[发明专利]通讯波段GaN基量子级联高速激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术、半导体光电子器件技术和高速光通信技术领域，特别涉及一种通讯波段GaN基量子级联高速激光器。

背景技术

半导体激光器由于其小体积，低功耗，高速调制等特性，很早就吸引了许多科研工作者的关注。随着半导体激光器的发展，为了提高激光器的调制速度，人们在材料的选择上，经历了从InP，GaAs材料向InGaAsP和AlGaInAs等材料转变，特别是含Al组分的AlGaInAs材料。它有更好的载流子限制和更大的微分增益系数，对于半导体激光器的高速性能有很大的提高(Sato，T.，et al.2012Internat ional Conference on Indium Phosphide and Related Materials：143-146.(2013).)。半导体激光器有源区最初为体材料结构，之后人们发现利用量子阱材料可以获得更好的载流子限制，由此制造的半导体激光器有更低的阈值和更好的高温稳定性，因此也就有更好的高速调制特性。随着量子点材料的研究，人们发现在载流子空间限制上，量子点材料比量子阱材料有更优异的性能。同时量子点在激光器制作过程中，不像量子阱材料会暴露在空气中发生氧化，因此量子点材料有较小的非辐射复合效应，更有利于量子点激光器实现低阈值和高速调制，同时温度稳定性要优于量子阱材料(Ishida，M.，et al.(2012).2012CLEO CM1I.2)。

但上述所有激光器都是基于半导体材料导带与价带的带间跃迁方式辐射复合产生光子，调制速率受限于带间跃迁速率和其他慢速的复合过程，调制速率只能为几十GHz，无法突破百GHz水平。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种通讯波段GaN基量子级联高速激光器，通过AlGaN/GaN多层超薄量子阱及构建的微腔结构，实现激光器导带内子带跃迁，形成量子级联激射，利用子带跃迁速率快与激光器腔模小体积优势，实现高速直接调制激光器，将调制速率增加到百G水平。

为达到上述目的，本发明提供一种通讯波段GaN基量子级联高速激光器，包括：

一衬底；

一半导体材料缓冲层，其制作在衬底上；

一下半导体材料接触层，其制作在半导体材料缓冲层上；

一下光学限制层，为圆形、环形或矩形，其制作在下半导体材料接触层上面的一侧，该下半导体材料接触层上面的另一侧形成一台面；

一半导体材料有源层，形状与下光学限制层相同，其制作在下光学限制层上；

一上光学限制层，形状与下光学限制层相同，其制作在半导体材料有源层上；

一上半导体材料接触层，形状与下光学限制层相同，其制作在上光学限制层上；

一第一金属电极，为圆形、环形或矩形，其制作在下半导体材料接触层上面另一侧的台面上；

一第二金属电极，形状与下光学限制层相同，其制作在上半导体材料接触层上。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种通讯波段GaN基量子级联高速激光器，可以通过改变量子阱阱层和垒层生长厚度，实现光通信波段全覆盖，对激射波长的调节非常简单方便，不依赖于有源材料的能带间隙。

2、本发明提供的这种通讯波段GaN基量子级联高速激光器，从激光的根本原理上对高速调制性能进行改进。通过使用GaN基材料形成量子级联激光器，利用载流子跃迁速度fs量级的子带间跃迁形成激光，将激光直接调制速率向百G以上推进。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中：

图1为本发明一实施例的结构示意图。

图2为本发明另一实施例的结构示意图。

图3为本发明再一实施例的结构示意图。

图4为带间跃迁方式半导体激光器调制速率的3dB带宽理论模拟图。

图5为量子级联激光子带内跃迁方式调制速率的3dB带宽理论模拟图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种通讯波段GaN基量子级联高速激光器，包括：

一衬底11，该衬底11的材料是蓝宝石；

一半导体材料缓冲层12，其制作在衬底11上，该缓冲层12的材料是GaN、AlGaN或AlN，厚度为1-2微米；