CN100349340C - 2.5维光子晶体面发射激光器 - Google Patents

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Abstract

一种2.5维光子晶体面发射激光器，包括：一晶片；一第一DBR层，该DBR层制作在晶片上；一下包层，下包层制作在第一DBR层上；一有源层，该有源层制作在下包层上，该有源层上通过刻蚀工艺形成周期性的光子晶体结构；一上包层，该上包层制作在有源层上；一p+型包层，该p+型包层制作在上包层上；一第二DBR层，该第二DBR层制作在p+型包层上；一上电极，该上电极制作在第二DBR层上，该上电极上有一出光孔；一下电极，该下电极制作在晶片的底面上，并覆盖晶片的底面。

Description

2.5维光子晶体面发射激光器
技术领域
本发明涉及受激发射光器件，特别涉及一种基于光子晶体缺陷微腔、利用2.5维光子晶体制作的受激发射光器件。
背景技术
光子晶体(Photonic Crystal-PC)亦称光子带隙(Photonic BandGap-PBG)材料，它是由不同介电常数材料的周期排列而形成。类似于半导体中的电子禁带，光子晶体中也存在光子的禁带，处于禁带频率范围内的电磁波在光子晶体中呈指数衰减，无法在晶体中传播。这个原理使高效率的发光器件(light emitting device-LED)和零阈值激光器的制备成为可能。
虽然三维光子晶体性能最佳，但由于工艺复杂而难以实现，因此目前的研究重点集中在二维光子晶体上。以二维光子晶体缺陷微腔为谐振腔的激光器已经实现了室温激射，呈现出低阈值、高品质因子、小模式数、高外部效率和纳米级尺寸等优异性能(见文献[1]Susumu Noda，et al.Polarization mode control of two dimensional photonic crystal laser by unitcell structure design.Science，Vol.293，No.10，1123-1125，2001.[2]Han-Youl Ryu，et al.Square lattice photonic bandgap single celllaser operating in the lowest order whispering gallery mode.Applied physicsletters，Vol.80，No.21，3883-3885，2002)。
二维光子晶体具有在平面内控制光子流动的能力，但对垂直于二维光子晶体平面方向的光子则没有作用，因此有源层区沿垂直方向自发发射出的光子直接入射到空气中，不能耦合到激射模式中，引起了光损耗的增加，不能实现零阈值的激射。本文提出了一种在二维光子晶体上方沉积高反射薄膜对光场加以限制的光子晶体，虽然该结构在X、Y、Z三个格方向上都对光场加以控制，但由于不能在任意角度上“弯曲”光，因此有别于通常所称的三维光子晶体，但其性能优于二维光子晶体，将会获得更高的外部电光效率和更低的阈值，我们称之为2.5维光子晶体。
由于2.5维光子晶体性能将优于二维光子晶体，以该种结构为基础制作出的激光器，由于在三个维度上都实现了对光子流动的控制，其性能将优于二维光子晶体激光器。
发明内容
本发明的目的是提供一种2.5维光子晶体激光器，其是一种基于光子晶体缺陷微腔原理，利用2.5维光子晶体结构实现的受激发射激光器件。这种新型的激光器件，采用了新结构，与传统激光器相比，具有更小的尺寸、更高的电光效率、更低的阈值和更优异的模式特性等，在光通信、光互连、光计算等领域具有非常广阔的应用前景。
本发明是通过以下方法来实现的：
本发明一种2.5维光子晶体面发射激光器，其特征在于，包括：
一晶片；
一第一DBR层，该DBR层制作在晶片上；
一下包层，下包层制作在第一DBR层上；
一有源层，该有源层制作在下包层上，该有源层上通过刻蚀工艺形成周期性的光子晶体结构；
一上包层，该上包层制作在有源层上；
一p+型包层，该p+型包层制作在上包层上；
一第二DBR层，该第二DBR层制作在p+型包层上；
一上电极，该上电极制作在第二DBR层上，该上电极上有一出光孔；
一下电极，该下电极制作在晶片的底面上，并覆盖晶片的底面。
其中晶片采用镓砷或铟磷材料。
其中第一DBR层和第二DBR层采用镓砷或铟磷材料。
附图说明
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
图1为2.5维光子晶体激光器结构示意图；
图2为2.5维光子晶体激光器光子晶体微结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1及图2，本发明一种2.5维光子晶体面发射激光器，包括：
一晶片1，该晶片1采用镓砷或铟磷材料；
一第一DBR层2，该DBR层2制作在晶片1上，该第一DBR层2采用镓砷或铟磷材料；
一下包层4，下包层4制作在第一DBR层2上；
一有源层3，该有源层3制作在下包层4上，该有源层3上通过刻蚀工艺形成周期性的光子晶体结构；
一上包层4，该上包层4制作在有源层3上；
一p+型包层5，该p+型包层5制作在上包层4上；
一第二DBR层6，该第二DBR层6制作在p+型包层5上，该第二DBR层6采用镓砷或铟磷材料；
一上电极7，该上电极7制作在第二DBR层6上，该上电极7上有一出光孔8；
一下电极9，该下电极9制作在晶片1的底面上，并覆盖晶片1的底面。
实施例
请再参阅图1所示，在n型GaAs衬底1上利用金属氧化物化学气相沉积(M0CVD)或者分子束外延生长(MBE)沉积高低折射率交替的多层介质高反射薄膜，即分布布拉格反射镜(第一DBR层2)，用作激光器的下DBR，该DBR采用四分之一波长的镓砷(GaAs)和铝镓砷(AlGaAs)交替分布多层薄膜结构，在第一DBR层2的上方沉积激光器有源区的下包层4，在该下包层4上生长激光器的有源层3，然后在有源层3上制作平面光子晶体结构，在该光子晶体结构中包含有缺陷，如图2所示。该光子晶体结构可通过多种通用的光子晶体制作方法实现，如干法刻蚀工艺反应离子束刻蚀(RIE)等。有源区上方为p+型包层5，p+型包层5上方为p型第二DBR层6，第二DBR层6上沉积环形电极7，中间区域为面发射的出光孔8。在该激光器的工艺制作过程中，有源区以上的部分和有源区以下的部分(包含有源区)分别属于一次生长过程，在完成这两次生长，并且制作好光子晶体结构之后，两个结构通过晶片键合实现完整器件的制作。
再请参阅图1和图2，在下包层4上制作光子晶体结构时需要利用深刻蚀等工艺，因此在图1中的1-3层结构是在一块晶片A上制作完成的，4-6层是在另外一块晶片B上制作完成的，在生长完包层结构以前在这两块晶片上实施的制作工艺是相同的，包层完成后，在晶片A上的包层上制作光子晶体微结构，在晶片B上方的包层上生长有源层发光材料。利用晶片键合(wafer bonding)技术将晶片A上的光子晶体微结构和晶片B上的有源层熔接在一起。在键合工艺完成以后，将晶片B去除，在上第二DBR层6上沉积金属电极7。
在图2所示的光子晶体结构中，光子晶体晶格常数a＝280(距离最近的两个空气孔的间距)，空气柱的半径为r＝110nm，此结构参数将保证光子晶体微腔的谐振模的激射波长在850nm处。

Claims (3)

1、一种2.5维光子晶体面发射激光器，其特征在于，包括：
一晶片；
一第一DBR层，该DBR层制作在晶片上；
一下包层，下包层制作在第一DBR层上；
一有源层，该有源层制作在下包层上，该有源层上通过刻蚀工艺形成周期性的光子晶体结构；
一上包层，该上包层制作在有源层上；
一p+型包层，该p+型包层制作在上包层上；
一第二DBR层，该第二DBR层制作在p+型包层上；
一上电极，该上电极制作在第二DBR层上，该上电极上有一出光孔；
一下电极，该下电极制作在晶片的底面上，并覆盖晶片的底面。
2、根据权利要求1所述的2.5维光子晶体面发射激光器，其特征在于，其中晶片采用镓砷或铟磷材料。
3、根据权利要求1所述的2.5维光子晶体面发射激光器，其特征在于，其中第一DBR层和第二DBR层采用镓砷或铟磷材料。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8155163B2 (en) * 2007-03-23 2012-04-10 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Photonic crystal laser and method of manufacturing photonic crystal laser
FR2948777B1 (fr) 2009-07-30 2011-12-02 Centre Nat Rech Scient Dispositif de controle de frequence optique, procede de fabrication d'un tel dispositif
CN106972344B (zh) * 2017-04-13 2020-06-02 广东工业大学 一种边发射半导体激光器件及其制造方法
CN109599743B (zh) * 2018-11-23 2022-04-29 中国科学院半导体研究所 基于光子晶体缺陷态模式控制的锥形光子晶体激光器
CN110989078A (zh) * 2019-12-25 2020-04-10 易锐光电科技(安徽)有限公司 薄膜光波导及其制备方法
CN110989077A (zh) * 2019-12-25 2020-04-10 易锐光电科技(安徽)有限公司 薄膜光波导及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030235229A1 (en) * 2002-06-19 2003-12-25 Hongyu Deng Vertical cavity surface emitting laser using photonic crystals
CN1507684A (zh) * 2001-03-09 2004-06-23 在垂直空腔表面发射激光器中用横向带隙构造模式控制
CN1547792A (zh) * 2001-07-05 2004-11-17 独立行政法人科学技术振兴机构 二维光子晶体面发射激光器
US20050008060A1 (en) * 2002-09-26 2005-01-13 Jan Lipson Single mode vertical cavity surface emitting laser using photonic crystals with a central defect

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1507684A (zh) * 2001-03-09 2004-06-23 在垂直空腔表面发射激光器中用横向带隙构造模式控制
CN1547792A (zh) * 2001-07-05 2004-11-17 独立行政法人科学技术振兴机构 二维光子晶体面发射激光器
US20030235229A1 (en) * 2002-06-19 2003-12-25 Hongyu Deng Vertical cavity surface emitting laser using photonic crystals
US20050008060A1 (en) * 2002-09-26 2005-01-13 Jan Lipson Single mode vertical cavity surface emitting laser using photonic crystals with a central defect

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Single-fundamental-mode photonic-crystal vertical-cavitysurface-emitting lasers. Dae.Sung Song et.al. APPLIED PHYSICS LETTERS,Vol.80 No.21. 2002 *

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