[发明专利]带有光子晶体反射面和垂直出射面的FP腔激光器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件技术领域，尤其涉及一种带有光子晶体反射面和垂直出射面的FP腔激光器。

背景技术

光子晶体是一种介电常数周期性变化的新型光学材料。它独有的“光子带隙”(PBG)使其在激光器的应用中有着特殊的地位，它能抑制自发辐射产生频率处于带隙中的光子的几率。当光子晶体中加入某种缺陷后，带隙中有可能出现频宽很窄的缺陷态，这样自发辐射产生频率处于缺陷态的光子的几率不受抑制，而该频率附近的自发辐射也有向该频率转化的几率，这相当于缺陷态的自发辐射被增强了。通过对光子晶体的设计，可以将激光器的激射频率设定在缺陷态频率，这样能大大提高激光器的自发辐射因子。

随着研究的深入与应用需求的多样化，面发射光子晶体激光器越来越多的受到人们的关注，其中有一种带边面发射光子晶体激光器是利用光子在对称点带边的慢光效应，这样满足了Bragg衍射条件，由于第二序的Gamma点衍射效应，在整个光子晶体区域产生驻波，又因为第一序的Gamma点衍射效应，在垂直于光子晶体平面方向也能发射衍射光。在Bragg条件的限制下，该垂直方向衍射光的性质在光子晶体的驻波区域内处处相同，这样就能得到大面积面发射激光。这种带边面发射光子晶体激光器较容易做成光泵浦激光器，但这样会因为光电转换效率低和散热困难等问题难以做到大功率输出和室温连续激射，且不易于芯片集成；而直接在光子晶体上生长电极来做电注入激光器的方法难以同时做到载流子的均匀注入而不阻挡激光的面发射。如Noda小组制作的该类型的激光器“M.Imada，S.Noda，A.Chutinan，T.Tokuda，M.Murata and G.Sasaki，“Coherent two-dimensional lasing action in surface-emitting laser with triangular-lattice photonic crystal structure，”Appl.Phys.Lett.，vol.75，pp.316，July 1999”，以及他们后续的该系列激光器，均是在光子晶体上方的覆盖层上制作电极，对激光器的性能有一定的影响。

法布里-珀罗激光器(FP-LD)是目前最普通的半导体激光器，它结构简单，工艺成熟，普遍应用于光纤通信技术。FP-LD中存在三个方向的模式：沿激光器输出方向的驻波模为纵模，垂直于有源层方向的为垂直横模，平行于有源层并和输出方向垂直的模式为水平横模。在光通信领域中，至少要求激光器工作在基横模状态。对于FP-LD来说，基横模较容易通过控制激光器有源层的厚度和条宽来实现，常用的结构有掩埋异质结、脊波导等。而纵模控制有一定的困难，FP-LD的长度在数百微米的量级，对应的纵模间距为1nm量级，当有源材料增益谱宽度达100nm的量级时，多纵模激射的可能性相当大。对于一般的FP-LD，当注入电流在阈值电流附近时，可以观察到多个纵模；进一步加大注入电流，由于模式竞争，有可能形成单纵模工作；当对FP-LD进行高速调制时，原有的激射模式就会发生变化，出现多模工作。因此FP-LD不能应用于高速光纤通信系统。除了结构和制作工艺简单、成本低外，FP-LD容易与其他器件集成于衬底上，作为其他器件的光源，且电注入的泵浦方式使整个集成的器件易于实际应用。

如果将光子晶体激光器与FP激光器集成为一个器件，就有可能实现电注入且受到光子晶体调控的激光器。近年来，已有一些研究组进行了这方面的研究，如国立交通大学的Shih-Chieh Huang研究组在“S.C.Huang，T.H.Yang，C.P.Lee，S.D.Lin，“Electrically driven integrated photonic crystal nanocavity coupled surface emitting laser，”Appl.Phys.Lett.，vol.90，pp.151121，April 2007”中报道了将FP激光器与缺陷腔光子晶体激光器集成的器件，并得到了很好的实验结果。

由此可以确定，将带边面发射光子晶体激光器与FP激光器集成为一个器件，具有电注入和带边面发射等特性，是很有价值且实际可行的设计方案。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种带有光子晶体反射面和垂直出射面的FP腔激光器，以解决FP腔、反射区光子晶体和垂直出射区光子晶体的设计与制作问题，达到实现电注入FP腔谐振激射并在光子晶体的调制下从垂直方向出射的目的。

(二)技术方案