一种面发射激光器及其制备方法与流程

本发明实施例涉及激光器，尤其涉及一种面发射激光器及其制备方法。

背景技术：

1、半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件。半导体激光器中的面发射激光器包括光子晶体面发射激光器(photonic crystal surface emittinglaser,pcsel)和拓扑腔面发射激光器(topological cavity surface emitting laser,tcsel)，均具有单模激光模式、发散角小、功率大等优点，在通信和激光雷达等领域具有广阔的应用前景。

2、然而，pcsel和tcsel作为两种新型的半导体激光器，其自身又具有很多局限性，例如光子晶体层和光场的耦合效率较低，使得pcsel或tcsel发光性能受到影响；较低的耦合效率会导致其单模稳定性较差，在高输出功率条件下容易出现多模激射，使得其单模条件下能够达到的最大功率受到限制。因此，如何增大pcsel和tcsel的耦合效率，成为急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种面发射激光器及其制备方法，以提高光子晶体层与光场的耦合效率，提高器件单模稳定性。

2、根据本发明的一方面，提供了一种面发射激光器，包括：

3、下布拉格反射层；

4、有源层，位于所述下布拉格反射层的一侧；

5、光子晶体层，位于所述有源层远离或靠近所述下布拉格反射层的一侧；所述光子晶体层包括二维光子晶体结构或二维狄拉克涡旋结构；

6、其中，所述光子晶体层与所述有源层之间设置有增透层；所述增透层的增透方向为所述有源层指向所述光子晶体层的方向，所述增透层用于增大所述光子晶体层中的光场强度；所述光子晶体层中的光场强度峰值高于所述有源层中的光场强度峰值。

7、可选的，所述光子晶体层的材料为带隙大于光子能量的材料。

8、可选的，所述面发射激光器还包括：上布拉格反射层；位于所述有源层远离所述下布拉格反射层的一侧；所述上布拉格反射层用于增强所述光子晶体层的光场；

9、当所述光子晶体层位于所述有源层远离所述下布拉格反射层的一侧时，所述光子晶体层位于所述上布拉格反射层与所述有源层之间。

10、可选的，激光的出光方向为所述有源层指向所述下布拉格反射层的方向，或所述有源层指向所述上布拉格反射层的方向；

11、当所述激光的出光方向为所述有源层指向所述下布拉格反射层的方向时，所述上布拉格反射层的反射率大于所述下布拉格反射层的反射率；

12、当所述激光的出光方向为所述有源层指向所述上布拉格反射层的方向时，所述下布拉格反射层的反射率大于所述上布拉格反射层的反射率。

13、可选的，所述面发射激光器还包括衬底，所述衬底位于所述下布拉格反射层远离所述有源层的一侧，或者，所述衬底位于所述上布拉格反射层远离所述有源层的一侧。

14、可选的，所述衬底的材料包括gaas，所述光子晶体层的材料包括algaas或gaasp。

15、可选的，所述有源层的个数为多个，相邻的两个有源层之间由隧道结连接。

16、可选的，沿着所述有源层指向所述光子晶体层的方向，所述增透层包括光子晶体层和有源层之间的位于从低折射率到高折射率界面处的第一增透界面，和/或光子晶体层和有源层之间的位于从高折射率到低折射率界面处的第二增透界面；

17、其中，所述第一增透界面与最近的驻波光场的峰值位置的光程距离小于十分之一激射波长；所述第二增透界面与最近的驻波光场的0值位置的光程距离小于十分之一激射波长。

18、可选的，所述增透层包括：

19、多个第一半导体材料层和多个第二半导体材料层；所述第一半导体材料层和所述第二半导体材料层依次交替设置；

20、其中，所述第一半导体材料层与所述第二半导体材料层的数量以及光学厚度相同；所述第一半导体材料层与所述第二半导体材料层的折射率不同。

21、根据本发明的另一方面，提供了一种面发射激光器的制备方法，用于形成本发明任一实施例所述的面发射激光器，包括：

22、在衬底上进行第一次外延生长，形成下布拉格反射层、有源侧、增透层和光子晶体层初始层；

23、在形成所述光子晶体初始层后对所述光子晶体初始层进行刻蚀，形成二位光子晶体结构或二维狄拉克涡旋结构，完成光子晶体层的制备；

24、其中，所述有源层位于所述下布拉格反射层的一侧；所述光子晶体初始层位于所述有源层远离所述下布拉格反射层的一侧，或靠近所述下布拉格反射层的一侧；所述增透层位于所述光子晶体层与所述有源层之间。

25、本发明实施例提供了一种面发射激光器及其制备方法，其中面发射激光器包括：下布拉格反射层；有源层，位于下布拉格反射层的一侧；光子晶体层，位于有源层远离或靠近下布拉格反射层的一侧；光子晶体层包括二维光子晶体结构或二维狄拉克涡旋结构；其中，光子晶体层与有源层之间设置有增透层；增透层的增透方向为有源层指向光子晶体层的方向，增透层用于增大光子晶体层中的光场强度；光子晶体层中的光场强度峰值高于有源层中的光场强度峰值。本发明实施例提供的技术方案，通过在光子晶体层与有源层之间设置增透层；使得光子晶体层的光场强度高于有源层的光场强度。由于光子晶体层的光场强度较强，可以极大提高pcsel激光器中二维光子晶体结构，或tcsel激光器中拓扑腔的光学限制因子，从而提高光子晶体模式或拓扑模式的耦合效率，提高器件的单模稳定性。

26、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种面发射激光器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的面发射激光器，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的面发射激光器，其特征在于，还包括：上布拉格反射层；位于所述有源层远离所述下布拉格反射层的一侧；所述上布拉格反射层用于增强所述光子晶体层的光场；

4.根据权利要求3所述的面发射激光器，其特征在于，激光的出光方向为所述有源层指向所述下布拉格反射层的方向，或所述有源层指向所述上布拉格反射层的方向；

5.根据权利要求3所述的面发射激光器，其特征在于，还包括衬底，所述衬底位于所述下布拉格反射层远离所述有源层的一侧，或者，所述衬底位于所述上布拉格反射层远离所述有源层的一侧。

6.根据权利要求5所述的面发射激光器，其特征在于，所述衬底的材料包括gaas，所述光子晶体层的材料包括algaas或gaasp。

7.根据权利要求1所述的面发射激光器，其特征在于，所述有源层的个数为多个，相邻的两个有源层之间由隧道结连接。

8.根据权利要求1所述的面发射激光器，其特征在于，沿着所述有源层指向所述光子晶体层的方向，所述增透层包括光子晶体层和有源层之间的位于从低折射率到高折射率界面处的第一增透界面，和/或光子晶体层和有源层之间的位于从高折射率到低折射率界面处的第二增透界面；

9.根据权利要求8所述的面发射激光器，其特征在于，所述增透层包括：

10.一种面发射激光器的制备方法，其特征在于，用于形成权利要求1～9任一所述的面发射激光器，包括：

技术总结
本发明公开了一种面发射激光器及其制备方法，其中面发射激光器包括：下布拉格反射层；有源层，位于下布拉格反射层的一侧；光子晶体层，位于有源层远离或靠近下布拉格反射层的一侧；光子晶体层包括二维光子晶体结构或二维狄拉克涡旋结构；其中，光子晶体层与有源层之间设置有增透层；增透层的增透方向为有源层指向光子晶体层的方向，增透层用于增大光子晶体层中的光场强度；可以极大提高光子晶体或拓扑腔的光学限制因子，从而提高光子晶体模式或拓扑模式的耦合效率，提高器件的单模稳定性。

技术研发人员：梁栋,张成
受保护的技术使用者：常州纵慧芯光半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31