有光栅结构的DFB激光器,输出的光谱需要较大的边模抑制比。而且普通结构的半导体激光器,无法有效的对激射出去因为外部器件反射回来的光进行抗反射处理,因此反射光再次返回到谐振腔会对激光器芯片工作造成干扰,增加噪声,使得芯片工作不稳定。
传统的抗反射方案是在封装过程中,在芯片外部增加透镜或其他元器件进行抗反射的处理,这样需要增加额外的光路耦合对接工艺,和额外的物料成本,也增加了集成后的物理尺寸。
为了增大路径,相关文件CN113937616A在激光器上设置光栅,文件《Monolithically integrated multi-wavelength VCSEL arrays using high-contrastgratings》中也设置不同折射率的光栅材料。然而,制作光栅工艺复杂,成品率低。相关文件CN102545043A虽然没有使用光栅,在谐振腔外设置多边形全反射装置,以充当滤波器的功能,与FP谐振腔相互耦合进行选模,实现激光器的单模工作,也增长了光子运动路径。然而,耦合器的使用以及全反射材料的选择会造成很大的能量损失以及成本升高,不适合批量化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种谐振腔、半导体激光器以及谐振腔的制备方法,至少可以解决现有技术中的部分缺陷。
为实现上述目的,本发明实施例提供如下技术方案:一种谐振腔的制备方法,包括如下步骤:S1,选择未经刻蚀的有源层,将其划分为第一区域和第二区域,所述第二区域远离所述第一区域的一端为出光端,
S2,对所述第一区域进行下沉刻蚀,并对所述第二区域进行形貌刻蚀,得到具有若干凸出部的第一阶段的谐振腔,
S3,在所述第一阶段的谐振腔上掩埋外延生长有源层材料,加厚所述有源层,
S4,生长完毕后,再次对所述第二区域进行形貌刻蚀,得到具有若干凸出部的第二阶段的谐振腔,所述第一阶段的谐振腔的各凸出部的尖端的连线和所述第二阶段的谐振腔的各凸出部的尖端的连线平行。
进一步,所述S2步骤具体为:
S20,于所述有源层上掩盖光刻胶,
S21,将所述有源层对应所述第一区域上的光刻胶去除,
S22,去除完毕后对所述有源层进行刻蚀,向下刻蚀掉对应所述第一区域的部分有源层,
S23,刻蚀完毕后去掉剩下的光刻胶,此时的有源层的第一区域与第二区域形成台阶,
S24,再次于所述有源层上掩盖光刻胶,
S25,对所述有源层对应所述第一区域上的光刻胶进行光刻、曝光,留下间隔布置的若干个小面积光刻胶,
S26,接着对所述有源层进行刻蚀,刻蚀掉所述有源层对应所述第二区域的部分有源层,在所述小面积光刻胶处形成凸出部,
S27,刻蚀完毕后去掉剩下的光刻胶,得到第一阶段的谐振腔。
进一步,所述S4步骤中制备第二阶段的谐振腔的方式与S2步骤中制备第一阶段的谐振腔的方式一致。
进一步,在所述第二阶段的谐振腔上继续掩埋生长缓冲层材料,并在掩埋生长前通入惰性气体,在缓冲层生长完毕后,在上层相邻凸出部之间的凹陷部中形成低折射率的惰性气体孔洞。
进一步,所述第一阶段的谐振腔的凸出部与第二阶段的谐振腔的凸出部交错设置。
进一步,在所述第一阶段的谐振腔的各所述凸出部和所述第二阶段的谐振腔的各所述凸出部中,至少部分凸出部呈锯齿状。
进一步,锯齿状的所述凸出部的斜面延伸的方向与谐振腔的长度方向之间的夹角θ范围控制在30~60°。
进一步,所述S2步骤和所述S4步骤中,形貌刻蚀采用的是干法和湿法刻蚀,利用材料在不同晶相上的刻蚀反应速率不同的原理进行刻蚀。
本发明实施例提供另一种技术方案:一种谐振腔,采用上述的谐振腔的制备方法制得。
本发明实施例提供另一种技术方案:一种半导体激光器芯片,包括上述的谐振腔的制备方法制得的谐振腔。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、通过设计若干凸出部能够在不增加物理尺寸的基础上,增加有效谐振长度,提高了出光功率,降低了经外部反射回来的光的影响。
2、凸出部形成反射路径,避免了光子在谐振腔的第二腔体逃逸回到第一腔体,有效的增加了谐振腔内的载流子浓度,提高激光器的输出效率。
3、在第二腔体中形成氩气孔洞,氩气作为低折射率材料,与谐振腔材料之间的折射率差增大,减小了输出损耗,提高了激光器的功率效率,也提高了光子在谐振腔内振荡、反射的效率。
4、通过对θ夹角的设计,θ范围控制在30~60°,当θ取值为45°时能够使光子在凸出部的斜面形成全反射,使得经外部反射回来的光,通过上下的θ夹角形成最优的反射路径,能够再次被反射出去,避免了经外部反射回来的光再次进入谐振腔内,达到抗反射的目的,使激光器工作更稳定。
5、可以经过精确计算第一腔体和第二腔体的谐振腔长度,使得在第一腔体形成的稳定驻波,经过第二腔体后,能叠加放大主要的需要输出的波长,抑制不需要输出的波长,从而达到增强边模抑制比的效果,使得即使没有光栅的情况下,也可以形成较好的单模激射模式,从而提高FP激光器芯片的远距离传输能力。
6、所述第二腔体上下两侧的内壁均向内凹陷形成有若干凸出部,其中上侧突出部所有顶端的连线和下侧突出部所有顶端的连线平行,其目的为限制及压缩光场的尺寸,使得从出光腔面激射出来的激光的光斑发散角不要太大,便于后续的光纤耦合,进一步, 配合上下两侧的凸出部分,得到最优的腔内光子反射路径,增加光子在谐振腔内的反射频率,同时降低光子在谐振腔的损耗,降低激光器芯片的阈值电流,增加出光功率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种谐振腔的示意图;
图2为本发明实施例提供的一种半导体激光器芯片的示意图;
图3为本发明实施例提供的一种谐振腔的第一腔体中光子反射运动轨迹和外部反射光反射回谐振腔的运动轨迹的示意图;
图4为为本发明实施例提供的一种谐振腔的制备方法的具体制备流程;
附图标记中:1-第一腔体;10-尾端;2-第二腔体;20-首端;21-出光端;22-凸出部;23-斜面;24-凹陷部;3-缓冲层;30-氩气孔洞;5-电极;6-连接部;7-有源层;8-光刻胶;9-小面积光刻胶。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,本发明实施例提供一种谐振腔,包括第一腔体1和第二腔体2,所述第一腔体1的尾端10与所述第二腔体2的首端20连通,所述第二腔体2远离所述第一腔体1的一端为出光端21,且所述第二腔体2的内壁向内凹陷形成有若干凸出部22。本实施例的谐振腔由两个腔体组成,为了方便区分,按照它们连接的顺序,将它们分别定义为第一腔体1和第二腔体2,二者首尾相接,其中第二腔体2的尾端10,也即远离第一腔体1的一端为出光端21,光子会从第二谐振腔的出光端21射出。为了解决背景技术中提及的至少部分技术问题,本实施例巧妙地对第二腔体2的结构形式进行改进,在不改变其整体外形长度的情况下,通过设计若干凸出部22,能够使光子在第二腔体2中具有更长距离的有效反射和谐振,进而产生更多能量,实际上谐振腔内会有无数光子无规则反射、碰撞,最终光子被反射碰撞溢出谐振腔,可形成更大功率的激光。而且凸出部22形成反射路径,避免了光子在谐振腔的第二腔体2逃逸回到第一腔体1,有效的增加了谐振腔内的载流子浓度,提高激光器的输出效率。
细化上述的凸出部22,请参阅图1,至少部分所述凸出部22呈锯齿状。在本实施例中,将凸出部22设计为锯齿状,如图3所示,可见光子在凸出部22之间反射、谐振(如左边的回形箭头所示),也能看到溢出的光子无法再重新回到第二腔体2中,达到了抗反射的目的。为了更好地实现反射、谐振以及抗反射,可以将凸出部22的倾斜角度控制在30~60°之间,也就是凸出部22的斜面23延伸的方向与第一腔体1至第二腔体2的方向之间的夹角θ范围控制在30~60°,当θ取值为45°时能够使光子在凸出部的斜面形成全反射,使得在固定谐振腔的尺寸内反射路线最长,反射路径最优,获得的能量最多。这里定义的第一腔体1至第二腔体2的方向,也就是如图1所示的谐振腔水平放置时的水平方向,或者说是谐振腔的长度方向,整个谐振腔是长条状,所以其水平放置时,长度方向也即水平方向。当然,凸出部22的结构形式除了采用锯齿状以外,还可以采用弧形、矩形等等形式,其实本质上锯齿状也即三角形。只要是凸出结构,就可以达到增长反射距离的目的。或者采用各种不同形状的凸出部22混合形成第二腔体2,如在第二腔体2上,部分凸出部22采用三角形,还有部分凸出部22采用在三段式的结构形式,如图1的下侧的凸出部22,由两段斜面23之间采用平直段连接,该结构也是上侧的凹陷的结构形式,实际上形成的这种三段式的结构形式是在刻蚀时产生的独特结构,通过控制刻蚀精度可以做成全部都是三角形的结构形式。当然,除了本实施例的结构形式以外,还可以部分采用弧形,部分采用矩形,可以根据实际情况随意组合,较之普通腔体,如第一腔体1这种没有任何变化的腔体来说均能够得到更好的出光效果。
请参阅图1,所述第二腔体2内,至少一相对内壁上设有所述凸出部22,且任一内壁上的各所述凸出部22均朝向与其相对的内壁上的各所述凸出部22设置。在第一腔体1中,设计的凸出部22的位置是有要求的,需要在腔体内找到至少一相对内壁,并在该相对内壁上均形成凸出部22,如图1所示的上下均有凸出部22,如此即可形成有效反射。如图1所示,上侧壁的凸出部22是对着下侧壁的凸出部22。在另外的实施例中,上侧壁的凸出部22与下侧壁的凸出部22交错设置,便于光子在谐振腔内反射后从出光腔面溢出。
作为本发明实施例的优化方案,请参阅图1,本谐振腔还包括敷设于所述第一腔体1和所述第二腔体2外壁上的缓冲层3,所述缓冲层3位于所述第一腔体1和所述第二腔体2的同一侧。在本实施例中,在上述的两个腔体制作完毕后,再通入惰性气体,如氩气,并再次掩埋生长缓冲层3材料,最终形成完整的谐振腔。在第二腔体2中形成氩气孔洞30,提高谐振腔壁周围的材料反射率差,提高了光子在谐振腔内振荡、反射的效率。由于通入了惰性气体,缓冲层3在掩埋时会嵌入到第二腔体2的外壁形成的凹陷部24中,在此处形成惰性气体孔洞,通入氩气就是氩气孔洞30。
作为本发明实施例的优化方案,请参阅图1,本谐振腔的第一腔体1和第二腔体2是等间距的结构形式,与传统谐振腔的结构形式一致,只是对内部结构进行改进,外形没有差别。
请参阅图2,本发明实施例提供一种半导体激光器芯片,包括上述的谐振腔和为所述谐振腔提供电子电极5,电极5通过连接部6与所述第一腔体1连通,所述连接部6位于所述第一腔体1的中部。将上述的谐振腔用在半导体激光器芯片中,可以提升芯片的性能。且可以经过精确计算第一腔体1和第二腔体2的谐振腔长度,使得在第一腔体1形成的稳定驻波,经过第二腔体2后,能叠加放大主要的需要输出的波长,抑制不需要输出的波长,从而达到增强边模抑制比的效果,使得即使没有光栅的情况下,也可以形成较好的单模激射模式,从而提高激光器芯片的远距离传输能力。
请参阅图4,本发明实施例提供一种谐振腔的制备方法,包括如下步骤S1,选择未经刻蚀的有源层7,将其划分为第一区域和第二区域,所述第二区域远离所述第一区域的一端为出光端21,S2,对所述第一区域进行下沉刻蚀,并对所述第二区域进行形貌刻蚀,得到具有若干凸出部22的第一阶段的谐振腔,S3,在所述第一阶段的谐振腔上掩埋外延生长有源层7材料,加厚所述有源层7,S4,生长完毕后,再次对所述第二区域进行形貌刻蚀,得到具有若干凸出部22的第二阶段的谐振腔,所述第一阶段的谐振腔的各凸出部22的尖端的连线和所述第二阶段的谐振腔的各凸出部22的尖端的连线平行。在本实施例中,形貌刻蚀有两次,第一次刻蚀完毕后,需要再生长有源层7材料或者说是谐振材料,将有源层7加厚,再进行第二次形貌刻蚀,最终可以得到上下均具有凸出部22的谐振腔,由于实际上上下侧的凸出部22都是一样的,所以这里也没有进行区分,就都统称之为凸出部22,若要进行区分,可以将下侧的凸出部22定义为第一凸出部22,代表是先刻蚀出来的凸出部22,将上侧的凸出部22定义为第二凸出部22,它是后刻蚀出来的凸出部22。上述实施例中提及的第一腔体1即本制备方法中的第一区域,第二腔体2即第二区域,这里也不再做进一步标号区分。采用本方法制备的谐振腔即上述实施例的谐振腔。关于谐振腔的其他细化特征本实施例请参见上述实施例,这里就不再赘述。在另外的实施例中,第二阶段的谐振腔的凸出部22与第二阶段的谐振腔的的凸出部22交错设置,不设计成对着,而是交错设置,可以更有利于光子在谐振腔内反射后从出光腔面溢出。
作为本发明实施例的优化方案,请参阅图4,图4为从最初到最后(除了生长缓冲层3材料并制作惰性气体孔洞)的全部步骤,按照箭头所指方向进行制作。具体地,第一步,先划分区域,将有源层7分为第一区域和第二区域;第二步,在有源层7上进行光刻胶8掩膜;第三步,去掉第一区域上方的光刻胶8;第四步,对有源层7进行刻蚀,由于第二区域上有光刻胶8保护,不会对有源层7进行刻蚀,此时仅对第一区域的有源层7进行刻蚀,刻蚀时控制好刻蚀深度;第五步,去掉第二区域上的光刻胶8;第六步,再次对形成了台阶结构的有源层7进行光刻胶8掩膜;第七步,对第二区域上的光刻胶8进行处理,得到若干个小面积光刻胶9,该处理过程是利用光刻板进行曝光,光刻板就采用具有多个窗口的光刻板;第八步,开始刻蚀,由于第二区域上有小面积光刻胶9保护,保护的位置不被刻蚀,小面积光刻胶9周边的有源层7被刻蚀,采用干法和湿法刻蚀,利用材料在不同晶相上的刻蚀反应速率不同的原理进行刻蚀,即可得到如图所示的锯齿状形貌;第九步,去掉各所述小面积光刻胶9,得到了第一阶段的谐振腔,此时的谐振腔稍显单薄;第十步,在所述第一阶段的谐振腔上掩埋外延生长有源层7材料,加厚所述有源层7,该过程可在MOCVD上进行;第十一步,加厚完毕后,再次进行光刻胶8掩膜;第十二步,再次进行第七步的动作,在第二区域上再次形成若干个小面积光刻胶9;第十三步,再次进行第八步的动作,得到如图所示的锯齿状形貌;第十四步,去掉第一区域上的光刻胶8和第二区域上的小面积光刻胶9,得到第二阶段的谐振腔。锯齿状设计使得实际的等效光程路径长度增加,相当于谐振腔长度变长,光子在谐振腔内的等效振荡距离增加,输出的光功率也会增加,从而提高了半导体激光器的输出效率,使得反射光的影响更小。并且,在谐振腔内能形成稳定驻波的波长条件是1/2腔长的整数倍,第二区域和第一区域相当于两段不同等效长度的谐振腔,在第一区域内先形成的不同波长的稳定驻波,进入第二区域后,如第二区域的等效腔长经过需要准确设计后,可以改变原来在第一区域内形成的驻波的条件,使得在第二区域内以新的有效谐振腔长度来重新形成驻波,可以有效抑制不需要的波长的驻波强度,增加需要输出的波长的驻波强度,使得在没有光栅的情况下,也可以提高边模抑制比。
在上述过程中,通过控制小光刻胶8的位置来控制凸出部22的位置。最终得到如图3所示的锯齿状的凸出部22时能够起到增加有效谐振长度、抗反射等效果的谐振腔。
作为本发明实施例的优化方案,在所述第二阶段的谐振腔上继续掩埋生长缓冲层3材料,并在掩埋生长前通入惰性气体,在缓冲层3生长完毕后,在上层相邻凸出部22之间的凹陷部24中形成低折射率的惰性气体孔洞,形成了低折射率,提高谐振腔壁周围的材料反射率差,提高了光子在谐振腔内振荡、反射的效率。该过程可在MOCVD上进行。
作为本发明实施例的优化方案,本半导体激光器芯片中,电子从电极5处进行注入,在有源区第一区域内载流子浓度随着注入电流的增大而提高,电子空穴对复合产生光子,光子随着振荡来到第二区域,因第二区域为夹角为θ的锯齿状,且有源区材料和氩气孔洞30形成了较大的折射率差,如图3所示的单个光子碰撞反射路径,该光子由第一区域到达第二区域后会更容易的被束缚在第二区域内,所述第二腔体上下两侧的内壁均向内凹陷形成有若干凸出部,其中所述第二阶段的谐振腔的各凸出部的尖端的连线和所述第二阶段的谐振腔的各凸出部的尖端的连线平行,其目的为限制及压缩光场的尺寸,使得从出光腔面激射出来的激光的光斑发散角不要太大,便于后续的光纤耦合,进一步,配合上下两侧的凸出部分,得到最优的腔内光子反射路径,可以增加光子在谐振腔内的反射频率,同时降低光子在谐振腔的损耗,降低激光器芯片的阈值电流,增加出光功率。且经过不断碰撞、反射,增加了实际的等效光程路径的长度,使得更多的光子在第二区域内可以碰撞,振荡,且由于锯齿状设置的路径使得第二区域内的光子难以逃逸回到第一区域,这样使得光子们更容易快速的得到能量并被从前出光腔面激射出来,使得该激光器他的阈值电流与常规激光器比更低,且在同样的物理尺寸的腔长设计下,该方案的锯齿状设计使得实际的等效光程路径长度增加,相比较常规方案,出光功率会更大。并且,在上半部分锯齿状材料中含有氩气孔洞30,形成了低折射率,提高谐振腔壁周围的材料反射率差,提高了光子在谐振腔内振荡、反射的效率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种谐振腔的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1,选择未经刻蚀的有源层,将其划分为第一区域和第二区域,所述第二区域远离所述第一区域的一端为出光端,
S2,对所述第一区域进行下沉刻蚀,并对所述第二区域进行形貌刻蚀,得到具有若干凸出部的第一阶段的谐振腔,
S3,在所述第一阶段的谐振腔上掩埋外延生长有源层材料,加厚所述有源层,
S4,生长完毕后,再次对所述第二区域进行形貌刻蚀,得到具有若干凸出部的第二阶段的谐振腔,所述第一阶段的谐振腔的各凸出部的尖端的连线和所述第二阶段的谐振腔的各凸出部的尖端的连线平行,
所述第一阶段的谐振腔的各凸出部与所述第二阶段的谐振腔的各凸出部交错设置,供光子在谐振腔内反射后从出光腔面溢出,
且锯齿状的所述凸出部的斜面延伸的方向与谐振腔的长度方向之间的夹角θ使得经外部反射回来的光,通过上下的θ夹角形成反射路径,能够再次被反射出去,夹角θ范围控制在30~60°。
2.如权利要求1所述的谐振腔的制备方法,其特征在于,所述S2步骤具体为:
S20,于所述有源层上掩盖光刻胶,
S21,将所述有源层对应所述第一区域上的光刻胶去除,
S22,去除完毕后对所述有源层进行刻蚀,向下刻蚀掉对应所述第一区域的部分有源层,
S23,刻蚀完毕后去掉剩下的光刻胶,此时的有源层的第一区域与第二区域形成台阶,
S24,再次于所述有源层上掩盖光刻胶,
S25,对所述有源层对应所述第一区域上的光刻胶进行光刻、曝光,留下间隔布置的若干个小面积光刻胶,
S26,接着对所述有源层进行刻蚀,刻蚀掉所述有源层对应所述第二区域的部分有源层,在所述小面积光刻胶处形成凸出部,
S27,刻蚀完毕后去掉剩下的光刻胶,得到第一阶段的谐振腔。
3.如权利要求1所述的谐振腔的制备方法,其特征在于,所述S4步骤中制备第二阶段的谐振腔的方式与S2步骤中制备第一阶段的谐振腔的方式一致。
4.如权利要求1所述的谐振腔的制备方法,其特征在于,在所述第二阶段的谐振腔上继续掩埋生长缓冲层材料,并在掩埋生长前通入惰性气体,在缓冲层生长完毕后,在上层相邻凸出部之间的凹陷部中形成低折射率的惰性气体孔洞。
5.如权利要求1所述的谐振腔的制备方法,其特征在于,所述第一阶段的谐振腔的凸出部与第二阶段的谐振腔的凸出部交错设置。
6.如权利要求1所述的谐振腔的制备方法,其特征在于,在所述第一阶段的谐振腔的各所述凸出部和所述第二阶段的谐振腔的各所述凸出部中,至少部分凸出部呈锯齿状。
7.如权利要求1所述的谐振腔的制备方法,其特征在于,所述S2步骤和所述S4步骤中,形貌刻蚀采用的是干法和湿法刻蚀,利用材料在不同晶相上的刻蚀反应速率不同的原理进行刻蚀。
8.一种谐振腔,其特征在于:采用如权利要求1-7任一所述的谐振腔的制备方法制得。
9.一种半导体激光器芯片,其特征在于:包括如权利要求1-7任一所述的谐振腔的制备方法制得的谐振腔。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311603103.2A CN117712825B (zh) | 2023-11-28 | 2023-11-28 | 谐振腔、半导体激光器以及谐振腔的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311603103.2A CN117712825B (zh) | 2023-11-28 | 2023-11-28 | 谐振腔、半导体激光器以及谐振腔的制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117712825A CN117712825A (zh) | 2024-03-15 |
CN117712825B true CN117712825B (zh) | 2024-09-17 |
Family
ID=90159756
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311603103.2A Active CN117712825B (zh) | 2023-11-28 | 2023-11-28 | 谐振腔、半导体激光器以及谐振腔的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117712825B (zh) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0334489A (ja) * | 1989-06-30 | 1991-02-14 | Hikari Keisoku Gijutsu Kaihatsu Kk | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
CN108899760A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-11-27 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种半导体激光器及制作方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002084033A (ja) * | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Nec Corp | 分布帰還型半導体レーザ |
CN102496853B (zh) * | 2011-12-13 | 2013-02-06 | 中国科学院半导体研究所 | 选择区域外延自脉动dfb激光器的制作方法 |
CN105119141B (zh) * | 2015-09-17 | 2016-06-22 | 华中科技大学 | 一种双波长可调谐半导体激光器 |
CN107681465A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-09 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 半导体光放大器及其制作方法 |
CN110515157B (zh) * | 2019-09-02 | 2020-08-21 | 南京大学(苏州)高新技术研究院 | 一种片上集成窄线宽反射器波导及其反射器 |
CN113937616B (zh) * | 2021-09-26 | 2023-03-07 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 半导体激光器阵列、半导体激光器单管及其制备方法 |
-
2023
- 2023-11-28 CN CN202311603103.2A patent/CN117712825B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0334489A (ja) * | 1989-06-30 | 1991-02-14 | Hikari Keisoku Gijutsu Kaihatsu Kk | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
CN108899760A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-11-27 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种半导体激光器及制作方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN117712825A (zh) | 2024-03-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107611775B (zh) | 一种半导体激光器及其制作方法 | |
KR101928436B1 (ko) | 광 집적 회로용 하이브리드 수직 공명 레이저 | |
JP6487195B2 (ja) | 半導体光集積素子、半導体光集積素子の製造方法及び光モジュール | |
US9995876B2 (en) | Configurable compact photonic platforms | |
CN113328336B (zh) | 一种反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片及使用方法 | |
JP6247944B2 (ja) | 水平共振器面出射型レーザ素子 | |
CN115832868A (zh) | 双光栅半导体激光器的制作方法 | |
US20060104327A1 (en) | Semiconductor optical pumping device for radiation emission and the production method thereof | |
JPS5940592A (ja) | 半導体レ−ザ素子 | |
CN117712825B (zh) | 谐振腔、半导体激光器以及谐振腔的制备方法 | |
US7804871B2 (en) | Semiconductor laser | |
CN107104362B (zh) | 半导体激光二极管及其制造方法 | |
CN118539289A (zh) | 窄线宽大功率复合光子晶体半导体激光器结构、器件及方法 | |
CN110336179B (zh) | 一种半导体外延结构及其制备方法、半导体有源光电器件 | |
JP2004296560A (ja) | 半導体レーザの製造方法および集積光回路の製造方法 | |
CN221407974U (zh) | 谐振腔以及半导体激光器芯片 | |
CN115051239A (zh) | 可调谐电吸收调制激光器及其制备方法 | |
CN112821197A (zh) | 一种光发射芯片的制作方法和光发射芯片 | |
JP7244784B2 (ja) | 半導体光源素子および光半導体導波路窓構造の製造方法 | |
CN108899760B (zh) | 一种半导体激光器及制作方法 | |
JP2017022247A (ja) | 波長選択素子及び波長可変光源 | |
WO2018134950A1 (ja) | 半導体レーザ素子、半導体レーザ素子の製造方法 | |
CN113381294B (zh) | 单片集成边发射激光器及制备方法 | |
CN113794103B (zh) | 一种非稳腔半导体激光器及其制备方法 | |
US10209445B2 (en) | Method of fabricating a compact photonics platform |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |