全息光刻制备LC-DFB及光栅刻蚀优化

成功制备出室温激射波长为2 μm的GaSb基侧向耦合分布反馈量子阱激光器.采用全息曝光及电感耦合等离子体刻蚀技术制备二阶布拉格光栅.优化了光栅制备的刻蚀条件,并获得室温2 μm单纵模激射.激光器输出光功率超过5 mW,最大边模抑制比达到24 dB.     

室温低阈值分布反馈量子级联激光器

报道了室温脉冲工作和低温下连续工作的分布反馈量子级联激光器(DFB-QCL),提出了一种新型波导和光栅制备技术,同时获得了合适的光耦合系数和低的波导损耗.利用这种方法研制出波长为7.7μm的分布反馈量子级联激光器.激光器可以在大的温度范围内(155～320K)实现单模激射,边模抑制比约30dB.DFB-QCL在室温脉冲工作时阈值电流密度为970A/cm2,峰值输出功率达到75mW.该激光器还可以在连续模式下工作,最高工作温度为130K.     

室温低阈值分布反馈量子级联激光器

报道了室温脉冲工作和低温下连续工作的分布反馈量子级联激光器(DFB-QCL),提出了一种新型波导和光栅制备技术,同时获得了合适的光耦合系数和低的波导损耗.利用这种方法研制出波长为7.7μm的分布反馈量子级联激光器.激光器可以在大的温度范围内(155～320K)实现单模激射,边模抑制比约30dB.DFB-QCL在室温脉冲工作时阈值电流密度为970A/cm2,峰值输出功率达到75mW.该激光器还可以在连续模式下工作,最高工作温度为130K.     

5.36μm InP基一维光子晶体量子级联激光器

制作了基于InP基量子级联激光器的一维光子晶体.采用普通光学曝光的方法代替电子束曝光,结合反应耦合等离子刻蚀,在激光器的一侧腔面制作出4个周期的空气/半导体对作为Bragg反射器.对于一个22μm宽,2mm长的正焊器件,80K下的光谱测试证实了其准连续激射,激射波长为5.36μm.     

5.36μm InP基一维光子晶体量子级联激光器

制作了基于InP基量子级联激光器的一维光子晶体.采用普通光学曝光的方法代替电子束曝光,结合反应耦合等离子刻蚀,在激光器的一侧腔面制作出4个周期的空气/半导体对作为Bragg反射器.对于一个22μm宽,2mm长的正焊器件,80K下的光谱测试证实了其准连续激射,激射波长为5.36μm.     

InAs/InP量子点激光器制备工艺研究

报道了通过化学湿刻蚀制备窄脊条InAs/InP量子点激光器的方法。激光器脊条主要是由半导体材料InGaAs和InP构成,通过选择合适配比的H2SO4∶H2O2∶H2O和H3PO4∶HCl腐蚀溶液和InP的腐蚀方向,在室温下选择性地腐蚀了InGaAs和InP,获得了窄脊条宽为6μm的量子点激光器。此激光器能够在室温连续波模式下工作,激射波长在光纤通信重要窗口1.55μm,单面最大输出功率超过12mW。     

MOCVD生长InGaAs/InGaAsP多量子阱光泵微碟激光器

用MOCVD方法生长了InGaAs/InGaAsP多量子阱微碟激光器外延片,用光刻、干法刻蚀和湿法刻蚀等现代化的微加工技术制备出直径9.5μm的InGaAs/InGaAsP微碟激光器,并详细介绍了整个制备工艺过程．在液氮温度下用氩离子激光器泵浦方式实现了低阈值光泵激射,测出单个微碟激光器的阈值光功率为150μW,激射波长约为1.6μm,品质因数Q=800,激射光谱线宽为2nm,同时指出微碟激光器激射线宽比F-P普通激光器宽很多是由于其品质因数很高造成的．     

MOCVD生长InGaAs/InGaAsP多量子阱光泵微碟激光器

用 MOCVD方法生长了 In Ga As/ In Ga As P多量子阱微碟激光器外延片 ,用光刻、干法刻蚀和湿法刻蚀等现代化的微加工技术制备出直径 9.5μm的 In Ga As/ In Ga As P微碟激光器 ,并详细介绍了整个制备工艺过程 .在液氮温度下用氩离子激光器泵浦方式实现了低阈值光泵激射 ,测出单个微碟激光器的阈值光功率为 15 0μW,激射波长约为 1.6μm,品质因数 Q=80 0 ,激射光谱线宽为 2 nm,同时指出微碟激光器激射线宽比 F- P普通激光器宽很多是由于其品质因数很高造成的     

1.3μm GaAs基GaInNAs量子阱生长与激光器研制

报道了中国第一只1.30μm单量子阱边发射激光器的材料生长、器件制备及特性测试.通过优化分子束外延生长参数,调节In和N组分含量使GaInNAs量子阱的发光波长覆盖1.3μm范围.脊形波导条形结构单量子阱边发射激光器,实现了室温连续激射,激射波长为1.30μm,阈值电流密度为1kA/cm2,输出功率为30mW.     

刻蚀端面AlGaInAs/AlInAs激光器的制作与特性

利用Cl2／BCl3／CH4电感应耦合等离子体（ICP）干法刻蚀技术，实现了对AlGaInAs，InP材料的非选择性刻蚀。AlGaInAs与InP的刻蚀速率分别为820nm／min与770nm／min，获得了刻蚀深度为4．9μm，垂直光滑的AlGaInAs／AlInAs激光器的刻蚀端面。在此基础上制作出宽接触的刎蚀端面AlGaInAs／AlInAs激光器，实现了室温脉冲激射，其阈值电流和微分量子效率与传统的解理端面激光器基本相当。并通过刻蚀端面与解理端面激光器特性的比较（包括电流-电压、电流输出光功率以及远场特性），分析了刻蚀端面的引入对激光器特性的影响。     

非统一多量子阱波长可选DFB激光器

报道了一种单片集成的串联DFB激光器芯片,在合适工作条件下,可以在疏波分复用(CWDM)的两个信道波长激射。芯片通过非统一多量子阱有源区拓宽材料增益谱,给DFB激光器的纯折射率光栅引入弱增益耦合,提高DFB激光器的动态单模特性。芯片采用普通DFB激光器的制备工艺制备,工艺简单成本低,重复性高。测试结果表明,芯片能够在1.51μm和1.53μm两个波长激射,出光功率均能达到6mW以上,边模抑制比均达到40dB。     

基于表面曲线光栅的高功率窄线宽半导体激光器

随着智能感知技术的快速发展，高功率、窄线宽的半导体激光光源成为研究热点。通过在边发射半导体激光器件表面引入高阶曲线光栅，设计了一种独特的非稳谐振腔结构，可实现高功率和窄线宽。采用紫外光刻和电感耦合等离子体（ICP）刻蚀技术，制备了周期为6.09μm、占空比为0.66、刻蚀深度为500 nm的曲线光栅。在室温条件下，测得腔长为2 mm的器件的阈值电流为220 mA，连续输出功率为1.48 W，斜率效率为0.63 W/A。比较了法布里-珀罗激光器、直线光栅分布式反馈（DFB）激光器和曲线光栅DFB激光器的光谱，结果表明，曲线光栅对半导体激光器的模式选择起到了关键作用，有利于实现高功率DFB激光器的窄线宽单模输出。该器件具有制作工艺相对简单、性能优异、可靠性高等特点，具有广阔的应用前景。     

应变补偿InGaAs/InAlAs量子级联激光器

利用应变补偿的方法研制出激射波长λ≈3.5—3.7μm的量子级联激光器.条宽20μm,腔长1.6mm的InxGa1-xAs/InyAl1-yAs量子级联激光器已实现室温准连续激射.在最大输出功率处的准连续激射可持续30min以上.     

双波长高阶光栅分布布拉格反射半导体激光器的研究

为了获得适用于非线性差频法产生太赫兹波的双波长半导体激光器,设计并利用普通光刻技术制备了一种双波长高阶光栅分布布拉格反射(DBR)激光器。这种DBR激光器是在条宽为100μm的光波导上,制备了一组周期为9.5μm,沟槽宽度为1.36μm,光栅长度为100μm的高阶光栅结构,实现高功率连续双波长激射,短波长光模式的边模抑制比大于35 d B,长波长光模式的边模抑制比为39 d B,光谱半峰全宽均为0.04 nm,双波长间隔大于0.58nm,适用于光混频产生太赫兹波。注入电流1.2 A时,实现了单边88 m W的高功率激射。提出了一种可实现高功率双波长激光输出的高阶光栅DBR激光器结构,为双波长半导体激光器的大规模生产提供了一种新方法。     

应变补偿InGaAs/InAlAs量子级联激光器

利用应变补偿的方法研制出激射波长 λ≈ 3.5— 3.7μm的量子级联激光器 .条宽 2 0 μm,腔长 1 .6mm的 Inx Ga1- x As/Iny Al1- y As量子级联激光器已实现室温准连续激射 .在最大输出功率处的准连续激射可持续 30 min以上 .     

红光GaInP/AlGaInP正方形微腔激光器

利用普通光刻和感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术制作了红光GaInP/AlGaInP正方形微腔激光器,光功率电流曲线表明,器件实现了200 K的低温激射。对边长为10μm、输出波导长为30μm的正方形微腔激光器,室温测量得到的纵模模式间距为1.3 nm,所对应的是由输出波导和正方形腔组成的F-P腔的F-P模式。采用二维时域有限差分法(FDTD),模拟研究了侧壁粗糙对正方形腔模式品质因子的影响。     

室温激射应变补偿5.5μm量子级联激光器

利用应变补偿和优化波导结构来提高量子级联激光器的性能,实现了波长为5.5μm量子级联激光器的室温激射.利用双晶X射线衍射实验对材料生长质量进行了检验.对于条宽为20μm,长为2mm的脊形波导激光器,室温最大输出功率为单腔面45mW.     

室温激射应变补偿5.5μm量子级联激光器

利用应变补偿和优化波导结构来提高量子级联激光器的性能,实现了波长为5.5μm量子级联激光器的室温激射.利用双晶X射线衍射实验对材料生长质量进行了检验.对于条宽为20μm,长为2mm的脊形波导激光器,室温最大输出功率为单腔面45mW.     

Room Temperature Operation of Strain-Compensated 5.5μm Quantum Cascade Lasers

利用应变补偿和优化波导结构来提高量子级联激光器的性能，实现了波长为5.5μm量子级联激光器的室温激射. 利用双晶X射线衍射实验对材料生长质量进行了检验. 对于条宽为20μm，长为2mm的脊形波导激光器，室温最大输出功率为单腔面45mW.     

基于多层抗蚀剂的GaAs基微纳光栅深刻蚀工艺

采用电子束光刻技术制备出了深刻蚀的GaAs基微纳光栅。针对电子束曝光过程中存在的由邻近效应引起的光栅结构图形失真和变形的问题,本课题组采用厚度较薄的PMMA A4抗蚀剂和SiO₂薄膜形成多层抗蚀剂来减小邻近效应,同时将SiO₂薄膜作为硬掩模,实现了高深宽比的光栅结构。此外,针对电感耦合等离子体刻蚀过程中光栅结构出现长草的现象,通过增强电感耦合等离子体的物理刻蚀机制,有效消除了结构底部的草状结构。扫描电镜测试结果显示：将100 nm厚SiO₂作为硬掩模,可以实现周期为1.00μm、占空比为0.45、刻蚀深度为1.02μm的光栅结构,该光栅结构具有陡直的侧壁形貌以及良好的周期性和均匀性。在该工艺条件下,电感耦合等离子体刻蚀工艺对SiO₂掩模的刻蚀选择比可达26.9∶1。最后,将该结构应用于分布式布拉格反射锥形半导体激光器中,获得了线宽为40 pm的激光输出。这表明,采用电子束光刻技术制备的光栅结构对半导体激光器具有很好的选模特性。