专利名称：集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法
技术领域：
本发明涉及半导体光电子器件技术领域，尤其涉及一种集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法。
背景技术：
耦合波导是半导体激光器中常采用的一种用于模式选择的结构。在耦合波导激光器中，通常out of phase (失相)模式具有最高的增益，为优先激射的模式；但失相模式在相邻波导之间场的相位差为n，侧向远场为双峰结构。而耦合波导激光器中的另一种模式 In phase (同相)模式具有单峰的远场，是人们所期望的模式。为了获得同相模式的激射， 人们提出了各种方案，如采用板耦合方法增大失相模式的损耗以抵消其增益优势或是采用选择性的泵浦来改变模式之间的增益差。上述方案都可以改善器件侧向远场特性，但这些结构往往要求波导为弱折射率导引，这不利于器件的稳定性，而且大电流注入下会有其他模式产生，影响远场特性。也有研究人员利用反波导结构实现了折射率差为0. 1下的同相模式的激射，但需要采用多次外延的工艺。耦合波导中失相模式与载流子的分布最匹配，因此是结构中最为稳定的模式，也是获得稳定器件性能的最佳选择。但从远场特性来看最佳的选择却是同相模式，这样器件的稳定性和光束的高质量似乎难以兼顾。如果能够改变失相模式出射时波导之间的相位关系，使之从η变为零，那么失相模式则能够具备同相模式的远场特性，稳定性和高光束质量也能够兼顾。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法，解决耦合波导中失相模式的相位转换问题，达到同时实现稳定和高光束质量的目的。为达到上述目的，本发明提供一种集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法，其中每一单元包括如下步骤步骤1 取一有源砷化镓外延片，该有源砷化镓外延片包括衬底、下限制层、有源层和上限制层；步骤2 在有源砷化镓外延片的上限制层上刻蚀周期性的耦合波导结构；步骤3 在周期性耦合波导结构的表面和衬底的下面分别制备金属电极；步骤4 在耦合波导结构的一侧，制备一光子晶体相位调制器；步骤5 在该光子晶体相位调制器的侧面靠近周期性耦合波导结构的一侧，制备一传输波导，该传输波导为一楔形；步骤6 在该光子晶体相位调制器的表面采用干法刻蚀的方法制备多个空气孔， 形成空气孔阵列，完成集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法。其中所述的耦合波导结构中，只对波导区注入，而波导间隔区以及光场限制区均不做注入。其中所述的空气孔的深度到下限制层内。其中所述的楔形传输波导的夹角为θ ^=tan-，其中入”！！和、分别为耦合
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波导中激射模式的真空波长、模式折射率以及耦合波导的周期。其中耦合波导结构的出射面与传输波导的入射面平行。其中该耦合波导结构与光子晶体相位调制器之间的距离为半个真空波长λ『从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果1、本发明提供的集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法，其是采用二维光子晶体对耦合波导激光器侧模进行调制的方法，利用了光子晶体对光场的自准直效应，可以实现光场的定向输出，能够获得较高质量的光束。2、本发明提供的集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法，这种采用二维光子晶体对耦合波导激光器侧模进行调制的方法，使用的是耦合波导激光器中的失相模式，能够保证激光器的稳定性。
为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中图1为本发明提供的采用二维光子晶体对耦合波导激光器侧模进行相位调制的方法的具体实施示意图。图2为本发明所采用的耦合波导结构的截面图。图3为本发明所要改善的耦合波导中失相模式的近场分布。图4为本发明所要改善的耦合波导中失相模式的远场分布图5为采用二维光子晶体对耦合波导激光器模式进行相位调制后模式的近场分布。图6为采用二维光子晶体对耦合波导激光器模式进行相位调制后模式的近场分布。
具体实施例方式请参阅图1、图2所示，本发明提供的一种集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法，其中每一单元包括如下步骤步骤1 取一有源砷化镓外延片100，该有源砷化镓外延片100包括衬底16、下限制层15、有源层14和上限制层13 ；步骤2 在有源砷化镓外延片100的上限制层13上刻蚀周期性的耦合波导结构 10 ；波导结构10中，只对波导区1注入，而波导间隔区2以及光场限制区3均不做注入；步骤3 在周期性耦合波导结构10的表面和衬底16的下面分别制备金属电极11、 17 ；步骤4:在耦合波导结构10的一侧，制备一光子晶体相位调制器20，耦合波导结构 10与光子晶体相位调制器20之间的距离为半个真空波长λ 0 ；
步骤5 在该光子晶体相位调制器20的侧面靠近周期性耦合波导结构10的一侧，
制备一传输波导6，该传输波导6为一楔形；楔形的夹角为Θ J=tan—1☆其中λ0、η和
ar分别为耦合波导中激射模式的真空波长、模式折射率以及耦合波导的周期。耦合波导结构10的出射面与传输波导6的入射面平行；步骤6 在该光子晶体相位调制器20的表面采用干法刻蚀的方法制备多个空气孔 8，形成空气孔阵列，所述的空气孔8的深度到下限制层15内。完成集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法。本实例中给出了二维光子晶体对九通道耦合波导激光器的侧模调制。本实例采用图1所示的方法，波导结构的周期和条宽分别为λ ^和2 λ 0/3, λ ^为激光在真空中的波长。图3和图4是采用光子晶体调制前的近场图和远场图，从中可知近场的波导之间相位差为η，远场成像双峰特性图5和图6是采用光子晶体调制后的近场图和远场图中可知近场的波导之间相位差为零，远场变为7°的单峰。从实例的结果来看，这种采用二维光子晶体对耦合波导激光器侧模进行调制的方法对耦合波导中失相模式的远场具有极大的改进，因此具有应用价值。以上所述的系统框图和实施电路图，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，所应理解的是，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。
权利要求
1.一种集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法，其中每一单元包括如下步骤步骤1 取一有源砷化镓外延片，该有源砷化镓外延片包括衬底、下限制层、有源层和上限制层；步骤2 在有源砷化镓外延片的上限制层上刻蚀周期性的耦合波导结构； 步骤3 在周期性耦合波导结构的表面和衬底的下面分别制备金属电极； 步骤4 在耦合波导结构的一侧，制备一光子晶体相位调制器； 步骤5 在该光子晶体相位调制器的侧面靠近周期性耦合波导结构的一侧，制备一传输波导，该传输波导为一楔形；步骤6 在该光子晶体相位调制器的表面采用干法刻蚀的方法制备多个空气孔，形成空气孔阵列，完成集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法。
2.根据权利要求1所述的集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法，其中所述的耦合波导结构中，只对波导区注入，而波导间隔区以及光场限制区均不做注入。
3.根据权利要求1所述的集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法，其中所述的空气孔的深度到下限制层内。
4.根据权利要求1所述的集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法，其中所述的楔形传输波导的夹角为0^=tan—1A^其中入。』和\分别为耦合波导中激射模式的真空波长、模式折射率以及耦合波导的周期。
5.根据权利要求1所述的集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法，其中耦合波导结构的出射面与传输波导的入射面平行。
6.根据权利要求1所述的集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法，其中该耦合波导结构与光子晶体相位调制器之间的距离为半个真空波长λ 0。
全文摘要
一种集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法，其中每一单元包括如下步骤步骤1取一有源砷化镓外延片，该有源砷化镓外延片包括衬底、下限制层、有源层和上限制层；步骤2在有源砷化镓外延片的上限制层上刻蚀周期性的耦合波导结构；步骤3在周期性耦合波导结构的表面和衬底的下面分别制备金属电极；步骤4在耦合波导结构的一侧，制备一光子晶体相位调制器；步骤5在该光子晶体相位调制器的侧面靠近周期性耦合波导结构的一侧，制备一传输波导，该传输波导为一楔形；步骤6在该光子晶体相位调制器的表面采用干法刻蚀的方法制备多个空气孔，形成空气孔阵列，完成集成光子晶体相位调制器的耦合波导激光器的制备方法。
文档编号H01S5/20GK102299483SQ20111014804
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者付非亚, 张建心, 渠红伟, 郑婉华, 陈微 申请人:中国科学院半导体研究所