本发明专利技术一种基于ＴＭ模激射的圆柱形结构的微盘激光器，其特征在于，该结构包括：一衬底；一下限制层，该下限制层生长或键合在衬底上，采用同种材料或晶格匹配的材料，该下限制层的上半部经刻蚀成为圆柱形结构；一有源区，该有源区制作在下限制层的上半部，其为圆柱形结构，利于电注入的基于ＴＭ模激射的微腔半导体激光器或单光子发射器件；一上限制层，该上限制层制作在有源区上，上限制层可以减小场在衬底的拖尾，降低刻蚀深度要求以及提高器件性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体
，特别是指一种基于 TM模激射的圆柱形结构的微盘激光器。
技术介绍
半导体微盘激光器是一种小体积、低阈值、低功耗的新型激光器它的谐振腔与普通的Fabry—Perot腔不同，而是一个盘状结构模式在该谐振腔中传播时，在盘边缘和空气界面上进行全反射得到高品质因子的回音壁模式因此，它是一种利用全反射形成特殊的回音壁模式进行工作的激光器半体微盘激光器制作工艺简单，只需通过普通刻蚀工艺在有源材料上得到微盘形状即可。经过十几年的实验研究，巨前的微盘激光器比较多地采用两种典型结构，~ 种是圆柱状结构(A.F.了.Levi,etc.,Room—temperatur 61a si ngactioniInGaP/InGaAsmicrocy1inder laser diodes, Appl. Phys. Lett. 62，pp. 2 0 2 1-2 0 2 3(1 9 9 3"， 通过亥!j蚀形成 一 个圆柱，其中的有源层，上下限制层都具有相 同的半径，纵向光场限制主要由低折射率的上下限制 层来实现；另一种是柱子支撑的微盘结构(S. L. McCall， etc., Whispering-ga 11ery mode microdisk lasers, Appl. Phys. Lett.6 0 , pp 2 8 9 — 2 9 11992 ))，先通过刻蚀形成圆柱状结构，然后通过选择性腐蚀将下限制层腐蚀成细柱作为支撑，这种结构的纵向光限制由上限制层和下层空气来实现。获得高Q值的模式是优化微盘激光器性能的重要参数，在圆柱状结构的微盘激光器中，TM模在弱限制下仍然保持高Q值。本专利技术的目的在于针对这种情况，通过优化器件结构，在弱限制条件下获得高Q值的TM模，而达到优化半导体微盘激光器性能的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供 一 种基于TM模激射的圆柱形结构的微盘激光器，其是考虑不同的上限制层对微盘激光器的不同偏振模式品质因子的影响，从而选择合适的微盘结构及增益介质材料，以实现低阈值的高性能微盘激光器或单光子发射器件。其可改善器件结构以在弱波导限制的微盘谐振腔中得到高品质因子的TM模，从而实现纵向半导体限制的利于电注入的微腔半导体激光滞或单光子发射器件。本专利技术的百的是通过以下方案实现的本专利技术一种基于TM模激射的圆柱形结构的微盘激光器，其特征在于，该结构包括衬底；下限制层，该下限制层生长或键合在衬底上采用同种材料或晶格匹配的材料，该下限制层的上半部经刻蚀成为圆柱形结构；一有源区，该有源区制作在下限制层的上半部，其为圆柱形结构，利于电注入的基于TM模激射的微腔半导体激光器或单光子发射器件；一上限制层，该上限制层制作在有源区上，上限制层可以减小场在衬底的拖尾，降低刻蚀深度要求以及提高器件性能中衬底的材料为InP， GaAs， Si或蓝宝石，其中下限制层的材料为各种III 一 V族材料限制层材料InP, AlAs， AlGaAs， AlGaN， GaN。其中有源区的材料为半导体张应变体材料 InGaAsP， GaAs, InGaAs， InGaN， InAs。其中有源区的材料为半导体 InGaAsP/InGaAsP,InGaAs/InGaAsP， InGaAs/GaAs， InGaN/GaN张应变量 子阱。其中有源区的材料为半导体 InGaAs/GaAs ， GaAs/InP， InGaN/GaN量子点。其中上限制层的材料为各种III 一 V族材料限制层 材料InP， AlAs， AlGaAs， AlGaN， GaN。附图说明为了更好的说明本专利技术的目的以及结构和所能达 到的功效，以下结合实施例及附图对本专利技术作 一 详细 的描述，其中图1为本专利技术的半导体圆柱形微盘激光器的结构 示意图2为图1的侧视剖面图3为TM模与TE模的Q值随限制层的折射率改 变的变化规律(有源层折射率3.4);图 4为无限厚上下限制层圆柱形结构中TM模的 场分布图5为0 . 4 u m厚上限制层圆柱形结构中TM模的场分布图。具体实施例方式本专利技术 一 种弱限制条件下基于TM模激射的微盘激光器，首先如图1和图2所示，半导体圆柱形微盘激光器，结构包括由衬底1 0 ，以及限制层2 0，有源层30和上限制层4 0构成的圆柱形结构。该衬底1 0 ，可以是各种III - V族的材料，InP ，GaAs,也可以是IV族材料Si， Ge， SiC，也可以是非半 导体材料蓝宝石。该下限制层2 0和上限制层4 0为同种材料的限 制层，可以采用与1 0同样的材料以及晶格匹配的材 料，通过直接生长或者键合制作在l0上，包括各种 m-V族材料InP， AlAs， AlGaAs， AlGaN， GaN，增益 区为圆盘形便于TM模工作的张应变体材料和量子阱或 量子点有源区3 0 ，包括各种III - V族体材料InGaAsP， GaAs， InGaAs， InGaN， InAs， 以及I nGaAsP/InGaAsP， InGaAs/InGaAsP, InGaAs/GaAs， InGaN/GaN量子阱， InGaAs/GaAs， GaAs/InP， InGaN/GaN量子点，采用张应 变有源区使有源区对偏振的选择为TM模。其优势在于 即使在折射率对比小的结构中能存在高品质因子的TM 模式，便于获得激射，利于制作低阈值的电注入的微 腔半导体激光器或单光子发射器件。图3描述了在有源层折射率3.4的情况下，对应 于不同折射率衬底，TE模和TM模Q值随衬底折射率提 高时的变化，可以看出在高折射率衬底结构中，TE模 的Q值大大下降不适合获得激射，而TM模在高折射率 衬底情况下仍保持高Q值，这使得在半导体材料体系 中能获得高Q值的TM模。对于不同折射率的有源区和上下限制层材 限制层的厚度以及下限制层的刻蚀深度的要求 不同，上限制层厚度的选取应保证减小电磁场 制层中的场分布，同时为了保证高品质因子的 当在刻蚀面上场约等于零。适当的上限制层可对刻蚀深度的要求以及维持高Q值的模式。图4和图5分别画出了有源层厚度0.2um无限厚限制层和0.4 um厚上限制层圆柱形在纵向的磁场分布，可以看出上限制层的厚度减小会增大电磁场分布的不对称性，增加在下限制层中的拖尾。上限制层厚度的选取可以通过无限上限制层厚度的场分布图4，上限制层的上界面取到场的相对强度约为o .2处已经可以保证场分布对称性而不会造成场在下限制层中的分布改变。而下限制层的厚度应该保证刻蚀面上场约为零(相对强度小于0 . 0 1 )对于上下限制层折射率3.1 '7的情况，上限制层厚度可以取为1 y m下限制层4此外可以增加有源层厚度增加光限制料，上 会有所在下限模式应 以降低以降低对刻蚀深度的要求，有源层厚度的增加应维持 微盘的单模特性，即厚度仅支持基模，高阶模均被截 止。前面以折射率为3.4的InGaAsP有源层例对本发 明进行了说明，但不构成对本专利技术的限制，本专利技术适 用于各种有源区和限制层的半导体材料。权利要求1、一种基于TM模激射的圆柱形结构的微盘激光器，其特征在于，该结构包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于ＴＭ模激射的圆柱形结构的微盘激光器，其特征在于，该结构包括：一衬底；一下限制层，该下限制层生长或键合在衬底上，采用同种材料或晶格匹配的材料，该下限制层的上半部经刻蚀成为圆柱形结构；一有源区，该有源区制作在下限 制层的上半部，其为圆柱形结构，利于电注入的基于ＴＭ模激射的微腔半导体激光器或单光子发射器件；一上限制层，该上限制层制作在有源区上，上限制层可以减小场在衬底的拖尾，降低刻蚀深度要求以及提高器件性能。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨跃德，黄永箴，罗贤树，陈沁，
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]
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