[发明专利]一种半导体六边形微米碟激光器

说明书

本发明属于半导体微腔激光器领域，为解决六边形回音壁模式品质因子低与三角形回音壁模式出射难的问题：公开了一种半导体六边形微米碟激光器，该装置利用高折射率增益材料的受激辐射物理特性，通过分布式布拉格反射层来降低微腔激光器光学损耗，半导体六边形微米碟作为光学谐振腔与激光增益物质，激光器作为光学泵浦源提供光学增益，当增益超过微腔激光器阈值后产生激光出射；通过控制泵浦源激光光斑位于六边形微米碟角落，在受激辐射后产生双三角回音壁光学谐振模式的激光出射。本发明相比较常规六边形和三角形回音壁光谐振模式的激光器同时具有高的品质因子和易于激光出射的优点。

技术领域

本发明涉及半导体微腔激光器领域，具体涉及一种半导体六边形微米碟激光器。

背景技术

半导体材料在微纳发光器件与光电集成领域具有广阔的应用价值从而受到了科学家们的广泛关注。特别对于具有高折射率，直接带隙的半导体，如GaN,ZnO，GaAs，InP,钙钛矿等，可以直接作为增益物质与谐振腔来制作微腔激光器。此外，GaInN，AlGaN,GaInAs等化合物制作的探测器与发光器件还可以覆盖紫外，可见光，以及近红外的宽波段。回音壁模式(Whispering-gallery Mode)微腔激光器由于使用光在介质表面全反射形成周期性谐振的原理，相较于法布里-珀罗模式(Fabry–Pérot Mode)具有体积小，品质因子高，阈值低，易集成等优点而被广泛研究。基于半导体材料的回音壁模式微腔激光器，可用于光通信，光存储，化学生物探测等领域。

目前报道的半导体回音壁模式微腔激光器方面的研究主要使用微米碟结构，其中六边形微米碟被广泛研究，这是由于多数宽禁带，直接带隙的半导体多为纤锌矿结构，导致外延生长获得的微米碟为六棱柱的几何形态。同时在六边形谐振腔光学模式研究中，报道的多为六边形和三角形回音壁模式，例如：六边形回音壁模式方案(参见[Rui Chen and BoLing,”Room Temperature Excitonic Whispering Gallery Mode Lasing from High-Quality Hexagonal ZnO Microdisks”,Advanced Materials,vol.23,no.19.pp.2199+,2011])以及三角形回音壁模式方案(参见[Kouno T,”Lasing Action on WhisperingGallery Mode of Self-Organized GaN Hexagonal Microdisk Crystal Fabricated byRF-Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy”,Ieee Journal of QuantumElectronics,vol.47,no.12,pp.1565-1570,2011])。通过Wiersig,J.(参见[“Hexagonaldielectric resonators and microcrystal lasers”,Physical Review A,vol.67,no.2,pp.12,2003])的理论研究显示六边形回音壁模式光路径位于谐振腔边缘，由于光学衍射原理使得光可以从角落出射，但是其品质因子相较于三角形回音壁模式要低很多。另一方面三角形回音壁模式中光的反射区域位于六边形每个边的中心，使得内部循环的光很难出射从而降低了激光器的出光效率。因此这两个问题降低了半导体六边形微米碟激光器的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种半导体六边形微米碟激光器，以解决已有方案受限于六边形回音壁模式低品质因子与三角形回音壁模式难出射的缺点，具有兼顾高品质因子与易出射的优点。