[发明专利]基于金属微腔的半导体激光器及其制作方法

说明书

本发明提供了一种基于金属微腔的半导体激光器及其制作方法，包括第一硅衬底、金属反射镜以及依次设置于所述硅衬底上的环氧树脂层、金属膜、金属层、绝缘介质层、有源层；所述金属反射镜的一端穿过所述有源层及绝缘介质层与所述金属膜抵接，所述金属反射镜的另一端暴露于空气中，所述金属层和金属反射镜组成一金属腔，作为半导体激光器的光学谐振腔。应用本技术方案可实现金属腔损耗小，不仅可以提高微腔的品质因子还可以降低激光的振荡阈值。

技术领域

本发明涉及半导体激光器领域，具体是指一种基于金属微腔的半导体激光器及其制作方法。

背景技术

半导体激光器具有效率高、体积小、重量轻、寿命长、制作简单、成本低等特点；其在激光打印、激光测距、激光雷达、光纤通信、红外照明、大气监视和化学光谱等方面获得了广泛的应用。早期，半导体激光器通常采用光子晶体微腔或在有源层两端镀上多层高反介质膜形成的介质腔作为光学谐振腔。2007年，A.V.Mas l ov和C.Z.N i ng的理论研究结果表明金属腔比介质腔对电磁波模式的局域能力更强，因此他们认为在半导体纳米线上包覆一层金属膜可以减小纳米线激光器的尺寸。另外，金属反射镜所占的体积比多层高反介质膜和光子晶体反射镜所占的体积更小，也有利于半导体激光器尺寸的减小。因此，基于金属微腔的半导体激光器成为了近年来的研究热点。

目前在半导体材料上制作金属腔的最简单的方法是在半导体材料表面覆盖一层金属膜，从而形成金属反射镜。金属反射镜和半导体材料表面上的金属膜共同组成了金属腔，作为激光器的光学谐振腔。这种制作方法虽然简单，但是金属反射镜的高度受限于半导体材料的厚度，导致金属腔的损耗较大，使得激光器的振荡阈值较高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种基于金属微腔的半导体激光器及其制作方法，实现金属腔损耗小，不仅可以提高微腔的品质因子还可以降低激光的振荡阈值。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于金属微腔的半导体激光器，包括第一硅衬底、金属反射镜以及依次设置于所述硅衬底上的环氧树脂层、金属膜、金属层、绝缘介质层、有源层；所述金属反射镜的一端穿过所述有源层及绝缘介质层与所述金属膜抵接，所述金属反射镜的另一端暴露于空气中，所述金属层和金属反射镜组成一金属腔，作为半导体激光器的光学谐振腔。

在一较佳的实施例中，所述绝缘介质层具体为二氟化镁、三氧化二铝、二氧化硅、氟化锂其中之一构成；所述绝缘介质层的厚度为5～100nm。

在一较佳的实施例中，所述绝缘介质层的厚度越厚，光波导模式的传播损耗越小，激光形成的阈值越低。

在一较佳的实施例中，所述有源层具体为半导体纳米片或半导体纳米线。

在一较佳的实施例中，所述半导体纳米片或半导体纳米线具体由硒化镉、硫化镉、氧化锌、砷化镓、铟镓氮和铟镓砷磷中的一种制成；所述半导体纳米片或半导体纳米线的厚度范围为几十到几百纳米。

在一较佳的实施例中，所述金属层厚度范围为50～200nm，所述金属层具体由金属材料制成。

在一较佳的实施例中，所述金属腔的形状具体为平行平面腔、凹凸腔、平凹腔、圆形腔、长方形腔、正多边形腔其中之一。

本发明还提供了一种制作基于金属微腔的半导体激光器的方法，制作出如上述所述的基于金属微腔的半导体激光器；包括如下步骤：

步骤1，首先取两片单晶硅衬底，分别记为所述第一硅衬底和第二硅衬底，进行超声清洗，在洗净干燥后的第二硅衬底上旋涂一层300～600nm厚的PMMA膜，干燥备用；

步骤2，利用微操作系统将所述有源层转移到所述PMMA膜远离所述第二硅衬底的那一面上，并使所述有源层与所述PMMA膜紧密贴合；