一种电吸收主动调制自发脉冲式光子级联半导体激光器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电吸收主动调制自发脉冲式光子级联半导体激光器及制备方法，衬底的一侧依次形成有掺杂镧系稀土元素的泵浦源VCSEL半导体激光外延结构、第一反射层；衬底的另一侧依次形成有电吸收调制结构、第二反射层。本发明专利技术利用泵浦源VCSEL输出某波长特定激光泵浦，使掺杂在VCSEL有源区下方的镧系稀土元素掺杂层内稀土粒子能级发生粒子数反转，光致发光，形成光子级联，其产生的新波长光在第二波长谐振腔内振荡，并由电吸收调制结构进行主动调制。主动调制。主动调制。

【技术实现步骤摘要】
一种电吸收主动调制自发脉冲式光子级联半导体激光器及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体激光器
，具体涉及一种电吸收主动调制自发脉冲式光子级联半导体激光器及制备方法。

技术介绍

[0002]锁模是获得超短脉冲激光最常用的技术之一，具有数千兆赫重复频率的激光器是许多应用的关键部件，其用于大容量通信系统、光子交换设备、光互连以及时钟分配等。
[0003]传统的垂直腔面半导体激光器难以实现高峰值功率脉冲输出，为了得到高峰值功率脉冲输出光子级联激光器，拟通过主被动调制方式进行片上调制，主动调制方式可以采用电吸收调制结构。
[0004]电吸收调制器的外延结构是调制器的根本，并将直接影响消光比，而光波导结构则主要影响插入损拒，其静态损耗(包括材料损耗、波导传输损耗及光纤对波导耦合损耗)要求尽可能低，且其光斑与有效调制区域(MQW区域)要有尽可能大的重叠。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术从单片集成角度出发，对光子级联片上电调制器外延结构和光波导层进行设计，从而提供一种电吸收主动调制自发脉冲式光子级联半导体激光器及制备方法。
[0006]本专利技术公开了一种电吸收主动调制自发脉冲式光子级联半导体激光器，包括：衬底；
[0007]所述衬底的一侧依次形成有掺杂镧系稀土元素的泵浦源VCSEL半导体激光外延结构、第一反射层，所述泵浦源VCSEL半导体激光外延结构自衬底侧向第一反射层侧依次包括N型全反射DBR层、稀土元素掺杂层、N型波导层、有源区、P型波导层、氧化限制层和P型全反射DBR层；
[0008]所述衬底的另一侧依次形成有电吸收调制结构、第二反射层；
[0009]其中，
[0010]所述N型全反射DBR层、N型波导层、有源区、P型波导层和P型全反射DBR层构成第一激光谐振腔，所述第一反射层、稀土元素掺杂层、氧化层和第二反射层构成第二激光谐振腔，所述第一激光谐振腔和第二激光谐振腔形成光子级联复合腔。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，
[0012]所述第一激光谐振腔内激光产生机制为半导体材料电致发光，在注入电流的激励下，电子和空穴重新复合辐射大量光子，形成能带间的第一波长激光；所述第二激光谐振腔内激光产生机制为光致发光，所述第一波长激光作为第二激光谐振腔中的泵浦光，通过所述稀土元素掺杂层时，激发稀土元素掺杂层中的镧系金属离子的粒子能级跃迁产生第二波长激光；
[0013]所述第二波长激光通过所述电吸收调制结构的调制，由连续向脉冲形式不断压缩，最终输出第二波长激光脉冲。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，
[0015]所述第一反射层为全反射层，所述第二反射层为半反半透层，所述半反半透层对第二波长激光的反射率为50％
‑
99.5％。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，
[0017]所述有源区为半导体量子阱层，所述半导体量子阱层为多量子阱结构。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，
[0019]所述衬底为GaAs衬底，所述稀土元素掺杂层是在GaAs
‑
N型全反射DBR层中掺杂镧系元素。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，
[0021]镧系元素的掺杂方式为GaAs层与镧系砷化物交替生长的方式。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，
[0023]所述电吸收调制结构自衬底侧向第二反射层侧依次包括：牺牲层、下接触层、电吸收调制结构多量子阱有源区、上接触层、包覆层和波导层，所述波导层为脊型波导结构。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，
[0025]所述脊型波导结构是通过具有较宽带隙与较低折射率的材料和具有较低带隙与较高折射率的材料形成的脊形结构。
[0026]本专利技术还提供一种电吸收主动调制自发脉冲式光子级联半导体激光器的制备方法，包括：
[0027]在衬底的一侧外延N型全反射DBR层、稀土元素掺杂层、N型波导层、有源区、P型波导层、氧化限制层和P型全反射DBR层，以制得掺杂镧系稀土元素的泵浦源VCSEL半导体激光外延结构；
[0028]在P型全反射DBR层上外延生长第一反射层；
[0029]在衬底的另一侧制备电吸收调制结构；
[0030]在电吸收调制结构上制备第二反射层。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0032]本专利技术利用泵浦源VCSEL输出某波长特定激光泵浦，使掺杂在VCSEL有源区下方的镧系稀土元素掺杂层内稀土粒子能级发生粒子数反转，光致发光，形成光子级联，其产生的新波长光在第二波长谐振腔内振荡，并由电吸收调制结构进行主动调制；同时，通过具有较宽带隙与较低折射率的材料和具有较低带隙与较高折射率的材料形成脊形结构，而得到较高的光电转换效率和较好的光场模式限制效果，通过多量子阱结构和应变补偿产生超短激光脉冲。
附图说明
[0033]图1为本专利技术一种实施例公开的电吸收主动调制自发脉冲式光子级联半导体激光器的结构示意图；
[0034]图2为图1中电吸收调制结构的示意图。
[0035]图中：
[0036]10、衬底；20、掺杂镧系稀土元素的泵浦源VCSEL半导体激光外延结构；21、N型全反射DBR层；22、稀土元素掺杂层；23、N型波导层；24、有源区；25、P型波导层；26、氧化限制层；27、P型全反射DBR层；30、第一反射层；40、电吸收调制结构；41、牺牲层；42、下接触层；43、电吸收调制结构多量子阱有源区；44、上接触层；45、包覆层；46、波导层；50、第二反射层。
具体实施方式
[0037]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细描述：
[0039]如图1所示，本专利技术提供一种电吸收主动调制自发脉冲式光子级联半导体激光器，包括：衬底10、掺杂镧系稀土元素的泵浦源VCSEL半导体激光外延结构20、第一反射层30、电吸收调制结构40和第二反射层50；
[0040]本专利技术的衬底10为单晶GaAs衬底，衬底10的一侧依次形成有掺杂镧系稀土元素的泵浦源VCSEL半导体激光外延结构20、第一反射层30；其中，泵浦源VCSEL半导体激光外延结构自衬底侧向第一反射层侧依次包括N型全反射DBR层21、稀土元素掺杂层22、N型波导层23、有源区24、P型波导层25、氧化限制层26和P型全反射DBR层27；
[0041]本专利技术的衬底10的另一侧依次形成有电吸收调制结构40和第二反射层50；其中，如图2所示，电调制器结构40为量子阱的设计，自衬底侧向第二反射层侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电吸收主动调制自发脉冲式光子级联半导体激光器，其特征在于，包括：衬底；所述衬底的一侧依次形成有掺杂镧系稀土元素的泵浦源VCSEL半导体激光外延结构、第一反射层，所述泵浦源VCSEL半导体激光外延结构自衬底侧向第一反射层侧依次包括N型全反射DBR层、稀土元素掺杂层、N型波导层、有源区、P型波导层、氧化限制层和P型全反射DBR层；所述衬底的另一侧依次形成有电吸收调制结构、第二反射层；其中，所述N型全反射DBR层、N型波导层、有源区、P型波导层和P型全反射DBR层构成第一激光谐振腔，所述第一反射层、稀土元素掺杂层、氧化层和第二反射层构成第二激光谐振腔，所述第一激光谐振腔和第二激光谐振腔形成光子级联复合腔。2.如权利要求1所述的电吸收主动调制自发脉冲式光子级联半导体激光器，其特征在于，所述第一激光谐振腔内激光产生机制为半导体材料电致发光，在注入电流的激励下，电子和空穴重新复合辐射大量光子，形成能带间的第一波长激光；所述第二激光谐振腔内激光产生机制为光致发光，所述第一波长激光作为第二激光谐振腔中的泵浦光，通过所述稀土元素掺杂层时，激发稀土元素掺杂层中的镧系金属离子的粒子能级跃迁产生第二波长激光；所述第二波长激光通过所述电吸收调制结构的调制，由连续向脉冲形式不断压缩，最终输出第二波长激光脉冲。3.如权利要求1或2所述的电吸收主动调制自发脉冲式光子级联半导体激光器，其特征在于，所述第一反射层为全反射层，所述第二反射层为半反半透层，所述半反半透层对第二波长激光的反射率为50％
‑
99.5％。4.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智勇，代京京，兰天，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：