CN108923259B - 双模激光器THz泵浦源的制作方法 - Google Patents

双模激光器THz泵浦源的制作方法 Download PDF

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Abstract

一种双模激光器THz泵浦源的制作方法，包括如下制作步骤：利用选择区域外延生长技术或对接生长技术在衬底上获得增益区量子阱的材料、放大器区量子阱的材料及调制器区量子阱的材料；利用量子阱混杂技术或对接生长技术，在衬底上获得获得光栅区的材料及相位区的材料；在光栅区的材料上制作光栅；在增益区的量子阱材料、放大器区的量子阱材料、调制器区的量子阱材料、相位区的材料和光栅区的材料上生长接触层；在接触层上相对于增益区、放大器区、调制器区、光栅区及相位区之间的位置制作隔离沟；在接触层上的隔离沟之间分别制作电吸收调制器电极、光放大器电极、前光栅电极、增益区电极、相位区电极及后光栅电极；将衬底减薄后在其背面制作N面电极。

Description

双模激光器THz泵浦源的制作方法
技术领域
本发明涉及光电子器件领域，特别涉及一种双模激光器THz泵浦源的制作方法。
背景技术
太赫兹(Terahertz，1THz＝1012Hz)泛指频率在0.1-10THz波段(对应波长为30-3000μm)范围内的电磁波，介于红外和微波之间。应用于通信领域，THz技术拥有诸多优点。相对于微波通信而言，由于太赫兹波的频段在108-1013Hz之间，比微波通信高出1-4个数量级，使得太赫兹波的传输信息量更大。同时，太赫兹通信与高阶的编码调制技术相结合，可进一步提升无线通信的传输容量，满足大容量传输场景的通信要求。由于太赫兹波自身包含丰富的光谱信息，且具有很好的光谱分辨特性，对很多介电材料与非极性液体具有良好的穿透性。因此，太赫兹波不仅可以作为探测材料性质的检测工具，还可以作为通信工具在烟雾、沙尘等恶劣环境下进行通信工作。由于太赫兹波束比微波更窄，且能够有效地抑制背景辐射噪声的影响，因此可以保证信息传送精度的同时，使太赫兹通信满足具有更好的保密性能。
对THz应用而言，高性能THz源是重要基础。基于光电探测器的THz天线是一种重要的THz辐射源。在这种THz源中，两束不同频率的光在单行载流子探测器中混频，载流子以THz频率周期性的产生并在外电场的作用下加速，所产生的THz信号(频率等于两束入射光频率之差)由与探测器集成的THz天线辐射出去。相对于其他类型的THz源，其同时具有低成本、高效率、结构紧凑、室温工作等优点。目前，应用于该THz源系统的双模光源多由分立器件搭建，导致功率损耗大，系统体积大，成本高。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种单片集成双模激光器THz泵浦源及制作方法，以降低整个THz源系统的功率损耗和制作成本，提高系统的稳定性。
本发明提供一种双模激光器THz泵浦源的制作方法，包括如下制作步骤：
步骤1：选择一衬底；
步骤2：利用选择区域外延生长技术或对接生长技术在衬底上获得增益区量子阱的材料、放大器区量子阱的材料及调制器区量子阱的材料；
步骤3：利用量子阱混杂技术或对接生长技术，在衬底上获得获得光栅区的材料及相位区的材料；
步骤4：在光栅区的材料上制作光栅；
步骤5：在增益区的量子阱材料、放大器区的量子阱材料、调制器区的量子阱材料、相位区的材料和光栅区的材料上生长接触层；
步骤6：在接触层上相对于增益区、放大器区、调制器区、光栅区及相位区之间的位置制作隔离沟；
步骤7：在接触层上的隔离沟之间分别制作电吸收调制器电极、光放大器电极、前光栅电极、增益区电极、相位区电极及后光栅电极；
步骤8：将衬底减薄后在其背面制作N面电极。
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种采用单片集成技术制作的双模激光器THz泵浦源芯片可以大大降低THz源系统的功率损耗和制作成本，提高了系统的稳定性。
2、本发明提供的这种采用单片集成技术制作的双模激光器THz泵浦源芯片在提供双模泵浦光的同时其单片集成的调制器还有数据加载功能。
3、本发明提供的这种采用单片集成技术制作的双模激光器THz泵浦源芯片双模泵浦光波长间距(即THz频率)可由芯片光栅区注入电流调谐。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明如后，其中：
图1为本发明双模激光器THz泵浦源的结构示意图；
图2为本发明双模激光器THz泵浦源的制作流程图。
具体实施方式
请参阅图1及图2所示，本发明提供一种双模激光器THz泵浦源的制作方法，包括如下制作步骤：
步骤1：选择一衬底10；
步骤2：利用选择区域外延生长技术或对接生长技术在衬底10上获得增益区(gain)量子阱的材料21、放大器区(SOA)量子阱的材料22及调制器(EAM)区量子阱的材料23；利用选择区域外延生长技术时，在器件的SOA区及gain区的衬底10上制作SiO2掩膜对，利用MOCVD外延生长时材料在掩膜对上部不能生长成核，使掩膜对中间的区域(SOA区及gain区)量子阱生长速度较没有掩膜区域(EAM区)的生长速度快，进而使gain区量子阱21及SOA区量子阱22发光波长较EAM量子阱23发光波长长。利用对接生长技术时，先在衬底10上大面积生长gain区量子阱材料21及SOA区量子阱材料22，在衬底10上器件的gain区及SOA区生长SiO2干法刻蚀掩膜，利用干法刻蚀选择性去除增益区及SOA区以外的量子阱材料后利用MOCVD对接生长波长短的EAM区量子阱材料23。
步骤3：利用量子阱混杂技术或对接生长技术，在衬底10上获得获得光栅区(DBR区)的材料25及相位区(phase区)的材料24；利用量子阱混杂技术时仅在器件的DBR区材料25及phase区材料24中注入磷离子，随后进行快速热退火处理，使两个区材料的发光波长蓝移(变短)。利用对接生长技术时，在gain区、SOA区及EAM区生长SiO2干法刻蚀掩膜，利用干法刻蚀选择性去除gain区、SOA区及EAM区以外的量子阱材料后利用MOCVD对接生长波长短的DBR区材料25及phase区材料24。
步骤4：在光栅区的材料25上制作光栅26，为均匀周期光栅或取样光栅；
步骤5：在增益区的量子阱材料21、放大器区的量子阱材料22、调制器区的量子阱材料23、相位区的材料24和光栅区的材料25上生长接触层30，完成器件结构生长；
步骤6：在接触层30上相对于增益区、放大器区、调制器区、前光栅区、后光栅区及相位区之间的位置制作隔离沟s；
步骤7：在接触层30上的隔离沟s之间分别制作电吸收调制器电极31、光放大器电极32、前光栅区(FDBR)电极33、增益区电极34、相位区电极35及后光栅区(RDBR)电极36；由于在器件各电极区之间制作隔离沟s，各个电极相互独立，可注入独立控制的电流。激光器gain区注入电流超过阈值电流时器件发光具有两个不同波长的模式，分别由增益区两侧的两段光栅26选模，在同时或分别改变两段光栅区的注入电流时，两个模式的波长及间隔均可实现调谐。设两个激光器的发光频率分别为ω1和ω2，并且|ω1-ω2|＜＜ω1，ω2，当自脉动激光器的两个频率的光同时照射在探测器表面时，产生一个频率为|ω1-ω2|的光电流，即微波信号，如下式所示：
Figure BDA0001733995670000041
P1、P2为光功率，φ1、φ2为两种光的相位之差。将信号加载在反向偏置的电吸收调制器上，以实现数据的加载；
步骤8：将衬底10减薄后在其背面制作N面电极40；在管心的一端蒸镀高反射膜，另一端蒸镀抗反射薄膜，完成管芯制作。抗反射薄膜用于减小该镀膜端面对光向器件内部的反射，除抗反射膜外还可以结合弯曲波导及倾斜波导等技术来进一步减小反射。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双模激光器THz泵浦源的制作方法，包括如下制作步骤：
步骤1：选择一衬底；
步骤2：利用选择区域外延生长技术或对接生长技术在衬底上获得增益区量子阱的材料、放大器区量子阱的材料及调制器区量子阱的材料；
步骤3：利用量子阱混杂技术或对接生长技术，在衬底上获得获得光栅区的材料及相位区的材料；
步骤4：在光栅区的材料上制作光栅；
步骤5：在增益区的量子阱材料、放大器区的量子阱材料、调制器区的量子阱材料、相位区的材料和光栅区的材料上生长接触层；
步骤6：在接触层上相对于增益区、放大器区、调制器区、光栅区及相位区之间的位置制作隔离沟；
步骤7：在接触层上的隔离沟之间分别制作电吸收调制器电极、光放大器电极、前光栅电极、增益区电极、相位区电极及后光栅电极；
步骤8：将衬底减薄后在其背面制作N面电极。
2.根据权利要求1所述的双模激光器THz泵浦源的制作方法，其中光栅区的材料表面制作的光栅为均匀周期光栅或取样光栅。
3.根据权利要求1所述的双模激光器THz泵浦源的制作方法，其中所述光栅区的材料及相位区的材料的发光波长小于激光器的发光波长。
4.根据权利要求1所述的双模激光器THz泵浦源的制作方法，其中所述各电吸收调制器电极、光放大器电极、前光栅电极、增益区电极、相位区电极及后光栅电极是相互独立的。
5.根据权利要求1所述的双模激光器THz泵浦源的制作方法，其中该激光器的发光包含两个波长，两个发光波长间隔是由前光栅电极或后光栅电极的电流注入进行改变。
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