本发明专利技术涉及一种双波长输出光混频产生太赫兹波的半导体激光器及制造方法。该半导体激光器包括衬底、下限制层Ⅰ、下波导层Ⅰ、有源层Ⅰ、上波导层Ⅰ、上限制层Ⅰ、再生机构、下限制层Ⅱ、下波导层Ⅱ、有源层Ⅱ、上波导层Ⅱ、电流阻挡层、上限制层Ⅱ、P型欧姆接触层构成的半导体激光器外延结构。其中沿半导体激光器纵轴两侧，用湿法氧化法或质子轰击的方法，形成一层电流阻挡层，有效地抑制了有源区Ⅱ的电流扩展效应。本发明专利技术双波长输出的光混频产生的太赫兹波较方便、易实现且经过光腔耦合输出的光是同轴的，实现了同步控制；同轴双波长半导体激光器源使得太赫兹源结构简单、成本降低、连续输出功率大且能在室温下工作。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。该半导体激光器包括衬底、下限制层Ⅰ、下波导层Ⅰ、有源层Ⅰ、上波导层Ⅰ、上限制层Ⅰ、再生机构、下限制层Ⅱ、下波导层Ⅱ、有源层Ⅱ、上波导层Ⅱ、电流阻挡层、上限制层Ⅱ、P型欧姆接触层构成的半导体激光器外延结构。其中沿半导体激光器纵轴两侧，用湿法氧化法或质子轰击的方法，形成一层电流阻挡层，有效地抑制了有源区Ⅱ的电流扩展效应。本专利技术双波长输出的光混频产生的太赫兹波较方便、易实现且经过光腔耦合输出的光是同轴的，实现了同步控制；同轴双波长半导体激光器源使得太赫兹源结构简单、成本降低、连续输出功率大且能在室温下工作。【专利说明】
本专利技术涉及一种半导体激光器及制造方法，属于半导体光电子
，尤其涉及。
技术介绍
太赫兹(ΤΗζ，1ΤΗζ=1012Ηζ)通常是指频率从0.1THz到ΙΟΤΗζ，介于毫米波与红外光之间的相当宽范围的电磁辐射区域，处于宏观电子学向微观光子学的过渡阶段。自然界广泛存在太赫兹射线，如周围大多物体的热辐射都有太赫兹辐射，宇宙背景辐射频谱也大部分都在太赫兹频段。近几年来，由于THz波这一特殊波段在环境监测、生物和医学工程、天文学、材料科学工程、信息工程及国防(如安检及反恐等)等方面所展示的广阔的应用前景，THz科学和技术的研究获得了很大进展，而THz源及THz辐射的产生是THz电磁辐射研究的一个主要限制方面。太赫兹源可以通过电子学或光子学两种方法获得。目前，用电子学方法，如电子振荡器在室温下获得的最高振荡频率约为0.7THZ ;通过光子学方法来获得THz辐射可用飞秒激光脉冲激发获得脉冲宽带THz辐射(如光整流、光导天线、光导开关等)，功率脉冲激光差频或THz参量振荡器，半导体量子级联激光器，THz气体激光器，光子混频并通过光导天线获得连续可调谐THz等。半导体激光器基本工作原理是通过对半导体激光器加正向偏压，使半导体物质(即电子)在能带间跃迁发光，光子在F-P谐振腔中来回谐振，进行纵模选择，选择出非常少数的模式，这些模式在腔中震荡的同时，与处于激发态的电子空穴相互作用，产生受激发射，实现这些被选择模式的放大，从腔面输出激光。半导体激光器以其体积小、重量轻、电光转化效率高、性能稳定、可靠性高和寿命长等优点，广泛应用于光纤通信、材料加工、光盘存取和光信息处理等重要领域。目前，室温下连续可调谐THz辐射是获得高分辨率THz谱应用的重要工具，也一直是人们关注的研究热点和难点。利用两个独立的半导体激光器实现光子混频可以得到连续THz辐射，但将不同波长的分立激光器组合需要两套光路，使得组装时间长、体积增大，且成本提高。为克服现有技术不足，本专利技术提出，该半导体激光器通过两个有源区输出不同波长激光进行光子混频获得室温下连续可调谐THz辐射，两个有源区通过再生机构连接，充分高效地利用了光子再生使得功耗降低，不但实现了同步出光而且减少了工艺成本，是一种比较经济的方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了，该半导体激光器包括衬底、下限制层1、下波导层1、有源层1、上波导层1、上限制层1、再生机构、下限制层I1、下波导层I1、有源层I1、上波导层I1、电流阻挡层、上限制层I1、P型欧姆接触层构成的半导体激光器外延结构。为实现上述目的，本专利技术米用的技术方案为，针对光混频产生太赫兹波的半导体激光器提出一种新型双波长半导体激光器，两个波长分别是从同一激光器的不同有源区经过光腔耦合后输出，这样就能够得到同步的，每一个波长都是单模的，每个有源区的发射能量只集中在对应波长内，只输出两个分立的波长的半导体激光器。本专利技术中，再生机构作为波导的一部分，它的作用是隔离两个子有源区的光场，使得两个波长的光独立出射，这需要将子有源区的波导设计成上下限制层不对称材料，使得子有源区的光场分别自隧道结两边向量子阱区压缩，这样两个有源区不同波长的光场相互独立。其次，光混频成太赫兹的两个波长频率相差很小，可以通过调整压应变量子阱材料与阱厚度来调节使得激射波长有差别。其制造方法包括以下步骤:本专利技术具体制作方法有以下几个步骤:步骤一，在衬底上依次生长下限制层1、有源层1、上限制层1、再生机构、下限制层I1、有源层I1、电流阻挡层、上限制层I1、P型欧姆接触层；步骤二，腐蚀除去P型欧姆接触层和上限制层II的两侧，在P型欧姆接触层的纵轴中心位置形成一个脊型台，P型欧姆接触层上下贯通，上限制层I上下不贯通；步骤三，在上限制层和脊型台的上表面上淀积电绝缘介质，即二氧化硅绝缘层；步骤三，在上限制层II和脊型台的上表面上淀积电绝缘介质；步骤四，腐蚀去除脊型台表面上的二氧化硅绝缘层，形成覆盖于上限制层II的上表面及脊型台侧面的二氧化硅介质层；步骤五，在二氧化硅绝缘层和脊型台的上表面上制备上层P型电极；步骤六，对衬底进行减薄抛光后在其上制备下层N型电极；步骤七，将制作完成的芯片解离，然后用湿法氧化的方法氧化高铝层，在两侧各生成一层电流阻挡层。步骤一中的再生机构可以是隧道结或者是薄金属层。电流阻挡层采用的是在有源区上生长一层高铝组分，然后用湿法氧化的方法氧化高铝组分层形成氧化层，这层氧化层就是电流阻挡层；或者是用质子轰击的方法形成电流阻挡层。生长限制层、具有量子阱结构的有源区、高铝组分层、欧姆接触层可以采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)0步骤二中可以采用湿法腐蚀或干法刻蚀的方法刻蚀脊型台；正面电极和背面电极可以通过溅射技术、热蒸发技术、电子束蒸发技术或离子辅助电子束蒸发技术制备；该方法在步骤六之后，将氧化后的管芯并在激光器的前后腔面上分别镀上增透膜和高反膜，这样便可以提高激光器的输出功率，还能保护激光器腔面；上层P型电极和下层N型电极可以通过溅射技术、热蒸发技术、电子束蒸发技术或离子辅助电子束蒸发技术制备。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果:1、本专利技术通过在同一衬底上生长两个输出波长不同的有源区，其间用再生机构连接，其特点是两个波长的光分别为单纵模，波长随环境(温度，电流注入调制等)漂移一致保持同步，输出功率大、制备简单、可靠性强。2、同时在半导体激光器端面引入垂直腔面半导体激光器的湿法氧化工艺，氧化高铝组分层，形成电流阻挡层；或者用质子轰击的方法，生成一层电流阻挡层，这样限制了有源区II的载流子扩散，使得两个子有源区电流扩展基本相同，达到限制电流扩展的目的。3、现有常见的利用双波长光混频产生太赫兹的方法，都是利用两个半导体激光器产生两个不同波长，经过光混频产生太赫兹波，这种方法组合需要两套光路，组装时间长、体积增大，且成本提高。本专利技术是在一个半导体激光器上产生两个不同波长，简单且便于操作，更好的实现了同步性。【专利附图】【附图说明】附图为本专利技术提供的双波长输出光混频产生太赫兹波的半导体激光器的侧向剖面示意图。图中:1、衬底2、下限制层I 3、下波导层I 4、有源层I 5、上波导层I 6、上限制层I 7、再生机构8、下限制层II 9、下波导层II 10、有源层II 11、上波导层II 12、电流阻挡层13、上限制层II 14、二氧化硅绝缘层15、下层N型电极16、上层P型电极17、P型欧姆接触层。【具体实施方式】以下将结合附图对本专利技术作进一步说明。如附图所示为本专利技术提供的双波长输出光混频产生太赫本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双波长输出光混频产生太赫兹波的半导体激光器及制造方法，其特征在于：双波长输出光混频产生太赫兹波的半导体激光器包括衬底（1）、N型限制层（2）、下波导层Ⅰ（3）、有源层Ⅰ（4）、上波导层Ⅰ（5）、P型限制层（6）、再生机构（7）、N型限制层（8）、下波导层Ⅱ（9）、有源层Ⅱ（10）、上波导层Ⅱ（11）、电流阻挡层（12）、P型限制层（13）、二氧化硅绝缘层（14）、下层N型电极（15）、上层P型电极（16）、P型欧姆接触层（17）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：崔碧峰，凌小涵，张松，王晓玲，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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