[发明专利]一种基于光子晶体控制的单模半导体激光器外延结构

说明书

一种基于光子晶体控制的单模半导体激光器外延结构，包括：N型衬底层，用于生长外延材料；N型限制层，配置于N型衬底层之上，用于限制光场向N型区的扩展；光子晶体，配置于N型限制层之上，用于调控输出光场模式；有源区，配置于光子晶体上；P型限制层，配置于有源区之上，用于限制光场向P型区的扩展；P型盖层，配置于P型限制层之上，用于限制光场及降低载流子势垒；P型接触层，配置于P型盖层之上，用于与金属形成欧姆接触。

技术领域

本发明涉及高性能激光器领域，特别涉及一种基于光子晶体控制的单模半导体激光器外延结构。

背景技术

半导体激光器具有输出体积小、重量轻、泵浦效率高等优点，尤其是半导体边发射激光器在高效率，大功率激光输出耦合方面具有极大的优势。

但是半导体激光器单管输出功率却不高，其中主要是因为半导体激光器出光面积小、光功率密度高，很容易导致腔面膜损伤，所以如何增加半导体激光器单管输出功率一个至关重要的方面就是如何增加半导体激光器的模式体积，使其获得更高的损伤阈值。

为了增加半导体激光器的模式体积，需要模式在外延方向充分的扩展，传统方式是使用大光腔结构增加外延方向的厚度，而大光腔结构随着外延厚度的增加模式扩展效果越来越弱，且模式的限制因子越来越低，并不能无限的扩展模式体积；之后又发展出使用光子晶体结构，光子晶体结构具有控制模式的作用，可以设计不同的光子晶体结构来控制模式输出。现有技术中提出了一种外延光子晶体结构，其波导由一维光子晶体构成，量子阱位于光子晶体的一个高折射率材料层中。在该结构中，基横模能够在整个光子晶体结构中扩展，并且其近场分布的最强位置与量子阱重合，保证了基模的高限制因子。高阶模则主要分布在整个光子晶体中，与量子阱的重合比较少，限制因子比较低。基横模和高阶模之间比较大的限制因子差，能有效地保证基横模激射。但该结构仅能实现基横模激射，不能实现一阶模式、二阶模式或者更高阶模式激射。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出了一种基于光子晶体控制的单模半导体激光器外延结构，以解决控制激光输出空间模式单一的问题。

(二)技术方案

根据本发明的一方面，提供一种基于光子晶体控制的单模半导体激光器外延结构，包括N型衬底层，用于生长外延材料；N型限制层，配置于N型衬底层之上，用于限制光场向N型区的扩展；光子晶体，配置于N型限制层之上，用于调控输出光场模式；有源区，配置于光子晶体上；P型限制层，配置于有源区之上，用于限制光场向P型区的扩展；P型盖层，配置于P型限制层之上，用于限制光场及降低载流子势垒；P型接触层，配置于P型盖层之上，用于与金属形成欧姆接触。

在进一步的方案中，所述的光子晶体为一维光子晶体，包括由材料组分调制而形成的高低折射率突变或者渐变的周期及准周期结构。

在进一步的方案中，所述的N型衬底层的材料包括GaN、GaAs、InP或GaSb。

在进一步的方案中，所述的N型衬底层的材料波长范围为10nm至14μm。

在进一步的方案中，所述有源区包括单量子阱、多量子阱、量子点或超晶格结构。

在进一步的方案中，所述的光子晶体周期数为3个至20个。

在进一步的方案中，所述的光子晶体厚度为2μm至50μm。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明提出的一种基于光子晶体控制的单模半导体激光器外延结构，至少具有以下有益效果：

通过调整光子晶体外延结构的厚度、折射率以及组份可以控制激光输出的模式，使其除输出基横模激射以外，还可输出一阶模式、二阶模式或者更高阶模式激射。