專利名稱：集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光電子技術領域，是一種用于全光集成的電泵 浦微腔激光器。
背景技術：
半導體耳語回廊模式微腔激光器具有體積小、激射閥值低、集成度高 等優(yōu)點。耳語回廊模式激光在器件內部與器件表面平行的方向上傳播，可 以與光探測器、光耦合器等實現(xiàn)片上互連集成，滿足大規(guī)模集成光路需要， 是光集成、光計算、光通信等應用的關鍵器件。目前國內外報道的耳語回廊模式微腔激光器的基本結構為微碟型或 微環(huán)形。依靠微碟或微環(huán)形微腔的邊緣與空氣之間的折射率差對其內傳播 的光形成全反射。通過這種全反射作用得以在器件內部建立振蕩，形成反 饋放大。由于這種耳語回廊模式是基于光的全反射原理，因此決定了微碟 或微環(huán)內產(chǎn)生的激光是被強烈地限制在微腔器件的內部，很難獲得沿某個 方向的定向光功率輸出。根據(jù)平面波導模式耦合理論，兩個相距一定間距的平行波導之間會發(fā) 生能量的耦合傳遞。在一個波導中傳播的光功率通過共振耦合作用而在另 一個波導中產(chǎn)生振蕩，耦合效率由兩波導間距和耦合長度決定。基于該理論，美國西北大學報道了u型結構光泵浦微腔激光器。其結構特征是圍繞 微碟或微環(huán)制備一個寬度為幾微米的u型彎曲波導，微碟或微環(huán)與u型彎曲波導間隙不足l微米。激光在微碟或微環(huán)中產(chǎn)生并振蕩，然后耦合傳遞
到U型彎曲波導中，由U型波導的兩個端口輸出。該結構由于需要制作間 隙不足1微米的U型波導，精度要求高，工藝復雜。 發(fā)明內容為了克服己有技術中光功率很難定向輸出的缺點，并解決u型結構光泵浦微腔激光器精度要求高，工藝復雜等問題，本發(fā)明公開一種集成輸出 直波導的電泵浦微腔激光器，可以將微腔激光器中的激光由集成的輸出直 波導的端口輸出，該器件是基于耳語回廊模式原理產(chǎn)生激光振蕩的微腔激 光器。器件由管芯和熱沉兩部分組成，通過焊料將兩者焊接在一起。熱沉 既對管芯提供支撐，也作為下電極與外加電源連接。管芯是在半導體量子阱激光器外延片上經(jīng)過光刻、腐蝕、氧化及電子 束蒸發(fā)等復雜的器件工藝后完成的微腔激光器芯片。管芯的中心是一個微 碟或微環(huán)，其直徑在十幾微米-數(shù)十微米之間，厚度為數(shù)個微米，微環(huán)的 寬度也為數(shù)個微米。在微碟或微環(huán)的邊緣沿切線方向連接一個直波導，寬 度為數(shù)個微米，長度為數(shù)十-數(shù)百微米，厚度與微碟或微環(huán)的厚度一致。 在微碟或微環(huán)的表面制備有歐姆接觸金屬薄膜。采用焊料將管芯和熱沉焊 接在一起完成集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器的制作。其工作原理如下在微碟或微環(huán)表面的歐姆接觸金屬薄膜上用金絲球焊引出上電極。在 熱沉表面引出下電極。在上、下電極兩端加偏壓，正極加在上電極端。負 極加在下電極端。當通過管芯的電流超過激光器激射閾值后，在管芯內部 的量子阱有源區(qū)產(chǎn)生的光發(fā)射以耳語回廊模式在微碟或微環(huán)內形成穩(wěn)定 的振蕩，產(chǎn)生激光。由于輸出直波導與微碟或微環(huán)集成在一起，在微碟或 微環(huán)中的激光振蕩有一定比例耦合到輸出直波導中，并通過直波導的端口 輸出。調整注入電流的大小可以控制從直波導端口輸出的激光的強度。本發(fā)明的優(yōu)點是不需要制作間隙不足1微米的U型波導，具有結構簡單，輸出耦合效率高，光功率定向輸出，滿足了大規(guī)模光集成器件研究的需要。


圖1是微碟型集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器示意圖，也為摘要 附圖。圖2是微環(huán)型集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器示意圖 圖3是微碟型集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器制備示意圖 其中熱沉l、襯底2、直波導3、與微碟4、歐姆接觸薄膜5、微環(huán)6、 激光器的圖形7。
具體實施方式
-下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步說明。圖1是微碟型集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器示意圖。由熱沉(1) 和管芯兩部分組成。管芯由制作在襯底(2)上的直波導(3)、微碟(4) 及歐姆接觸金屬薄膜(5)組成。直波導(3)與微碟(4)相連接，并沿 切線方向延長。圖2是微環(huán)型集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器示意圖。與圖1不 同之處是用微環(huán)(6)代替圖1中的微碟(4)。 實施例1:圖3是微碟型集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器制備示意圖。 (1)、圖(a)是在襯底(2)上用M0CVD或MBE技術生長完半導體量子 阱激光器材料的樣品，量子阱激光器材料的厚度為2-3微米。(2) 、根據(jù)微碟及輸出直波導的結構設計制作好光刻用的光刻版。本例中微碟的直徑可以設計為50微米，直波導的寬度為5微米、長度為100 微米。圖(b)是采用光刻方法用光刻膠將要制備的激光器的圖形(7)轉移 到圖(a)樣品的表面。(3) 、圖(c)將轉移完激光器圖形的圖(b)樣品采用化學腐蝕方法刻出 直波導(3)和微碟(4)，腐蝕深度以將量子阱激光器材料全部腐蝕透為 準。在腐蝕過程中光刻膠保護直波導(3)和微碟(4)不被腐蝕。(4) 、圖(d)是對圖(c)樣品繼續(xù)進行光刻并用光刻膠將微碟(4)表 面以外的部分覆蓋，然后用高真空鍍膜機中熱蒸發(fā)或用射頻濺射的方法在 表面生長AuGeNi/Au薄膜，再采用剝離方法將微碟(4)表面以外的 AuGeNi/Au薄膜剝離后去除殘余的光刻膠，在400。C下氮氣保護快速合金 40秒鐘使表面AuGeNi/Au薄膜形成很好的歐姆接觸薄膜(5)，完成激光器 管芯的制作。(5) 、熱沉(1)可以用高導熱的無氧銅、金剛石或氮化鋁等材料制 備。將上述材料切割成邊長1毫米、厚500微米的薄片。表面進行研磨后 拋光。采用真空蒸發(fā)或濺射的方法在表面生長TiPtAu/Aii薄膜，完成熱沉(1)的金屬化。(6) 、在金屬化熱沉(1)表面上真空蒸發(fā)或電鍍金屬銦焊料薄膜。 將圖3(d)完成的激光器管芯與熱沉(1)緊密接觸，然后在氮氣保護下加 熱到20(TC將管芯與熱沉通過焊料焊接在一起。實施例2:圖2所示的微環(huán)型集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器與實施例1的 制作過程相同。區(qū)別只在將圖3(b)中進行圖形轉移需要的光刻版換作根據(jù)
微環(huán)及輸出直波導的結構設計制作好的光刻版。本例中微環(huán)的外徑可以設計為50微米，內徑為30微米，直波導的寬度為5微米、長度為100微米。
權利要求
1、集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器，該器件包括管芯和熱沉兩部分部分，通過焊料將兩者焊接在一起，其特征在于該器件包括熱(1)、襯底(2)、直波導(3)、與微碟(4)、歐姆接觸薄膜(5)、微環(huán)(6)；管芯的中心是一個微碟或微環(huán)，由此分為兩種結構；其一是直波導(3)與微碟(4)相連接，并沿微碟(4)切線方向延長；微碟(4)直徑在十幾微米-數(shù)十微米之間，厚度為數(shù)個微米，直波導(3)寬度為數(shù)個微米，長度為數(shù)十-數(shù)百微米，厚度與微碟(4)相同；其二是直波導(3)與微環(huán)(6)相連接，并沿微環(huán)(6)切線方向延長；微環(huán)(6)外徑和內徑在十幾微米-數(shù)十微米之間，厚度為數(shù)個微米，寬度為數(shù)個微米；直波導(3)寬度為數(shù)個微米，長度為數(shù)十-數(shù)百微米，厚度與微環(huán)(6)相同。
全文摘要
本發(fā)明公開一種集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器，可以將微腔激光器中的激光由集成的輸出直波導的端口輸出。該器件是基于耳語回廊模式原理產(chǎn)生激光振蕩的微腔激光器。器件由管芯和熱沉兩部分組成，管芯是在半導體量子阱激光器外延片上經(jīng)過光刻、腐蝕、氧化及電子束蒸發(fā)等復雜的器件工藝后完成的微腔激光器芯片。管芯的中心是一個微碟或微環(huán)，在微碟或微環(huán)的邊緣沿切線方向集成一個直波導，寬度為數(shù)個微米，長度為數(shù)十—數(shù)百微米，厚度與微碟或微環(huán)的厚度一致。在微碟或微環(huán)的表面制備有歐姆接觸金屬薄膜，采用焊料將管芯和熱沉焊接在一起。該器件具有結構簡單、輸出耦合效率高的優(yōu)點，滿足大規(guī)模光集成器件研究的需要。
文檔編號H01S5/00GK101150242SQ20061001720
公開日2008年3月26日 申請日期2006年9月22日 優(yōu)先權日2006年9月22日
發(fā)明者云 劉, 劉星元, 孫艷芳, 寧永強, 崔錦江, 特 李, 王立軍, 莉 秦 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所