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专利号: 201810000258X
申请人: 长春理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-02-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种2μm锑化物窄线宽半导体激光器结构及其制备方法,其特征在于,该半导体激光器可以实现2μm窄线宽激光输出,包括2μm锑化物半导体激光器结构部分和实现窄线宽激光输出的光栅结构部分,所述2μm锑化物半导体激光器结构用于实现产生波长2μm的激光,这种2μm锑化物半导体激光器结构具体组成依次为N型GaSb衬底、800m厚度的N型GaSb缓冲层、

1500m厚度的N型Al0.8Ga0.2As0.08Sb0.92下限制层、350nm厚度的N型Al0.21Ga0.79As0.02Sb0.98下波导层、10nm厚度的In0.15Ga0.85As0.02Sb0.98和25nm厚度的Al0.21Ga0.79As0.02Sb0.98构成的In0.15Ga0.85As0.02Sb0.98/Al0.21Ga0.79As0.02Sb0.98激光器有源区、350nm厚度的P型Al0.21Ga0.79As0.02Sb0.98上波导层、1500nm厚度的P型Al0.8Ga0.2As0.08Sb0.92上限制层、500nm厚度的P型GaSb盖层,所述光栅结构为有效折射率微扰光栅结构单元和二阶光栅结构单元,所述这种有效折射率微扰光栅结构单元制备在脊形波导上,二阶光栅结构制作在脊形波导两侧,所述这种光栅结构用于对输出激光线宽的窄化,这种有效折射率微扰光栅结构单元是通过采用PECVD方法在GaSb盖层淀积SiNx掩膜,利用诱导耦合等离子体刻蚀技术刻蚀GaSb盖层与P型上限制层,形成激光器的脊形波导,在脊形波导上利用诱导耦合等离子体刻蚀方法刻蚀出具有周期结构的有效折射率微扰光栅结构,刻蚀深度至上波导层界面,所述二阶光栅结构单元采用电子束光刻与刻蚀技术制作在脊形波导两侧,所述2μm锑化物半导体激光器结构部分产生2μm激光输出,所述有效折射率微扰光栅结构单元和二阶光栅结构对输出的2μm激光线宽窄化,实现2μm窄线宽激光输出。

2.如权利要求1所述的一种2μm锑化物窄线宽半导体激光器结构及其制备方法,其特征在于,该2μm半导体激光器结构具体由N型GaSb衬底、800nm厚度的N型GaSb缓冲层、1500nm厚度的N型Al0.8Ga0.2As0.08Sb0.92下限制层、350nm厚度的N型Al0.21Ga0.79As0.02Sb0.98下波导层、

10nm厚度的In0.15Ga0.85As0.02Sb0.98和25nm厚度的Al0.21Ga0.79As0.02Sb0.98构成的In0.15Ga0.85As0.02Sb0.98/Al0.21Ga0.79As0.02Sb0.98激光器有源区、350nm厚度的P型Al0.21Ga0.79As0.02Sb0.98上波导层、1500nm厚度的P型Al0.8Ga0.2As0.08Sb0.92上限制层、500nm厚度的P型GaSb盖层依次构成,实现波长2μm的激光输出。

3.如权利要求1所述的一种2μm锑化物窄线宽半导体激光器结构及其制备方法,其特征在于,实现窄线宽激光输出的主要结构为有效折射率微扰光栅,这种有效折射率微扰光栅结构利用Cl2/BCl3诱导耦合等离子体刻蚀方法制备,这种有效折射率微扰光栅结构制备在激光器脊波导上,有效压窄激光线宽,实现锑化物半导体激光器窄线宽激光输出,并提高激光器频率稳定性。

4.如权利要求1所述的一种2μm锑化物窄线宽半导体激光器结构及其制备方法,其特征在于,首先利用分子束外延技术进行2μm锑化物半导体激光器结构的外延制备,在获得可以实现2μm激光输出的外延片后,对外延片进行半导体激光器制备工艺,在半导体激光器芯片脊波导上制备有效折射率微扰光栅结构实现窄线宽激光输出,在脊波导两侧制备二阶光栅结构进一步对输出激光线宽进行窄化。

5.如权利要求1所述的一种2μm锑化物窄线宽半导体激光器结构及其制备方法,其特征在于,在进行有效折射率微扰光栅结构和二阶光栅结构制备时采用PECVD方法在GaSb盖层淀积SiNx掩膜,采用Cl2/BCl3诱导耦合等离子体刻蚀技术制备。

6.如权利要求1所述的一种2μm锑化物窄线宽半导体激光器结构及其制备方法,其特征在于,在有效折射率微扰光栅结构和二阶光栅结构制备完成后利用PECVD淀积SiNx,SiNx起到绝缘层和降低吸收损耗的作用。

7.如权利要求1所述的一种2μm锑化物窄线宽半导体激光器结构及其制备方法,其特征在于,该2μm锑化物窄线宽半导体激光器在制备N型电极前对GaSb衬底进行减薄抛光工艺,将GaSb衬底减薄抛光至80μm。

8.如权利要求1所述的一种2μm锑化物窄线宽半导体激光器结构及其制备方法,其特征在于,该2μm锑化物窄线宽半导体激光器N型电极和P型电极利用磁控溅射制备,N型电极制备在减薄抛光后的GaSb衬底背面,电极材料为Au/Ge/Ni,P型电极制备在GaSb盖层上,电极材料为Ti/Pt/Au。

9.如权利要求1所述的一种2μm锑化物窄线宽半导体激光器结构及其制备方法,其特征在于,采用本发明所提出的这种2μm锑化物半导体激光器结构和有效折射率微扰光栅结构及这种2μm锑化物窄线宽半导体激光器制备方法对半导体激光器输出的激光进行线宽窄化,最终实现2μm窄线宽激光输出。