一种半导体可饱和吸收镜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种半导体可饱和吸收镜及其制备方法，包括：衬底，依次叠设于衬底上的缓冲层、分布式布拉格反射镜层、下隔离层、应变补偿多量子阱层、上隔离层、下介质膜层、上介质膜层。其中应变补偿多量子阱层为张应变量子垒层和压应变量子阱层交叉叠设而成，应变补偿多量子阱层外表面均布置为张应变量子垒层。下隔离层、应变补偿多量子阱层、上隔离层的总光学厚度为λ、1.5λ、2λ的一种，其中，λ为掺Yb超快光纤激光器的激射波长。本发明专利技术半导体可饱和吸收镜具有较高的调制深度，应用于掺Yb光纤超快激光器可实现自动锁模，重复周期稳定。重复周期稳定。重复周期稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体可饱和吸收镜及其制备方法


[0001]本专利技术属于超快激光
，尤其涉及一种半导体可饱和吸收镜及其制备方法。

技术介绍

[0002]超快激光器凭借其高峰值功率，窄脉冲宽度等优点，在材料精细加工，生物医疗，科学研究，军事国防等领域获得了广泛的应用。半导体可饱和吸收镜作为一种锁模器件，因其具有自启动、易于集成、覆盖波段范围广、结构紧凑以及设计灵活等优点，已经广泛应用于固体、光纤和半导体等各种类型超快激光器。目前工业市场上主流的皮秒级固体和光纤激光器均为基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)的被动锁模激光器，而且随着掺Yb光纤超快激光器的广泛应用，满足其所需的SESAM成为超快激光行业关注的焦点。
[0003]光纤激光器对SESAM的特性参数要求与固体激光器有所不同，固体激光器通常要求SESAM的调制深度为0.5
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3％，而光纤激光器要求SESAM的调制深度高达10
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30％，即是要求SESAM拥有更厚的吸收层。应用于掺Yb光纤超快激光器的SESAM的吸收层一般选用InGaAs材料，其中In的组分范围为25％
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32％，使得InGaAs材料与GaAs衬底之间存在较大失配，因此InGaAs的临界厚度仅约为10nm，而高调制深度的SESAM的吸收层厚度为数百纳米。由于较大的晶格失配导致吸收层外延材料质量极易恶化，造成了掺Yb光纤超快激光器所需的SESAM普遍存在损伤阈值低和使用寿命短的问题。
[0004]目前，国内应用于掺Yb光纤激光器所需的SESAM主要依赖于进口，然而，进口商品同样存在损伤阈值低，使用寿命短的问题，国内部分超快激光器厂商通过增加换点装置来延长SESAM的使用寿命和简化维修工作。而这些措施只是增加了同一块SESAM的使用次数，却没有从根本上解决损伤阈值低和使用寿命短的问题。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]针对现有的技术问题，本专利技术提出一种半导体可饱和吸收镜及其制备方法；从SESAM本身出发，优化其外延结构和改善材料质量，用于至少部分解决上述技术问题之一。
[0007](二)技术方案
[0008]本专利技术一方面提供一种半导体可饱和吸收镜，包括：衬底，依次叠设于衬底上的缓冲层、分布式布拉格反射镜层、下隔离层、应变补偿多量子阱层、上隔离层；应变补偿多量子阱层为张应变量子垒层和压应变量子阱层交叉叠设而成，应变补偿多量子阱层外表面均布置为张应变量子垒层。
[0009]可选的，衬底材料包括GaAs材料。
[0010]可选的，上隔离层、下隔离层的物理厚度为4
‑
10nm。
[0011]可选的，下隔离层、应变补偿多量子阱层、上隔离层的总光学厚度为λ、1.5λ、2λ的一种，其中，λ为掺Yb超快光纤激光器的激射波长。
[0012]可选的，应变补偿多量子阱层周期数为10
‑
45。
[0013]可选的，张应变量子垒层材料包括GaAsP材料，压应变量子阱层材料包括InGaAs材料。
[0014]可选的，张应变量子垒层、压应变量子阱层物理厚度为6
‑
15nm。
[0015]可选的，张应变量子阱层的光致发光谱为λ
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λ+20nm，其中，λ为掺Yb超快光纤激光器的激射波长。
[0016]可选的，半导体可饱和吸收镜还包括依次叠设于所述上隔离层160表面的下介质膜层、上介质膜层，所述下介质膜层、上介质膜层的光学厚度均为λ/4，λ为掺Yb超快光纤激光器的激射波长。
[0017]本专利技术另一方面提供一种应用于半导体可饱和吸收镜的制备方法，包括：在衬底表面依次叠设缓冲层、分布式布拉格反射镜层、下隔离层、应变补偿多量子阱层、上隔离层、下介质膜层、上介质膜层；其中，应变补偿多量子阱层为张应变量子垒层和压应变量子阱层交叉叠设而成，应变补偿多量子阱层外表面均布置为张应变量子垒层。
[0018](三)有益效果
[0019](1)本申请结构中采用应变补偿多量子阱层，可以有效缓解异质结晶格失配引起材料质量恶化，有效提高其损伤阈值和使用寿命。
[0020](2)下隔离层、上隔离层与应变补偿多量子阱层的总光学厚度为λ、1.5λ、2λ的一种；减少了其他材料对入射光的吸收，有效降低非饱和损耗，易于实现锁模，降低了SESAM的热效应，从而可以获得更长的使用寿命。
[0021](3)在上隔离层表面依次制备下介质膜层、上介质膜层，不仅对SESAM晶片起到保护作用，同时有助于提高SESAM的损伤阈值。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例中的SESAM的结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例中的SESAM外延片的光致发光谱测试图；
[0024]图3为本专利技术实施例提供的半导体可饱和吸收镜制备方法的流程图；
[0025]图4为本专利技术实施例中的SESAM外延片的高分辨X射线双晶衍射摇摆曲线测试图；
[0026]图5为本专利技术实施例中的SESAM的反射率测试图；
[0027]图6为本专利技术实施例中的SESAM锁模掺Yb光纤激光器输出光谱图；
[0028]图7为本专利技术实施例中的SESAM锁模掺Yb光纤激光器输出在示波器上的锁模脉冲序列；
[0029]图8为本专利技术实施例中的SESAM锁模掺Yb光纤激光器输出脉冲的自相关仪测试图。
[0030]110
‑
衬底，120
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缓冲层，130
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分布式布拉格反射镜层，140
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下隔离层，150
‑
应变补偿多量子阱层，160
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上隔离层，170
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下介质膜层，180
‑
上介质膜层，131
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分布式布拉格反射镜层结构中的GaAs层，132
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分布式布拉格反射镜层结构中的AlGaAs层，151
‑
张应变量子垒层，压应变量子阱层
‑
152。
具体实施方式
[0031]为了使本专利技术的目的、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，对本公开进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
[0032]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开；术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”“右”、等指示方位或位置关系的词语为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，不能理解为对本申请的限制；在此使用的术语“包含”“包括”等表明了所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体可饱和吸收镜，其特征在于，包括：衬底(110)；依次叠设于所述衬底(110)上的缓冲层(120)、分布式布拉格反射镜层(130)、下隔离层(140)、应变补偿多量子阱层(150)、上隔离层(160)；所述应变补偿多量子阱层(150)为张应变量子垒层(151)和压应变量子阱层(152)交叉叠设而成，所述应变补偿多量子阱层(150)外表面均布置为所述张应变量子垒层(151)。2.根据权利要求1所述的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，所述衬底(110)材料包括GaAs材料。3.根据权利要求1所述的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，所述下隔离层(140)、上隔离层(160)的物理厚度为4
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10nm。4.根据权利要求1所述的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，其中，所述下隔离层(140)、应变补偿多量子阱层(150)、上隔离层(160)的总光学厚度为λ、1.5λ、2λ的一种，其中，λ为掺Yb超快光纤激光器的激射波长。5.根据权利要求1所述的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，所述应变补偿多量子阱层(150)周期数为10
‑
45。6.根据权利要求1所述的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，所述张应变量子垒层(151)材料包括GaAsP材料，所述压应变量子阱层(152...

【专利技术属性】
技术研发人员：林楠，熊聪，马骁宇，刘素平，
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：