光子晶体波导分布反馈激光器及制作方法
专利汇可以提供光子晶体波导分布反馈激光器及制作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种平面型 光子 晶体 波导 分布反馈 激光器 ，其中包括：一衬底；一过渡层用金属 有机化学 气相淀积方法生长在衬底上；一InGaAsP下势垒层生长在过渡层上；一多 量子阱 有源区生长在InGaAsP下势垒层上；一InGaAsP上势垒层生长在多量子阱有源区上；该下势垒层、量子阱有源区、上势垒层三层构成激光器的波导区；一一维λ/4 相移 光栅用 电子 束曝光和反应离子 刻蚀 的方法刻蚀在InGaAsP上势垒层上；一InP包层生长在一维λ/4相移光栅上；一InGaAs欧姆 接触 层生长在InP包层上；一二维光子晶体制作在InGaAs 欧姆接触 层上面的两侧；一 电极 制作在InGaAs欧姆接触层的中间；解理成单个管芯。，下面是光子晶体波导分布反馈激光器及制作方法专利的具体信息内容。
1.一种平面型光子晶体波导分布反馈激光器，其特征在于，其中包 括：
一衬底；
一过渡层，该过渡层用金属有机化学气相淀积方法生长在衬底上；
一InGaAsP下势垒层，该InGaAsP下势垒层生长在过渡层上；
一多量子阱有源区，该多量子阱有源区生长在InGaAsP下势垒层上；
一InGaAsP上势垒层，该InGaAsP下势垒层生长在多量子阱有源区上； 该下势垒层、量子阱有源区、上势垒层三层构成激光器的波导区；
一一维λ/4相移光栅，该一维λ/4相移光栅用电子束曝光和反应离 子刻蚀的方法刻蚀在InGaAsP上势垒层上；
一InP包层，该InP包层生长在一维λ/4相移光栅上；
一InGaAs欧姆接触层，该InGaAs欧姆接触层生长在InP包层上；
一二维光子晶体，该二维光子晶体制作在InGaAs欧姆接触层上面的 两侧；
一电极，该电极制作在InGaAs欧姆接触层的中间。
2.如权利要求1所述的平面型光子晶体波导分布反馈激光器，其特 征在于，其中所述的一维λ/4相移光栅是先用反应离子刻蚀或感应耦合 等离子体刻蚀出深度20-30nm深度的光栅图样，然后用湿法腐蚀法再 腐蚀30-40nm深度的光栅图样，整个光栅为深度60-70nm的近似 正弦型光栅。
3.如权利要求1所述的平面型光子晶体波导分布反馈激光器，其特 征在于，其中所述的二维光子晶体，是三角晶格或是正方晶格。
4.如权利要求4所述的平面型光子晶体波导分布反馈激光器，其特 征在于，其中所述的二维光子晶体的晶格常数为500-700nm、孔半 径为200-280nm。
5.如权利要求1所述的平面型光子晶体波导分布反馈激光器，其特 征在于，其中所述的光子晶体波导是直波导或弯曲波导或Y分支波导。
6.如权利要求5所述的平面型光子晶体波导分布反馈激光器，其特 征在于，其中所述的光子晶体波导是直波导时，长度为200-300μm。
7.一种平面型光子晶体波导分布反馈激光器的制作方法，其特征在 于，包括如下步骤：
步骤1：在衬底上用金属有机化学气相淀积方法生长一层过渡层；
步骤2：在过渡层上生长InGaAsP下势垒层；
步骤3：在InGaAsP下势垒层上生长多量子阱有源区；
步骤4：在多量子阱有源区上生长InGaAsP上势垒层；该下势垒层、 量子阱有源区、上势垒层三层构成激光器的波导区；
步骤5：用电子束曝光和反应离子刻蚀的方法在InGaAsP上势垒层上 刻蚀一维λ/4相移光栅；
步骤6：在一维λ/4相移光栅上生长InP包层；
步骤7：在InP包层上生长一层InGaAs欧姆接触层；
步骤8：在InGaAs欧姆接触层上面的两侧采用电子束曝光和反应离 子刻蚀的方法制作二维光子晶体，并在中间的InGaAs欧姆接触层上制作 电极；
步骤9：最后，对晶片进行清洗、抛光。
8.如权利要求7所述的平面型光子晶体波导分布反馈激光器的制作 方法，其特征在于，其中步骤5中的一维λ/4相移光栅是先用反应离子 刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀出深度20-30nm深度的光栅图样，然后 用湿法腐蚀法再腐蚀30-40nm深度的光栅图样，整个光栅为深度60- 70nm的近似正弦型光栅。
9.如权利要求7所述的平面型光子晶体波导分布反馈激光器的制作 方法，其特征在于，其中使用电子束曝光和反应离子刻蚀或感应耦合等离 子体刻蚀制作孔阵列二维光子晶体，是三角晶格或是正方晶格。
10.如权利要求7所述的平面型光子晶体波导分布反馈激光器的制 作方法，其特征在于，其中步骤8中的二维光子晶体的晶格常数为500 -700nm、孔半径为200-280nm。
11.如权利要求7所述的平面型光子晶体波导分布反馈激光器的制 作方法，其特征在于，其中光子晶体波导是直波导或弯曲波导或Y分支波 导。
12.如权利要求7所述的平面型光子晶体波导分布反馈激光器的制 作方法，其特征在于，其中光子晶体波导是直波导时，长度为200-3 00μm。
技术领域
本发明设计一种平面型光子晶体波导分布反馈激光器，具体是指在 InP基材料中制作掩埋型一维λ/4相移光栅，刻蚀二维孔阵列光子晶体形 成横向波导结构的一种光子晶体波导激光器。
背景技术
制作高Q值、小模体积纳米尺寸的半导体激光器是集成光学中的一个 重要的研究领域，由于光子晶体所具有的特殊性质从而吸引人们制作各种 类型的光子晶体激光器。有两种不同工作原理的二维量子阱光子晶体激光 器，一种是基于光子晶体光子禁带和缺陷局域特性，在二维光子晶体上制 作缺陷形成微腔的谐振腔光子晶体激光器，微腔的直径只有波长量级，体 积只是(λ/2n)3的若干倍(λ为激射波长，n为折射率)，Q值可达到 106，激光器可在室温下以极低的阈值运转。另一种是二维光子晶体带边 激光器，能带带边的光模群速度变慢甚至为零，光子模密度变大、寿命变 长，激光器阈值与光子寿命成反比，与Q值成正比，利用这一性质可制作 阈值更小的光子晶体带边激光器。
分布反馈(DFB)激光器在半导体内部制作掩埋型一维布拉格光栅， 依靠光栅的反馈选择工作波长，能够在高速调制下仍能保持单纵模工作， 能够在更宽的工作温度和工作电流范围内抑制模式跳变，大大改善噪声特 性。
传统的分布反馈(DFB)激光器是在器件表面制作脊型波导实现光场 的横向控制，利用光子晶体波导对光场优越的横向限制能力制作横向波导 结构，可实现性能更加优良的分布反馈(DFB)激光器。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供一种平面型光子晶体波导分布反馈激光 器，其特征在于，其中包括：
一衬底；
一过渡层，该过渡层用金属有机化学气相淀积方法生长在衬底上；
一InGaAsP下势垒层，该InGaAsP下势垒层生长在过渡层上；
一多量子阱有源区，该多量子阱有源区生长在InGaAsP下势垒层上；
一InGaAsP上势垒层，该InGaAsP下势垒层生长在多量子阱有源区上； 该下势垒层、量子阱有源区、上势垒层三层构成激光器的波导区；
一一维λ/4相移光栅，该一维λ/4相移光栅用电子束曝光和反应离 子刻蚀的方法刻蚀在InGaAsP上势垒层上；
一InP包层，该InP包层生长在一维λ/4相移光栅上；
一InGaAs欧姆接触层，该InGaAs欧姆接触层生长在InP包层上；
一二维光子晶体，该二维光子晶体制作在InGaAs欧姆接触层上面的 两侧；
一电极，该电极制作在InGaAs欧姆接触层的中间。
其中所述的一维λ/4相移光栅是先用反应离子刻蚀或感应耦合等离 子体刻蚀出深度20-30nm深度的光栅图样，然后用湿法腐蚀法再腐蚀 30-40nm深度的光栅图样，整个光栅为深度60-70nm的近似正弦 型光栅。
其中所述的二维光子晶体，是三角晶格或是正方晶格。
其中所述的二维光子晶体的晶格常数为500-700nm、孔半径为 200-280nm。
其中所述的光子晶体波导是直波导或弯曲波导或Y分支波导。
其中所述的光子晶体波导是直波导时，长度为200-300μm。
本发明提供一种平面型光子晶体波导分布反馈激光器的制作方法，其 特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在衬底上用金属有机化学气相淀积方法生长一层过渡层；
步骤2：在过渡层上生长InGaAsP下势垒层；
步骤3：在InGaAsP下势垒层上生长多量子阱有源区；
步骤4：在多量子阱有源区上生长InGaAsP上势垒层；该下势垒层、 量子阱有源区、上势垒层三层构成激光器的波导区；
步骤5：用电子束曝光和反应离子刻蚀的方法在InGaAsP上势垒层上 刻蚀一维λ/4相移光栅；
步骤6：在一维λ/4相移光栅上生长InP包层；
步骤7：在InP包层上生长一层InGaAs欧姆接触层；
步骤8：在InGaAs欧姆接触层上面的两侧采用电子束曝光和反应离 子刻蚀的方法制作二维光子晶体，并在中间的InGaAs欧姆接触层上制作 电极；
步骤9：最后，对晶片进行清洗、抛光。
其中步骤5中的一维λ/4相移光栅是先用反应离子刻蚀或感应耦合 等离子体刻蚀出深度20-30nm深度的光栅图样，然后用湿法腐蚀法再 腐蚀30-40nm深度的光栅图样，整个光栅为深度60-70nm的近似 正弦型光栅。
其中使用电子束曝光和反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀制作 孔阵列二维光子晶体，是三角晶格或是正方晶格。
其中步骤8中的二维光子晶体的晶格常数为500-700nm、孔半 径为200-280nm。
其中光子晶体波导是直波导或弯曲波导或Y分支波导。
其中光子晶体波导是直波导时，长度为200-300μm。
综上所述，本发明利用光子晶体实现分布反馈(DFB)激光器中横向 波导的新技术方案，通过光子晶体波导限制横向光场，可以获得更加优良 的激光光束形状，有效地降低阈值，提高激光器的电光转换效率。并且能 制作各种腔型、性能优良的谐振腔，实现多光束和大功率输出。
附图说明
为了更清楚地介绍本发明的目的和优点，下文结合实施例、附图来做 进一步的说明，其中：
图1是光子晶体波导分布反馈(DFB)激光器三维结构示意图。
图2是光子晶体波导色散关系图。
图3是光子晶体波导TE偏振传导模A的Hy分量在传播平面上的分布 图。
具体实施方式
一衬底101；
一过渡层101′，该过渡层101′用金属有机化学气相淀积方法 生长在衬底101上；
一InGaAsP下势垒层102，该InGaAsP下势垒层102生长在过渡 层101′上；
一多量子阱有源区103，该多量子阱有源区103生长在InGaAsP 下势垒层102上；
一InGaAsP上势垒层104，该InGaAsP下势垒层104生长在多量 子阱有源区103上；该下势垒层102、量子阱有源区103、上势垒 层104三层构成激光器的波导区；
一一维λ/4相移光栅108，该一维λ/4相移光栅108用电子束 曝光和反应离子刻蚀的方法刻蚀在InGaAsP上势垒层104上；该一维λ /4相移光栅108是先用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀出深度 20-30nm深度的光栅图样，然后用湿法腐蚀法再腐蚀30-40nm深 度的光栅图样，整个光栅为深度60-70nm的近似正弦型光栅；
一InP包层105，该InP包层105生长在一维λ/4相移光栅1 08上；
一InGaAs欧姆接触层106，该InGaAs欧姆接触层106生长在InP 包层105上；
一二维光子晶体107，该二维光子晶体107制作在InGaAs欧姆 接触层106上面的两侧；该二维控阵列光子晶体波导，是三角晶格或是 正方晶格；该二维光子晶体107的晶格常数为500-700nm、孔半 径为200-280nm；
一电极109，该电极109制作在InGaAs欧姆接触层106的中 间。
所述的光子晶体波导是直波导或弯曲波导或Y分支波导；该光子晶体 波导是直波导时，长度为200-300μm。
请再参阅图1，本发明一种平面型光子晶体波导分布反馈激光器的制 作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在衬底101上用金属有机化学气相淀积方法生长一层过渡 层101′；
步骤2：在过渡层101′上生长InGaAsP下势垒层102；
步骤3：在InGaAsP下势垒层102上生长多量子阱有源区103；
步骤4：在多量子阱有源区103上生长InGaAsP上势垒层104； 该下势垒层102、量子阱有源区103、上势垒层104三层构成激光 器的波导区；
步骤5：用电子束曝光和反应离子刻蚀的方法在InGaAsP上势垒层1 04上刻蚀一维λ/4相移光栅108；该一维λ/4相移光栅108是先 用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀出深度20-30nm深度的光栅 图样，然后用湿法腐蚀法再腐蚀30-40nm深度的光栅图样，整个光栅 为深度60-70nm的近似正弦型光栅；该二维光子晶体107的晶格常 数为500-700nm、孔半径为200-280nm；
步骤6：在一维λ/4相移光栅108上生长InP包层105；
步骤7：在InP包层105上生长一层InGaAs欧姆接触层106；
步骤8：在InGaAs欧姆接触层106上面的两侧采用电子束曝光和 反应离子刻蚀的方法制作二维光子晶体107，并在中间的InGaAs欧姆 接触层106上制作电极109；
步骤9：最后，对晶片进行清洗、抛光、解理成单个管芯。
其中使用电子束曝光和反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀制作 孔阵列二维控阵列光子晶体波导，是三角晶格或是正方晶格；该光子晶体 波导是直波导或弯曲波导或Y分支波导。
其中光子晶体波导是直波导时，长度为200-300μm。
实施例
图1示意出整个器件的结构图。其中101层是InP衬底和过渡层， 102是InGaAsP下势垒层，103是多量子阱(MQW)有源区，104 是InGaAsP上势垒层，该102、103、104三层构成激光器的波导 区。在InGaAsP上势垒层104刻蚀一维λ/4相移光栅108，使用的 方法和工艺参数如前所述。完成一维λ/4相移光栅108的制作之后， 在InGaAsP上势垒层104继续生长InP包层105，在InP包层105 上生长一层InGaAs欧姆接触层106。使用使用电子束曝光(EBL)和反 应离子刻蚀(RIE)制作孔阵列二维控阵列光子晶体波导，具体的参数如 前所述。使用HCl∶H2O溶液(摩尔比4∶1)，在0℃的条件下腐蚀出空气 桥(Air-bridge)结构，这一腐蚀还可以将控阵列的边壁粗糙度降低，减 小光的散射损耗。最后，制作下电极和上电极109。
传统的使用脊型波导结构的DFB激光器，其模场不规则分布，造成输 出光斑质量下降，从图1可以看出，制作光子晶体形成横向波导的平面型 DFB激光器，其模场对称分布，激光器输出光斑质量将会得到明显改善。
图2是用平面波展开(PWE)法计算的光子晶体波导TE偏振模色散关 系图，从图中可以清楚地看到两个带隙，在上面的能带中指示出了A、B 两个缺陷模式。尽管光子晶体波导支持两个模式，但仍然可获得高透射率。
图3是用平面波展开(PWE)法计算的光子晶体波导TE偏振传导模A 的Hy分量在传播平面上的分布图，从图中可以看出，模式A是一个束缚模， 被约束在波导中传播。光子晶体带隙对光场的横向限制能力比脊型波导折 射率导引更加出色，因此能制作各种腔型、性能优良的谐振腔，实现多光 束和大功率输出。
虽然参照上述实施例详细地描述了本发明，但是应该理解本发明并不 限于所公开的实施例，对于本专业领域的技术人员来说，可对其形式和细 节进行各种改变。本发明意欲涵盖所附权利要求书的精神和范围内的各种 变形。
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