CN114050473A - 单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器 - Google Patents
单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114050473A CN114050473A CN202111324707.4A CN202111324707A CN114050473A CN 114050473 A CN114050473 A CN 114050473A CN 202111324707 A CN202111324707 A CN 202111324707A CN 114050473 A CN114050473 A CN 114050473A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- type
- microcavity
- layer
- echo wall
- cavity
- 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.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 41
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 77
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 30
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 10
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 19
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 19
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 12
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 8
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 7
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N benzocyclobutene Chemical compound C1=CC=C2CCC2=C1 UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 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
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Images
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
- H01S5/1042—Optical microcavities, e.g. cavity dimensions comparable to the wavelength
-
- 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
- H01S5/1021—Coupled cavities
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明提供了一种单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器，该单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器，包括：N面电极；下接触层，形成在N面电极上；N型衬底，形成在下接触层上；耦合腔，形成在N型衬底上，其中，耦合腔包括回音壁型微腔和FP型微腔；其中，回音壁型微腔与FP型微腔均为叠层结构，FP型微腔由下到上依次包括N型限制层、波导芯层、腐蚀阻挡层、有源层、P型限制层、P型盖层、上接触层和P面电极；回音壁型微腔由下到上依次包括N型限制层、波导芯层、腐蚀阻挡层、P型限制层、P型盖层、上接触层和P面电极；在回音壁型微腔中，腐蚀阻挡层和P型限制层直接接触。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电子技术领域，尤其涉及一种单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器。
背景技术
随着信息技术的高速发展，互联网中的信息数据呈现出爆炸性的增长，数据通信技术正朝着高速率、大容量及低能耗的方向发展。与传统的电互联技术相比，光网络技术利用光子作为信息载体，能够实现低能耗、低串扰、高带宽和高速率的数据传输，是信息技术进一步发展的优选方案。
相干光通信具有灵敏度高、中继距离长、选择性好、通信容量大等优点，在相干光通信系统中，由于相位噪声会影响载波与本振光之间的同步，引起星座在复平面上抖动和旋转，导致错误判决，引起误码。作为相干光通信系统中的光源，半导体激光器线宽越窄，相位稳定性越好，误码率越低。此外，低噪声的窄线宽半导体激光器在光学原子钟、光学传感、激光雷达及高分辨率光谱学等方面也具有重要应用。
目前，窄线宽半导体激光器通常利用外腔反馈或异质集成高品质因子微腔、微环等的方式实现。基于外腔反馈的窄线宽半导体激光器的增益区和反馈区一般为分立的元件，两者通过透镜或直接对接耦合，工作时易受外界环境，如温度、湿度、震动等的影响。此外，基于外腔反馈的窄线宽半导体激光器要求外腔的反馈强度较大、延时较长，因此其外腔结构具有较大的体积，不利于在相干光通信、光互连、光学传感等中的应用。基于异质集成高品质因子微腔、微环的窄线宽半导体激光器虽然克服了工作稳定性差的缺点，但是制备工艺复杂，需要将硅/Ⅲ-Ⅴ族或氮化硅/Ⅲ-Ⅴ族等进行异质集成，制备成本高、器件体积较大。
因此，有必要发明一种单片集成、小体积、低功耗、低成本的窄线宽半导体激光器。
发明内容
有鉴于此，为了能够至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器。
为了实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器，包括：N面电极；下接触层，形成在N面电极上；N型衬底，形成在下接触层上；耦合腔，形成在N型衬底上，其中，耦合腔包括回音壁型微腔和FP型微腔；其中，回音壁型微腔与FP型微腔均为叠层结构，FP型微腔由下到上依次包括N型限制层、波导芯层、腐蚀阻挡层、有源层、P型限制层、P型盖层、上接触层和P面电极；回音壁型微腔由下到上依次包括N型限制层、波导芯层、腐蚀阻挡层、P型限制层、P型盖层、上接触层和P面电极；在回音壁型微腔中，腐蚀阻挡层和P型限制层直接接触。
根据本发明的实施例，其中，回音壁型微腔和FP型微腔中每一个的波导芯层均包括低损耗介质。
根据本发明的实施例，其中，回音壁型微腔在N型衬底上的正投影的形状包括以下至少之一：圆盘型、圆环形、椭圆形、多边形、弧边多边形。
根据本发明的实施例，其中，回音壁型微腔在N型衬底上的正投影的形状可以为弧边四边形。
根据本发明的实施例，其中，弧边四边形的变形量为δ，其中，
a为直边边长。
根据本发明的实施例，其中，回音壁型微腔具有规定的反射率，光从FP型微腔进入回音壁型微腔后，在回音壁型微腔中经过一定的光程后能够部分返回FP型微腔中，形成耦合模式。
根据本发明的实施例，其中，FP型微腔在N型衬底上的正投影的形状包括条状。
根据本发明的实施例，一种单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器，还包括：在FP型微腔和回音壁型微腔的耦合处的P型盖层上表面设置有电隔离槽。
基于上述技术方案可知，本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
(1)通过本发明提供的单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器，回音壁型微腔设计在无源区，减小了有源区体积，减少自发辐射产生的光子数，降低自发发射噪声；FP型微腔设计在有源区，通过电注入提供足够的增益；
(2)本发明提供的单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器是通过有源增益介质和无源低损耗介质混合集成，将回音壁型微腔设计为低损耗介质的无源微腔，利用高品质因子的回音壁型微腔提高谐振腔的模式光子数。
(3)本发明提供的单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器，基于低损耗介质的高品质因子回音壁型微腔和低损耗介质的波导芯层，有效降低载流子对光子的吸收，保持模式的高品质因子，减小光场在有源层的光限制比例，实现耦合腔半导体激光器线宽的压窄。
(4)本发明提供的单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器中，FP型微腔与回音壁型微腔通过有源无源集成技术直接对接，实现高效稳定耦合，工作稳定性好。
(5)本发明提供的单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器不需要外腔结构进行反馈，克服了工作稳定性差的缺点，与异质集成氮化硅微腔的窄线宽半导体激光器相比，该单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器具有体积小、制备工艺简单、成品率高、成本低等优点，在相干光通信、光学传感、激光雷达及高分辨率光谱学等方面具有重要应用。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明实施例的单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器立体结构示意图；
图2示意性示出了本发明实施例中回音壁型微腔在N型衬底上的正投影的形状为弧边四边形时，通过仿真得到的变形量δ与Q值的变化关系；
图3(a)示意性示出了根据本发明实施例回音壁型微腔在N型衬底上的正投影的形状为弧边四边形时，通过有限元方法仿真Q值与δ关系及模场分布的模型示意图，图3(b)示意性示出了弧边四边形的结构参数；
图4示意性示出了根据有限元方法计算得到的弧边四边形-FP耦合腔的基模模式场分布；
图5示意性示出了弧边四边形-FP耦合腔不同模式对应的品质因子；
图6示意性示出了根据有限元法计算得到的角向直连波导的弧边四边形反射率谱；
图7(a)示意性示出了当回音壁型微腔与FP型微腔均为有源腔时，回音壁型微腔注入电流20mA，FP型微腔注入电流100mA，在其他参数不变的条件下，计算了品质因子分别为5×103、1×104和5×104时的频率噪声谱；图7(b)为回音壁型微腔注入电流20mA，FP型微腔注入电流100mA，FP型微腔中的模式限制因子分别为0.3、0.4、0.5和0.7计算得到的频率噪声谱；
图8示意性示出了当回音壁型微腔为无源腔、FP型微腔为有源腔时，FP腔注入电流为100mA，品质因子为3×104时，计算得到的频率噪声谱。
【附图标记说明】
101-N面电极；102-下接触层；103-N型衬底；104-N型限制层；105-波导芯层；106-腐蚀阻挡层；107-有源层；108-P型限制层；109-P型盖层；110-上接触层；111-P面电极；201-回音壁型微腔；202-电隔离槽；203-FP型微腔。
具体实施方式
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，对本发明作进一步的详细说明。
回音壁微腔半导体激光器利用光线在微腔界面的全内反射形成谐振，具有高品质因子、小模式体积、低阈值激射、易于集成等优点，在光子集成、光互连、光学传感、光通信等领域具有重要的应用前景。但是回音壁微腔激光器也存在明显的缺点，由于其具有旋转对称性，难以实现定向出射，与传统激光器相比，回音壁微腔半导体激光器输出功率较低(微瓦量级)。基于耦合腔的法布里-珀罗半导体激光器，利用游标效应，通过将两个结构或尺寸不同的腔体耦合起来，不仅能够实现高效的单模定向出射，而且能够实现波长可调谐，但是线宽较宽，通常在数十兆赫兹量级以上，限制了其在相干光通信、光学原子钟、光学传感、激光雷达等领域的应用。
因此，本发明针对上述发现的技术问题提出了一种单片集成的窄线宽耦合腔半导体激光器，根据半导体激光器的线宽理论，半导体激光器线宽主要来源有两个方面，一是自发发射引起的本征线宽，二是载流子密度抖动引起的线宽展宽。
为此，本发明的实施例提供了一种单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器。
下面示意性举例说明设计的单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器。需要说明的是，该举例说明只是本发明的具体实施例，并不能限制本发明的保护范围。
图1示意性示出了根据本发明实施例的单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器立体结构示意图。
如图1所示，该单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器包括：N面电极101；下接触层102，形成在N面电极101上；N型衬底103，形成在下接触层102上；耦合腔，形成在N型衬底103上，其中，耦合腔包括回音壁型微腔201和FP型微腔203；其中，回音壁型微腔201与FP型微腔203均为叠层结构，FP型微腔203由下到上依次包括N型限制层104、波导芯层105、腐蚀阻挡层106、有源层107、P型限制层108、P型盖层109、上接触层110和P面电极111；回音壁型微腔201由下到上依次包括N型限制层104、波导芯层105、腐蚀阻挡层106、P型限制层108、P型盖层109、上接触层110和P面电极111；在回音壁型微腔201中，腐蚀阻挡层106和P型限制层108直接接触。
根据本发明的实施例，回音壁型微腔201设计在无源区，减小了有源区体积，减少自发辐射产生的光子数，降低自发发射噪声；FP型微腔203设计在有源区，通过电注入提供足够的增益。
根据本发明的实施例，回音壁型微腔201和FP型微腔203中每一个的波导芯层105均包括低损耗介质。
根据本发明的实施例，波导芯层105处于腐蚀阻挡层的下层，回音壁型微腔201和FP型微腔203中均存在波导芯层105，而且两腔中的波导芯层105直接相连，波导芯层105为低损耗介质，波导芯层105降低了一部分限制因子。
根据本发明的实施例，回音壁型微腔201在N型衬底103上的正投影的形状可以为弧边四边形。
根据本发明的实施例，回音壁型微腔201在N型衬底103上的正投影的形状的变形量为δ，其中，
a为直边边长。当δ等于0时为正方形，当δ等于
时为圆形。
根据本发明的另一实施例，回音壁型微腔201在N型衬底103上的正投影的形状包括以下至少之一：圆盘型、圆环形、椭圆形、多边形、弧边多边形。
需要说明的是，回音壁型微腔在N型衬底上的正投影的形状可以不局限于上述限定，要求回音壁微腔具有高品质因子，且反射率足够高以便于与FP腔耦合。
根据本发明的实施例，变形量δ与品质因子Q值并没有递增的关系，变形量的选择需要通过仿真来确定(如图2所示是回音壁型微腔在N型衬底上的正投影的形状为弧边四边形时，仿真得到的变形量与Q值的变化关系)，而且并非变形量越大越好，还要考虑回音壁型微腔形状的反射率，实现回音壁型微腔与FP型微腔的高效耦合。
根据本发明的实施例，回音壁型微腔201具有规定的反射率，光从FP型微腔203进入回音壁型微腔201后，在回音壁型微腔201中经过一定的光程后能够部分返回FP型微腔203中，形成耦合模式。
根据本发明的实施例，通过调控回音壁型微腔201的结构参数例如变形量δ和直边边长a，可以实现极高的品质因子，提高谐振腔的模式光子数，降低光限制因子，抑制自发发射噪声；还可以使耦合腔保持高品质因子的同时提高耦合强度，获得低损耗高耦合输出效率模式。
根据本发明的实施例，FP型微腔203在N型衬底103上的正投影的形状包括条状。
根据本发明的实施例，FP型微腔203为有源区，用于提供足够的增益，其长度和宽度应以实际需求为准，例如要提高功率可以加长其长度，再例如设计不同波段的激光器，FP型微腔203和回音壁微腔201的尺寸都要进行相应的变化以满足实际应用的需求。
根据本发明的实施例，FP型微腔203为增益介质的有源腔，FP型微腔203作为主腔，通过电流注入为激光器提供光子，回音壁微腔201与FP型微腔203的第一端(也即FP型微腔203最左边，与回音壁型微腔201接触的一端)相连，作为一个反射端面，可以通过电流注入调节折射率实现选模的作用。FP型微腔203第二个端面为解理面(也即FP型微腔203最右边)，作为另一个反射端面，实现激光器的谐振和高效输出。
根据本发明的实施例，一种单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器，还包括：在FP型微腔203和回音壁型微腔201的耦合处的P型盖层109上表面设置有电隔离槽202，确保可以分别对FP型微腔203和回音壁型微腔201进行电流控制。
根据本发明的实施例，回音壁型微腔为无源微腔，它与FP型微腔的叠层结构的区别是：回音壁型微腔不含有源层，为低损耗微腔；回音壁型微腔中的波导芯层降低了一部分限制因子，回音壁型微腔为无源结构进一步降低限制因子，而且占主要部分；这是由于光限制比例是光子在有源区体积和光子总体积之比，把回音壁型微腔设置在无源区，光子的所占空间增大；另一方面，与回音壁型微腔为有源区的耦合腔相比，回音壁型微腔从有源变为无源，有源区体积减小；结合这两方面，限制因子会显著降低。因此，基于低损耗介质的高品质因子回音壁型微腔和低损耗介质的波导芯层，可以减小光场在有源层的光限制比例。
图3(a)示意性示出了根据本发明实施例回音壁型微腔在N型衬底上的正投影的形状为弧边四边形时，通过有限元方法仿真Q值与δ关系及模场分布的模型示意图，其中，腔体部分设置折射率3.2，腔体周围通过BCB进行限制，BCB折射率为1.54，腔体右侧端面为出光面，出光面通过空气限制，空气折射率为1，PML为完美匹配层，图3(b)示意性示出了弧边四边形的结构参数。
如图3(a)所示的腔体，弧边四边形是通过将正方形的直边圆弧化得到，如图3(b)所示，a为直边长度，r为弧边对应半径，δ定义为变形量，其长度为弧边中点与直边中点对应线段的距离。回音壁型微腔利用光线的全内反射形成回音壁模式，弧边能够增强对光线的汇聚能力，提高回音壁微腔品质因子。
通过建立图3(a)所示的模型示意图，可以利用有限元方法计算弧边四边形-FP耦合腔的模场及品质因子，其中例如可以设置弧边四边形边长a为15μm，变形量δ为0.375μm，FP腔长度L为300μm，FP腔宽度w为1.5μm，腔体、苯并环丁烯(BCB)和空气的折射率分别设为3.2、1.54和1，但不限于此。
图4示意性示出了根据有限元方法计算得到的弧边四边形-FP耦合腔的基模模式场分布；图5示意性示出了弧边四边形-FP耦合腔不同模式对应的品质因子。
如图4所示，弧边四边形微腔中模场强度远大于FP型微腔中的模场，表明弧边四边形可以储存大量光子，提高模式光子数。
如图5所示，通过有限元方法计算得到的弧边四边形-FP耦合腔不同模式的品质因子，其中基模品质因子能够达到108以上。
图6示意性示出了根据有限元法计算得到的角向直连波导的弧边四边形反射率谱。
如图6所示，根据有限元法计算得到的角向直连波导的弧边四边形反射率谱，仿真所用的步长为0.01nm，在1530nm到1570nm范围内，反射率最大约为0.28。通过设计回音壁微腔的结构参数，在尽量保持微腔高本征品质因子的同时，进一步提高弧边四边形反射率，获得低损耗高耦合输出效率模式；同时，通过设计回音壁微腔结构参数并利用其选模作用，实现单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器单模激射。
图7(a)示意性示出了当回音壁型微腔与FP型微腔均为有源腔时，回音壁型微腔注入电流20mA，FP型微腔注入电流100mA，在其他参数不变的条件下，计算了品质因子分别为5×103、1×104和5×104时的频率噪声谱；图7(b)为回音壁型微腔注入电流20mA，FP型微腔注入电流100mA，FP型微腔中的模式限制因子分别为0.3、0.4、0.5和0.7计算得到的频率噪声谱；图8示意性示出了当回音壁型微腔为无源腔、FP型微腔为有源腔时，FP腔注入电流为100mA，品质因子为3×104时，计算得到的频率噪声谱。
如图7所示，可以根据二极管激光器线宽理论，激光器线宽等于零频处的频率噪声乘以圆周率，通过建立速率方程模型计算全有源回音壁-FP耦合腔的频率噪声与品质因子(Q)、FP型微腔中的模式限制因子(γ)之间的关系。当回音壁型微腔与FP型微腔均为有源腔时，对两腔分别进行电注入，回音壁型微腔注入电流20mA，FP型微腔注入电流100mA，在其他参数不变的条件下，计算了品质因子分别为5×103、1×104和5×104时的频率噪声谱，如图7(a)所示，随着品质因子增大，零频处的频率噪声越小，激光器线宽越窄，当品质因子为5×104时，激光器线宽为170.4kHz。如图7(b)所示，在回音壁型微腔注入电流20mA，FP型微腔注入电流100mA，FP腔中的模式限制因子分别为0.3、0.4、0.5和0.7计算得到的频率噪声谱中，随限制因子减小，零频处的频率噪声降低，对应的激光器线宽减小。
根据本发明实施例，通过对全有源回音壁-FP耦合腔的计算分析，可以提出一种新型的耦合腔设计，通过有源增益介质和无源低损耗介质的混合集成，将一个具有高品质因子的无源回音壁型微腔与一个有源FP型微腔相连形成一种混合型耦合腔，基于低损耗介质的高品质因子回音壁型微腔，减小光场在有源层的光限制比例；通过将回音壁型微腔设计在无源区，减小了有源区体积，减少自发辐射产生的光子数，降低自发发射噪声；利用高品质因子回音壁型微腔提高了谐振腔的模式光子数。通过速率方程模型，可以计算这种新型耦合腔的频率噪声谱，如图8所示，当FP型微腔注入电流为100mA，品质因子为3×104时，激光器线宽为33.3kHz，与全有源回音壁-FP耦合腔相比，这种有源无源集成的耦合腔激光器能够实现线宽的大幅度压窄。
根据本发明的实施例，本发明提供的单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器不需要外腔结构进行反馈，克服了工作稳定性差的缺点，与异质集成氮化硅微腔的窄线宽半导体激光器相比，该单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器具有体积小、制备工艺简单、成品率高、成本低等优点，在相干光通信、光学传感、激光雷达及高分辨率光谱学等方面具有重要应用。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面发明的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
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 (8)
1.一种单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器，其特征在于，包括：
N面电极；
下接触层，形成在所述N面电极上；
N型衬底，形成在所述下接触层上；
耦合腔，形成在所述N型衬底上，其中，所述耦合腔包括回音壁型微腔和FP型微腔；
其中，所述回音壁型微腔与所述FP型微腔均为叠层结构，所述FP型微腔由下到上依次包括N型限制层、波导芯层、腐蚀阻挡层、有源层、P型限制层、P型盖层、上接触层和P面电极；所述回音壁型微腔由下到上依次包括N型限制层、波导芯层、腐蚀阻挡层、P型限制层、P型盖层、上接触层和P面电极；在所述回音壁型微腔中，所述腐蚀阻挡层和所述P型限制层直接接触。
2.根据权利要求1所述的单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器，其特征在于，所述回音壁型微腔和所述FP型微腔中每一个的波导芯层均包括低损耗介质。
3.根据权利要求1所述的单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器，其特征在于，所述回音壁型微腔在所述N型衬底上的正投影的形状包括以下至少之一：圆盘型、圆环形、椭圆形、多边形、弧边多边形。
4.根据权利要求1所述的单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器，其特征在于，所述回音壁型微腔在所述N型衬底上的正投影的形状为弧边四边形。
5.根据权利要求4所述的单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器，其特征在于，所述弧边四边形的变形量为δ，其中，
a为直边边长。
6.根据权利要求1所述的单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器，其特征在于，所述回音壁型微腔具有规定的反射率，光从所述FP型微腔进入所述回音壁型微腔后，在所述回音壁型微腔中经过一定的光程后能够部分返回所述FP型微腔中，形成耦合模式。
7.根据权利要求1所述的单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器，其特征在于，所述FP型微腔在所述N型衬底上的正投影的形状包括条状。
8.根据权利要求1所述的单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器，其特征在于，还包括：
在所述FP型微腔和所述回音壁型微腔的耦合处的所述P型盖层上表面设置有电隔离槽。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111324707.4A CN114050473A (zh) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | 单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111324707.4A CN114050473A (zh) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | 单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114050473A true CN114050473A (zh) | 2022-02-15 |
Family
ID=80208159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111324707.4A Pending CN114050473A (zh) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | 单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114050473A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4794608A (en) * | 1984-03-06 | 1988-12-27 | Matsushita Electric Inductrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
| CN104868359A (zh) * | 2015-06-08 | 2015-08-26 | 中国科学院半导体研究所 | 基于耦合腔的单模高速调制法布里-珀罗半导体激光器 |
| CN109638645A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-16 | 中国科学院半导体研究所 | 可调谐耦合腔半导体激光器 |
| CN111064074A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-24 | 武汉敏芯半导体股份有限公司 | 高速半导体激光器及其调谐方法 |
| US20200203919A1 (en) * | 2017-11-16 | 2020-06-25 | Taiyuan University Of Technology | Monolithic Integrated Semiconductor Random Laser |
-
2021
- 2021-11-10 CN CN202111324707.4A patent/CN114050473A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4794608A (en) * | 1984-03-06 | 1988-12-27 | Matsushita Electric Inductrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
| CN104868359A (zh) * | 2015-06-08 | 2015-08-26 | 中国科学院半导体研究所 | 基于耦合腔的单模高速调制法布里-珀罗半导体激光器 |
| US20200203919A1 (en) * | 2017-11-16 | 2020-06-25 | Taiyuan University Of Technology | Monolithic Integrated Semiconductor Random Laser |
| CN109638645A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-16 | 中国科学院半导体研究所 | 可调谐耦合腔半导体激光器 |
| CN111064074A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-24 | 武汉敏芯半导体股份有限公司 | 高速半导体激光器及其调谐方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6816527B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser | |
| JP4621393B2 (ja) | 表面発光型半導体レーザ及び表面発光型半導体レーザの製造方法 | |
| JP4819290B2 (ja) | レーザ装置および製造方法 | |
| JP2012517705A (ja) | ハイブリッド垂直キャビティレーザー | |
| Mawst et al. | Design optimization of ARROW-type diode lasers | |
| JP4602685B2 (ja) | 垂直共振器型面発光半導体レーザ素子および発光装置および光伝送システム | |
| Lang et al. | Advances in narrow linewidth diode lasers | |
| CN112421378B (zh) | 一种半导体激光器 | |
| KR20140057536A (ko) | 레이저 소자 | |
| CN106575855B (zh) | 一种垂直腔面发射激光器vcsel | |
| JP3219823B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| CN112993752B (zh) | 垂直腔面发射激光器及其制备方法 | |
| CN109638645B (zh) | 可调谐耦合腔半导体激光器 | |
| WO2024067760A1 (zh) | 一种集成激光器及其制备方法 | |
| JP2006237648A (ja) | 面発光型半導体レーザ | |
| CN218070544U (zh) | 一种集成激光器 | |
| JP2004519106A (ja) | 光学的にポンピングされる面発光型半導体レーザ装置および該装置の製造方法 | |
| US8995482B1 (en) | High energy semiconductor laser | |
| CN115986559A (zh) | 回音壁-fp-侧向光栅耦合腔半导体激光器 | |
| CN114050473A (zh) | 单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器 | |
| KR100404043B1 (ko) | 수직으로 집적화된 고출력 면발광 반도체 레이저 장치 및그 제조 방법 | |
| CN114188819B (zh) | 一种1342纳米波长大功率微结构dfb激光器 | |
| KR20080098574A (ko) | 장파장 표면 방출 레이저 소자 및 그 제조 방법 | |
| CN113285348A (zh) | 单芯片窄线宽半导体激光器及其制备方法 | |
| CN110277731B (zh) | 一种iii-v族硅基低折射率缝隙结构dbr激光器及集成方法 |
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 |