一种具有等边三角形微光学谐振腔的光电器件，其是具有输出或输入波导的由一个或两个等边三角形构成的三角形谐振腔或菱形谐振腔的光电器件，结构包括由下限制层，有源区和上限制层构成的平板波导，等边三角形、菱形谐振腔外部区域腐蚀到下限制层或衬底，而未腐蚀的等边三角形区域作为谐振腔，三角形边作为反射镜面，而且在三角形的角区或边上与波导相连接或耦合；从而制作成半导体激光器，多波长选择波导光探测器。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体激光器和光波导器件(或半导体器件)，更具体地，本专利技术涉及具有输出耦合波导的等边三角形谐振腔半导体激光器，多波长半导体激光器和波长选择光探测器。在半导体激光器及利用微光学腔的光上下复用器中谐振腔起到反馈光的作用并实现光的相干增强效应，为实现这一功能可有多种结构的谐振腔，如由平行解理面构成的法布里-珀罗腔，由周期性折射率或增益变化引起光反馈的分布布拉格反馈谐振腔，以及具有全反射回音壁模式的微盘结构等等。由折射率大于2的材料刻蚀形成的等边三角形的谐振腔，在等边三角形腔内任一点与三角形边平行的光线经过在等边三角形边上的六次全反射，将回到原来出发点，并保持原来的方向，所经过的路程正好是等边三角形的周长。而且在等边三角形谐振腔中很容易实现基横模激射，并最终得到单模微腔半导体激光器。1999年3月我们据此申请了中国专利技术专利“等边三角形谐振腔半导体激光器”(申请号99103364.7)。如何使微腔半导体激光器具有方向性高功率输出，一直是微腔半导体激光器研制中的一大难题。为提高微盘腔的激光输出，人们采用了刻槽及光栅等技术，但激光输出功率仍很小。1998年6月美国杂志发表了一题为“混沌谐振腔微激光器中具有方向性的高功率辐射”(“High-power directional emission from microlasers with chaoticresonators”,Science,vol.280,pp.1556-1564,5june 1998)的论文，报道了一种变形的圆盘激光器，在腔内传播的激光模式所经路径类似于蝴蝶结形状，输出功率比具有回音壁模式的微盘激光器高三个量级。不过，这种激光器的输出分布在四个不同的方向。最近，我们发现等边三角形谐振腔可以直接与波导相连接以获得光输出，同时等边三角形谐振腔的谐振模式仍具有很高的品质因子。对于边长为5微米，折射率为3.2的等边三角形谐振腔，我们的数值模拟计算表明波长在1.5微米附近的基模的品质因子可达15000以上，而当谐振腔的一个角的开口为0.4微米时，基模的品质因子仍达2000以上，即模式寿命为10微微秒，大于普通300微米长法布里一珀罗腔半导体激光器的模式寿命。这样，等边三角形微腔激光器将适于作集成光学的光源和具有方向性输出的微腔单模半导体激光器。本专利技术的目的在于提供一种具有等边三角形微光学谐振腔的光电器件，其是采用等边三角形谐振腔形成具有输出波导的半导体激光器，多波长半导体激光器和波长选择的光探测器。本专利技术的核心思想是在三角形谐振腔的角区引入与三角形相连接的波导，应用平面工艺实现定向输出的半导体激光器，波长选择的光探测器。在三角形谐振腔中，基模的光场强度在三角形谐振腔的三个角区非常弱，在谐振腔的角区引入相连接波导以得到定向光输入输出，可以保证三角形谐振腔的谐振模式仍具有很高品质因数。利用不同大小的三角形谐振腔与同一波导连接，每一个三角形谐振腔输出一激射波长，可以得到多波长输出的半导体激光器。当一个波导中有不同波长的光信号输入时，与这一波导相连的三角形谐振腔则会接收与它的谐振波长一致的光信号，因此不同大小的三角形谐振腔与同一波导连接，也可形成波长选择的光探测器。等边三角形谐振腔比目前应用较多的微形园盘更容易实现单模振荡，而且可以与波导直接连接，因此制作工艺要简单。本专利技术的目的是由以下方案实现的一种具有等边三角形微光学谐振腔的光电器件，其是具有输出或输入波导的由一个或两个等边三角形构成的三角形谐振腔或菱形谐振腔的光电器件，结构包括由下限制层，有源区和上限制层构成的平板波导，其特征在于等边三角形、菱形谐振腔外部区域腐蚀到下限制层或衬底，而未腐蚀的等边三角形区域作为谐振腔，三角形边作为反射镜面，而且在三角形的角区或边上与波导相连接或耦合。其中在等边三角形的一个角区与一输出波导相连接。其中多个不同大小的等边三角形谐振腔的输出或输入波导汇集到同一输出或输入波导。其中多个不同大小的等边三角形谐振腔与同一输入波导相连或耦合。其中在菱形谐振腔的一个角区与一输出波导相连接。以下结合附图和实施例对本专利技术的结构和特征作进一步的详细描述如后，其中附图说明图1为具有输出波导的等边三角形谐振腔半导体激光器的顶视图。图2为多个等边三角形谐振腔的输出波导与同一输出相连，形成的多波长半导体激光器的顶视图，输出波导同时可以作为光放大器。图3为由两个等边三角形谐振腔组成的菱形谐振腔半导体激光器的顶视图。图4为多个等边三角形谐振腔同时与输入波导相连接或耦合形成的波长选择光探测器的顶视图。图5为根据本专利技术制作等边三角形谐振腔半导体激光器的步骤示意图。其中图5a为步骤1的侧视图。图5b为步骤2的侧视图。图5c为步骤3的顶视图。图5d为步骤4的顶视图。首先请参阅图1所示，图1为本专利技术第一实施例，是具有输出波导的等边三角形谐振腔100的顶视图。器件结构材料为在衬底上生长下限制层，有源层及上限制层的普通边发射半导体激光器的平板波导结构材料。由长度为几微米到上千微米的三角形三条边2、4、6围成的等边三角形40的外部区域都腐蚀透过下限制层以产生三角形区域内外的折射率差，从而形成三角形谐振腔，由两条边50和60组成的宽为零点几到几十微米的输出波导80与三角形谐振腔40相连形成输出波导。在直线70的上部区域可以只浅刻蚀以形成弱波导80，这样可得到较大的条宽的单模波导80。波导80的宽度大于三角形谐振腔的开口，而且波导80与三角形谐振腔相连处可有零点几微米到几微米的深刻蚀，以限制输出光的发散，即两条边50和60在与三角形谐振腔相连处可以是深刻蚀形成的波导。图2为多波长半导体激光器和波长选择光探测器200的顶视图，不同大小的等边三角形谐振腔40和40′的耦合波导55和65直接与输出波导80相连，每一个谐振腔都是一个单模的谐振腔，改变三角形的大小就可以调节输出波长和接收波长，作为多波长半导体激光器时输出波导还可以是一半导体光放大器以增大输出功率。三角形谐振腔都与耦合波导55和65电隔离，则可实现对每一个输出波长的独立调制和对每一个输入波长的单独探测。为简单起见，图中只画出两个三角形谐振腔40和40′。图3为由四条边10、15、20、25构成的菱形谐振腔40”与两条边50和60组成的波导80相连形成的菱形微腔激光器300。菱形谐振腔相当于由两个三角形谐振腔组成。图4为波长选择光探测器400的顶视图，不同大小的等边三角形谐振腔40和40′等直接与输入波导80相连或与输入波导70相耦合，每一个谐振腔都是一个单独的谐振腔，改变三角形的大小就可调节接收波长。三角形谐振腔都与输入波导80和70电隔离，可实现对每一个输入波长的单独探测。为简单起见，图中只画出两个三角形谐振腔40和40′。图5为制作图1所示的三角形谐振腔半导体激光器的步骤图5a为步骤1(侧视图)即采用分子束外延或金属有机化合物气相外延等方法在衬底520上生长包括下限制层18，有源层16，上限制层及欧姆接触层14的普通边发射激光器片子；图5b为步骤2(侧视图)，在外延层上蒸发电极12；图5 c为步骤3(顶视图)，在电极上光刻图形并腐蚀掉除等边三角形谐振腔40，输出波导80两个区域外的电极，顶视图上40、80两个区域内为电极层12，其它区域则为上本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有等边三角形微光学谐振腔的光电器件，其是具有输出或输入波导的由一个或两个等边三角形构成的三角形谐振腔或菱形谐振腔的光电器件，结构包括由下限制层，有源区和上限制层构成的平板波导，其特征在于：等边三角形、菱形谐振腔外部区域腐蚀到下限制层或衬底，而未腐蚀的等边三角形区域作为谐振腔，三角形边作为反射镜面，而且在三角形的角区或边上与波导相连接或耦合。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄永箴，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。