【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体激光器，特别涉及一种电泵浦拓扑光子晶体激光器结构及其制备方法。
技术介绍
1、随着半导体激光器的发展，其波长范围、功率等都在迅速提高，产品的种类也更加丰富。拓扑光子晶体激光器也开始发展起来，具有低阈值、窄线宽、高方向性、单模垂直激光出射等优点。
2、2019年底，北京大学马仁敏团队构建了一种基于能带反转光场限制效应的拓扑体态激光器，其核心是构建拓扑光子晶体，包括拓扑态光子晶体和拓扑平庸态光子晶体。拓扑态光子晶体和拓扑平庸态光子晶体都是以相同晶格常数周期性地排列成蜂窝状，每个晶胞都是正六边形结构，其内部有六个旋转对称的正三角形孔洞。当拓扑态的光子晶体和拓扑平庸态的光子晶体拼接在一起形成边界时，由于波函数的奇偶对称性不同，在gamma附近的光子无法从拓扑态光子晶体传播到拓扑平庸态光子晶体，反之成立。把这种边界围成闭合的曲线，gamma点附近的光子便在边界内来回反射，形成一个激光腔。但该方法中的光子晶体中的三角形孔洞对工艺精度要求很高，实际工艺会造成变形，无法实现很好的光场限制，所以该技术也只是基于该结构构造实现了光泵浦激光器，在该技术中提到可以实现电泵浦，但是该技术中所提及的结构存在两个问题：
3、1.三角形的光子晶体结构构造的拓扑体态，实际工艺无法实现高q值，极难实现电泵浦。
4、2.电泵浦结构注入效率过低，进一步导致电泵浦不可实现实际应用要求激光器只有电泵浦才有实际应用意义。为此
5、另一方面，文献“光子晶体拓扑边界态和角态的形成机理及应用研究，金梦成”内容第三
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种电泵浦拓扑光子晶体激光器结构及其制备方法，整体结构基于圆形光子晶体谐振腔并增加ito层，适用于电泵浦的，以解决现有技术中存在的工艺精度要求高，电注入效率低等问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术提供一种电泵浦拓扑光子晶体激光器结构，其采用的技术方案如下：
3、根据本专利技术的第一方面，提供一种电泵浦拓扑光子晶体激光器结构，包括自下至上设置的衬底、n型折射率渐变层、n型包覆层、n型限制层、有源层、p型限制层、p型包覆层、p型折射率渐变层、p型接触层以及ito层；
4、在所述p型包覆层、p型折射率渐变层和p型接触层中设置光子晶体，所述光子晶体包括多个拓扑态光子晶体和多个拓扑平庸态光子晶体，所述多个拓扑态光子晶体和所述多个拓扑平庸态光子晶体均排列成蜂窝状，每个拓扑态光子晶体和每个拓扑平庸态光子晶体内均设置有多个圆形纳米孔，多个圆形纳米孔以所述拓扑态光子晶体或所述拓扑平庸态光子晶体的几何中心环形阵列布设，相邻的拓扑态光子晶体和拓扑平庸态光子晶体连接并在连接处形成边界，所述边界内区域形成激光腔；所述光子晶体与所述ito层接触。
5、进一步地，所述衬底为gaas衬底。
6、进一步地，所述n型折射率渐变层为n型折射率渐变层alxga1-xas，其中x为0-0.4。
7、进一步地，所述n型限制层为n型ingaas限制层。
8、进一步地，所述有源层为含多对ingaas/gaas量子阱的有源层。
9、进一步地，所述p型限制层为p型gaas限制层，所述p型包覆层为p型algaas包覆层。
10、进一步地，所述p型包覆层为p型algaas包覆层。
11、进一步地，所述p型折射率渐变层为p型折射率渐变层alxga1-xas，其中x为0-0.4；所述p型接触层为p型gaas接触层。
12、根据本专利技术的第二方面，提供一种电泵浦拓扑光子晶体激光器结构的制备方法，包括以下步骤：
13、步骤1：生长外延层，所述外延层自下至上依次为n型gaas衬底、n型折射率简渐变层alxga1-xas层、n型al0.4ga0.6as包覆层、ingaas限制层、含三对ingaas/gaas量子阱的有源区、p型gaas限制层、p型al0.4ga0.6as包覆层、p型折射率渐变层alxga1-xas层和p型gaas接触层，其中x＝0-0.4；
14、步骤2：在p型gaas接触层、p型折射率渐变层、p型al0.4ga0.6as包覆层上刻蚀光子晶体，所述光子晶体包括多个拓扑态光子晶体和多个拓扑平庸态光子晶体，所述多个拓扑态光子晶体和所述多个拓扑平庸态光子晶体均排列成蜂窝状，每个拓扑态光子晶体和每个拓扑平庸态光子晶体内均设置有多个圆形纳米孔，多个圆形纳米孔以所述拓扑态光子晶体或所述拓扑平庸态光子晶体的几何中心环形阵列布设，相邻的拓扑态光子晶体和拓扑平庸态光子晶体连接并在连接处形成边界，所述边界内区域形成激光腔；
15、步骤3：在所述p型gaas接触层上沉积ito层。
16、进一步地，所述在所述p型gaas接触层上沉积ito层，具体包括：
17、基于磁控溅射进行ito层的沉积，在沉积过程中，氩氧流量比设置为150～200∶8，层厚控制在300～400nm，以使得ito层在沉积过程中形成周期性的高度差，形成光栅结构；
18、沉积完成后，在450～550℃的温度下进行退火，以降低ito层的电阻率。
19、本专利技术的有益效果是：
20、本专利技术通过对光子晶体的结构进行设计，在拓扑态光子晶体和拓扑平庸态光子晶体的正六边形晶胞内使用圆形纳米孔结构，通过改变圆形孔的圆形与正六边形的距离来构建拓扑态光子晶体和拓扑平庸态光子晶体，将两种光子晶体拼接使边界形成闭合曲线后，可形成激光腔实现激光出射，而圆形纳米孔对工艺精度要求低，可调参数增加，设计更加灵活方便。光子晶体设置在p型包覆层、p型折射率渐变层和p型接触层中的同时又在光子晶体上方覆盖一层ito层，能够提高电注入效率，实现电泵浦激射。因此，本专利技术是一种拓扑体态激光器的新结构，该结构种采用的光子晶体是圆形，降低了工艺误差对谐振腔q值的降低，同时将光子晶体结构上方增加ito层，该结构能显著增加电注入效率，在高q值和高注入效率的前提下，可以实现电泵浦激光器。
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1.一种电泵浦拓扑光子晶体激光器结构，其特征在于：包括自下至上设置的衬底、n型折射率渐变层、n型包覆层、n型限制层、有源层、p型限制层、p型包覆层、p型折射率渐变层、p型接触层以及ITO层；
2.根据权利要求1所述的电泵浦拓扑光子晶体激光器结构，其特征在于：所述衬底为GaAs衬底。
3.根据权利要求1所述的电泵浦拓扑光子晶体激光器结构，其特征在于：所述n型折射率渐变层为n型折射率渐变层AlxGa1-xAs，其中x为0-0.4。
4.根据权利要求1所述的电泵浦拓扑光子晶体激光器结构，其特征在于：所述n型限制层为n型InGaAs限制层。
5.根据权利要求1所述的电泵浦拓扑光子晶体激光器结构，其特征在于：所述有源层为含多对InGaAs/GaAs量子阱的有源层。
6.根据权利要求5所述的电泵浦拓扑光子晶体激光器结构，其特征在于：所述p型限制层为p型GaAs限制层，所述p型包覆层为p型AlGaAs包覆层。
7.根据权利要求1所述的电泵浦拓扑光子晶体激光器结构，其特征在于：所述p型包覆层为p型AlGaAs包覆层。
...【技术特征摘要】
1.一种电泵浦拓扑光子晶体激光器结构，其特征在于：包括自下至上设置的衬底、n型折射率渐变层、n型包覆层、n型限制层、有源层、p型限制层、p型包覆层、p型折射率渐变层、p型接触层以及ito层；
2.根据权利要求1所述的电泵浦拓扑光子晶体激光器结构，其特征在于：所述衬底为gaas衬底。
3.根据权利要求1所述的电泵浦拓扑光子晶体激光器结构，其特征在于：所述n型折射率渐变层为n型折射率渐变层alxga1-xas，其中x为0-0.4。
4.根据权利要求1所述的电泵浦拓扑光子晶体激光器结构，其特征在于：所述n型限制层为n型ingaas限制层。
5.根据权利要求1所述的电泵浦拓扑光子晶体激光器结构，其特征在于：所述有源层为含多对ingaas/gaas...
【专利技术属性】
技术研发人员：李惠，梁衍杰，冯健，钟础宇，陈钊，苗威，王彬，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：
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