[发明专利]基于拓扑结构的激光器阵列及其制作方法

说明书

本发明公开了基于拓扑结构的激光器阵列及其制作方法，包括：N型金属层；有源外延组件设置于N型金属层的上表面；拓扑结构通过刻蚀有源外延组件的顶部而形成，拓扑结构包括：中心脊形波导设置于有源外延组件的中心对称轴处，并沿第一方向延伸；脊形波导阵列包括分布于中心脊形波导两侧的多个脊形波导组阵，并在第二方向上关于中心脊形波导对称周期分布；通过刻蚀有源外延组件的顶部形成移相区的调制脊形波导，调制脊形波导与拓扑结构在第一方向上首尾相连，调制脊形波导关于中心脊形波导呈对称周期分布，以使得将反相模式的拓扑边界态转换成同相模式的拓扑边界态；绝缘层设置于拓扑结构和移相区的上表面；P型金属层设置于绝缘层的上表面。

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种基于拓扑结构的激光器阵列及其制作方法。

背景技术

半导体激光器的电光转化效率较高，具有覆盖波段范围广、 寿命长、 能直接调制、体积小、 成本低等优点，应用广泛。

许多应用对于半导体激光器的输出功率、亮度有较高的要求，例如，近红外波段激光器应用于激光工业加工领域，包括激光焊接、激光熔覆、激光切割等方面，均需要足够高的输出功率与亮度来实现；通讯波段激光器应用于光纤通信、激光雷达等领域时对输出激光的功率以及单模特性也有极高的要求；在中红外波段，应用于空间通信的激光器器件需要克服大量空间光损耗，对输出光功率以及稳定性的要求则更为苛刻。故提高半导体激光器的输出功率和亮度一直是半导体激光器的研究重点。

发明内容

针对于现有的技术问题，本发明提供一种基于拓扑结构的激光器阵列及其制作方法，用于至少部分解决以上技术问题，实现输出高功率、高亮度的激光。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明实施例提供了一种基于拓扑结构的激光器阵列，包括：

N型金属层；

有源外延组件，设置于所述N型金属层的上表面；

拓扑结构，通过刻蚀所述有源外延组件的顶部而形成，所述拓扑结构包括：

中心脊形波导，设置于所述有源外延组件的中心对称轴处，并沿第一方向延伸；以及

脊形波导阵列，包括分布于所述中心脊形波导两侧的多个脊形波导组阵，并关于所述中心脊形波导对称分布，沿与所述第一方向垂直的第二方向周期分布，以形成拓扑边界态电场；

移相区，通过刻蚀所述有源外延组件的顶部形成调制脊形波导，所述调制脊形波导与所述拓扑结构在所述第一方向上首尾相连，所述调制脊形波导关于所述中心脊形波导呈对称周期分布，以使得将反相模式的拓扑边界态转换成同相模式的拓扑边界态；

绝缘层，所述绝缘层设置于所述拓扑结构和所述移相区的上表面；以及

P型金属层，设置于所述绝缘层的上表面。

根据本发明的实施例，所述有源外延组件包括自下而上依次层叠分布的N型衬底层、N型盖层、N型扩展层、有源层、P型扩展层、P型盖层和P型接触层。

根据本发明的实施例，所述中心脊形波导和相邻的所述脊形波导组阵之间的第一间距，与位于同侧的两个相邻的所述脊形波导组阵之间的第二间距相等。

根据本发明的实施例，每个所述脊形波导组阵包括两个脊形波导单元，两个所述脊形波导单元之间的第三间距小于所述第二间距。

根据本发明的实施例，所述绝缘层上与拓扑态电场分布极大值的所述拓扑结构对应的位置上设置有电极窗口，所述电极窗口被构造为注入电流，形成电隔离，以构建图形化电极结构。

根据本发明的实施例，所述电极窗口的长度从所述中心脊形波导沿所述第二方向向两侧呈指数型减小，其中，指数底数等于所述拓扑结构的两个耦合系数比值。

根据本发明的实施例，在相邻的所述调制脊形波导之间间隔K个脊形波导单元，所述K根据拓扑边界态光场的折射率的周期性变化来确定。