通过腔面镀膜来提高量子点激光器温度特性的方法技术

一种通过腔面镀膜提高量子点激光器温度稳定性的方法，包括如下步骤：步骤１：取一条解理后的量子点激光器芯片；步骤２：通过在所述量子点激光器芯片的非出光端面上交替沉积光学厚度为λ／４的高低折射率材料，得到具有高反射率的薄膜系统，其中，λ为膜系的中心波长；步骤３：所述量子点激光器的腔面高反射膜系的中心波长与所述量子点激光器的基态激射波长不重合，基态激射波长在反射带宽内，而激发态的激射波长落在反射带宽之外，使得所述量子点激光器的基态反射率高，而激发态的反射率低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体光电子
，尤其是指一种通过优化腔面镀膜来改善量子 点激光器温度特性的方法。
技术介绍
由于半导体量子点材料具有类似原子一样分立的态密度，量子点激光器被期望与 量子阱和体材料激光器相比在器件性能上有很大的改善，如具有超低的阈值电流密度，低 的温度敏感性(也就是高的特征温度TO)。可是，实际制作的量子点激光器的输出仍与温 度有很大的关系。其主要原因已被归结为是由于半导体量子点自身价带空穴能级间隔过小 (例如，对于1.3微米InAs/GaA量子点其空穴能级间隔约为IOmeV)引起的。由于这么小的 空穴能级间隔，当温度升高时空穴将从基态不断地跃迁到较高能级的激发态，导致基态增 益随温度升高而明显减小，需要注入更高的电流来达到激射，随着注入的增加，激发态也开 始激射，激发态的激射导致需要进一步注入更多的电流来维持激射，以上作用的结果是激 光器的阈值电流随着温度的增加而增加，温度敏感性增强，即特征温度降低。半导体激光器镀腔面膜不仅可以增加单面光输出，保护腔面，增加器件寿命，而且 还可以降低激光器的阈值电流。传统的镀膜设计通常采用激光器的激射波长来作为所镀膜 系的中心波长，导致量子点激光器的基态和激发态的激射波长都落在反射带宽之内，容易 引起激发态激射。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术的主要目的在于提供一种通过腔面镀膜来提高量子点激光器温度稳定性 的方法。原则是根据所要选择的镀膜材料系和激光器的激射波长，设计合适的中心波长，该 中心波长与激光器的基态激射波长不重合，这样选择的目的是使基态的激射波长落在反射 带宽内，而激发态的波长落在反射带宽的外面，从而使量子点激光器的基态激射光波长的 反射率高，而激发态激射光波长的反射率低，量子点激发态的损耗大，从而起到抑制量子点 激发态随着温度的增加而激射的现象，达到改善量子点激光器温度特性的目的。本专利技术根据量子点激光器存在激发态容易激射的特点，为了抑制激发态激射，镀 膜时采用所镀膜系的中心波长偏离基态激射波长，使得基态的激射波长落在反射带宽内， 而激发态的激射波长落在反射带宽之外。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术提供一种通过腔面镀膜提高量子点激光器温度稳定性的 方法，包括如下步骤步骤1 取一条解理后的量子点激光器芯片；步骤2 通过在所述量子点激光器芯片的非出光端面上交替沉积光学厚度为λ /4 的高低折射率材料，得到具有高反射率的薄膜系统，其中，λ为膜系的中心波长；步骤3 所述量子点激光器的腔面高反射膜系的中心波长与所述量子点激光器的 基态激射波长不重合，基态激射波长在反射带宽内，而激发态的激射波长落在反射带宽之 外，使得所述量子点激光器的基态反射率高，而激发态的反射率低。其中所述交替沉积是选自以下方法中的一种蒸发或溅射。其中激光器芯片的材料是InAs/GaAs，其基态激射波长为1310nm，第一激发态的 激射波长为1210nm。其中高反射率的薄膜系统的材料是Si/Si02或Ta205/Si02。该高反射率的薄膜系统对于激光器的激射波长为1310nm的基态，其反射率为 95%，对于激射波长为1210nm的激发态，其反射率为9. 5%。本专利技术提供一种高温度稳定性的量子点激光器，包括解理的量子点激光器芯片；在所述量子点激光器芯片的非出光端面交替沉积光学厚度为λ /4的高低折射率 材料，得到高反射率的薄膜系统，其中λ为所述高反射率的薄膜系统的中心波长；所述量子点激光器的腔面高反射率的薄膜系统的中心波长与所述量子点激光器 的基态激射波长不重合，基态激射波长在反射带宽内，而激发态的激射波长落在反射率宽 之外，使得所述量子点激光器的基态反射率高，而激发态的反射率低。其中激光器芯片的材料是InAs/GaAs，其基态激射波长为1310nm，第一激发态的 激射波长为1210nm。其中高反射率的薄膜系统的材料是Si/Si02或Ta205/Si02。该高反射率的薄膜系统对于激光器的激射波长为1310nm的基态，其反射率为 95%，对于激射波长为1210nm的激发态，其反射率为9. 5%。附图说明为了进一步说明本专利技术的具体
技术实现思路
，下面结合实施例及附图详细说明，其 中图1为InAs/GaAs量子点激光器的结构示意图；图2为腔面镀膜后的量子点激光器芯片示意图；图3为InAs/GaAs量子点激光器的基态激射光谱；图4为InAs/GaAs量子点激光器的激发态激射光谱；图5是采用本专利技术镀模条件的理论计算结果其中心波长为1420nm，采用5对 Ta205/Si02材料系的反射谱，该反射谱对于1310nm的基态波长，其反射率为95% ；而对于 1210nm的激发态激射波长，其反射率为9. 5% ；图6为采用本专利技术镀膜条件，激光器的特征温度；图7是采用传统镀膜条件的理论计算结果，其中心波长为1310nm，5对Si/Si02材 料系的反射谱，该膜系对于基态的反射率为95%，而对于1210nm的激发态激射波长其反射 率为95%。图8采用传统镀膜条件，激光器的特征温度。具体实施例方式本专利技术提供了一种通过优化面镀膜来改善量子点激光器温度特性的方法。本专利技术所使用的半导体量子点激光器芯片的结构如图1所示该外延片结构由金 属化学有机气相沉积方法(MOCVD)或分子束外延(MBE)方法生长得到，由下至上依次包括 N型GaAs衬底、N型GaAs缓冲层、N面Ala4Gaa6As限制层、N面GaAs波导层、5个周期的 InAs/GaA量子点量子点有源区和GaAs势垒层、P面GaAs波导层、P面Ala4Gaa6As限制层和 GaAs欧姆接触层，所述N面限制层为N型掺杂，所述N面波导层为非故意掺杂，所述P面波 导层为非故意掺杂，所述P面限制层为P型掺杂，所述欧姆接触层采用P型重掺杂。对于外延生长后的InAs/GaAs量子点激光器芯片在经过光刻、腐蚀、蒸镀电极等 一系列标准的工艺制作后，被解理成不同的腔长，然后在激光器的非出光端面上交替沉积 光学厚度为λ/4的高低折射率材料，得到具有高反射率的薄膜系统，其中，λ为膜系的中 心波长，镀完高反膜后的芯片参见图2所示。另一端作为激光器的出光腔面，镀增透膜或不 镀膜。其中所述膜系可以通过溅射、蒸发、沉积等多种方法来实现。对于所述量子点激光 器，其基态激射波长为1310nm(如图3所示)，第一激发态的激射波长为1210nm(如图4所 示)。在激光器芯片的非出光端面镀高反膜，该高反膜的材料是Si/Si02或Ta205/Si02，其中 Si和Ta2O5是高折射率材料，SiO2是低折射率材料。在本专利技术的一个实施例中，所选择的镀膜材料系是Ta205/Si02，图5是理论模拟计 算的的中心波长为1420nm，采用5对Ta205/Si02高反膜材料系的反射谱。从该图中可以看 到，基态的激射波长1310nm落在所设计的反射带宽内，而激发态的激射波长1210nm落在反 射率带宽之外，如果选择中心波长大于1420nm，也可以达到上述目的，但是，波长越长，需要 镀的膜就越厚，即浪费了原材料，还会影响激光器的寿命。在图5中对于1310nm的基态反 射率为95%，而对应波长为1210nm的激发态，其反射率为9. 5%，根据腔面损耗公式其中，L为激光器的腔长，R1为高反膜的反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过腔面镀膜提高量子点激光器温度稳定性的方法，包括如下步骤：步骤１：取一条解理后的量子点激光器芯片；步骤２：通过在所述量子点激光器芯片的非出光端面上交替沉积光学厚度为λ／４的高低折射率材料，得到具有高反射率的薄膜系统，其中，λ为膜系的中心波长；步骤３：所述量子点激光器的腔面高反射膜系的中心波长与所述量子点激光器的基态激射波长不重合，基态激射波长在反射带宽内，而激发态的激射波长落在反射带宽之外，使得所述量子点激光器的基态反射率高，而激发态的反射率低。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹玉莲，杨涛，
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]