光子晶体激光器及其制备方法与流程

技术特征：
1.一种光子晶体激光器，包括：光子晶体部，其中，所述光子晶体部包括阵列排布的多个通孔，所述光子晶体部包括中心区域和环绕所述中心区域的外围区域，所述多个通孔包括在所述中心区域阵列排布的第一通孔和在所述外围区域阵列排布的第二通孔；所述第一通孔的相对排布密度与所述第二通孔的相对排布密度不同，且在同一方向上，任意相邻的两个所述第一通孔之间的第一间距的方差的范围为1~100。2.根据权利要求1所述的光子晶体激光器，其中，任意相邻的两个所述第一通孔之间的最小距离为第二间距，任意相邻的两个所述第二通孔之间的最小距离为第三间距，所述第一通孔的相对排布密度大于所述第二通孔的相对排布密度，所述第二间距小于所述第三间距；或者，所述第一通孔的相对排布密度小于所述第二通孔的相对排布密度，所述第二间距大于所述第三间距。3.根据权利要求2所述的光子晶体激光器，其中，任意相邻的所述第一通孔和所述第二通孔之间的最小距离为第四间距，所述第一通孔的相对排布密度大于所述第二通孔的相对排布密度，所述第四间距大于所述第二间距且小于所述第三间距；或者，所述第一通孔的相对排布密度小于所述第二通孔的相对排布密度，所述第四间距大于所述第三间距且小于所述第二间距。4.根据权利要求1~3中任一项所述的光子晶体激光器，其中，在所述中心区域和所述外围区域之间还包括过渡区域，所述通孔还包括在所述过渡区域中阵列排布的第三通孔，任意相邻的两个所述第三通孔之间的最小距离为第五间距，所述第一通孔的相对排布密度大于所述第三通孔的相对排布密度，且所述第三通孔的相对排布密度大于所述第二通孔的相对排布密度，所述第二间距小于所述第五间距，且所述第五间距小于所述第三间距；或者，所述第一通孔的相对排布密度小于所述第三通孔的相对排布密度，且所述第三通孔的相对排布密度小于所述第二通孔的相对排布密度，所述第二间距大于所述第五间距，且所述第五间距大于所述第三间距。5.根据权利要求4所述的光子晶体激光器，其中，相邻的所述第三通孔和所述第一通孔之间的最小距离为第六间距，相邻的所述第三通孔和所述第二通孔之间的最小距离为第七间距，所述第一通孔的相对排布密度大于所述第三通孔的相对排布密度，且所述第三通孔的相对排布密度大于所述第二通孔的相对排布密度，所述第六间距小于所述第五间距，且所述第五间距小于所述第七间距；或者，所述第一通孔的相对排布密度小于所述第三通孔的相对排布密度，且所述第三通孔的相对排布密度小于所述第二通孔的相对排布密度，所述第六间距大于所述第五间距，且所述第五间距大于所述第七间距。6.根据权利要求5所述的光子晶体激光器，其中，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔的平面形状相同且平面尺寸相同。7.根据权利要求1~3中任一项所述的光子晶体激光器，其中，所述第一通孔呈矩阵排列，呈矩阵排列的所述第一通孔的整体的外轮廓形状为四边形，所述第二通孔分设在所述四边形的各条边的远离所述中心区域的中心的一侧，且所述第二通孔包围所述呈矩阵排列的所述第一通孔的整体。8.根据权利要求7所述的光子晶体激光器，其中，所述第一通孔形成的矩形阵列为方形阵列，所述中心区域的平面形状为正方形；
所述外围区域包括四个边区域和四个角区域，所述四个边区域与所述四个角区域的形状均为矩形；所述四个边区域每个的靠近所述中心区域的长边分别与所述中心区域的四个边对齐排列且长度相等；所述四个角区域分别位于所述中心区域的四个角的远离所述正方形的中心的方向上，且所述四个角区域每个的相邻的两个边分别和与之相邻的两个边区域的与之靠近的短边对齐排列且长度相等。9.根据权利要求8所述的光子晶体激光器，其中，所述四个边区域均为由na
×
nb个所述第二通孔排列成的矩形区域，所述四个角区域均为由nb
×
nb个所述第二通孔排列成的方形区域，na和nb均为正整数。10.根据权利要求1~3中任一项所述的光子晶体激光器，还包括有源层和设置在所述有源层和所述光子晶体部之间的第一介质层，其中，所述有源层配置为发射光与作为光增益介质。11.根据权利要求10所述的光子晶体激光器，还包括设置在所述光子晶体部的远离所述第一介质层的一侧的第二介质层，其中，每个所述通孔沿着其通道的延伸方向包括相对的第一端和第二端，所述第一端与所述第一介质层连接，所述第二端与所述第二介质层连接。12.根据权利要求11所述的光子晶体激光器，还包括：n型衬底；依次设置在所述n型衬底上的n型半导体重掺杂层和n型半导体掺杂层；依次设置在所述有源层的远离所述n型衬底的一侧的p型半导体掺杂层和p型半导体重掺杂层；设置在所述p型半导体重掺杂层的远离所述n型衬底的一侧的p型电极层；以及设置在所述n型半导体重掺杂层的远离所述n型衬底的一侧且与所述n型半导体掺杂层间隔设置的n型电极层；其中，所述有源层设置在所述n型半导体掺杂层的远离所述n型衬底的一侧；所述p型半导体重掺杂层配置为所述第二介质层；所述p型半导体掺杂层配置为所述光子晶体部和所述第一介质层。13.根据权利要求11所述的光子晶体激光器，还包括：n型衬底；依次设置在所述n型衬底上的n型半导体重掺杂层和n型半导体掺杂层；依次设置在所述有源层的远离所述n型衬底的一侧的p型半导体掺杂层和p型半导体重掺杂层；设置在所述p型半导体重掺杂层的远离所述n型衬底的一侧的p型电极层，以及设置在所述n型半导体重掺杂层的远离所述n型衬底的一侧且与所述n型半导体掺杂层间隔设置的n型电极层；其中，所述有源层设置在所述n型半导体掺杂层的远离所述n型衬底的一侧；所述n型半导体重掺杂层配置为所述第二介质层；所述n型半导体掺杂层配置为所述光子晶体部和所述第一介质层。
14.一种光子晶体激光器的制备方法，包括：提供衬底基板；在所述衬底基板上形成第一种类型的半导体掺杂层薄膜；在所述第一种类型的半导体掺杂层薄膜上施加阻蚀剂，并对其进行预固化处理以形成阻蚀剂层；采用压印模板对所述阻蚀剂层进行纳米压印，以将所述压印模板的图案转移到所述阻蚀剂层，并对其进行固化处理以形成阻蚀剂层图案；以所述阻蚀剂层图案为掩膜对所述第一种类型的半导体掺杂层薄膜进行构图工艺以形成光子晶体层，并去除所述阻蚀剂层图案；其中，所述光子晶体层包括光子晶体部，所述光子晶体部包括阵列排布的多个通孔，所述光子晶体部包括中心区域和环绕所述中心区域的外围区域，所述多个通孔包括在所述中心区域阵列排布的第一通孔和在所述外围区域阵列排布的第二通孔；所述第一通孔的相对排布密度和所述第二通孔的相对排布密度不同，且在同一方向上，任意相邻的两个所述第一通孔之间的第一间距的方差的范围为1~100。15.根据权利要求14所述的制备方法，还包括：在所述衬底基板上形成有源层薄膜；在所述有源层薄膜和所述光子晶体层之间形成第一介质层薄膜；其中，所述有源层薄膜配置为发射光与作为光增益介质。16.根据权利要求15所述的制备方法，还包括：在所述光子晶体层的远离所述第一介质层薄膜的一侧形成第二介质层薄膜，其中，所述第二介质层薄膜的材料为第一种类型的半导体的重掺杂材料，每个所述通孔沿着其通道的延伸方向包括相对的第一端和第二端，所述第一端与所述第一介质层薄膜连接，所述第二端与所述第二介质层薄膜连接。17.根据权利要求16所述的制备方法，还包括在所述衬底基板上形成第二种类型的半导体掺杂层薄膜，其中，所述第二种类型的半导体掺杂层薄膜和所述有源层薄膜与所述光子晶体层设置在所述衬底基板的同一表面，且所述有源层薄膜夹设在所述光子晶体层和所述第二种类型的半导体掺杂层薄膜之间。18.根据权利要求17所述的制备方法，还包括在所述第二种类型的半导体掺杂层薄膜的远离所述有源层薄膜的一侧形成第二种类型的半导体重掺杂层薄膜。19.根据权利要求18所述的制备方法，其中，所述第一种类型的半导体掺杂层薄膜为p型半导体掺杂层薄膜，所述第二种类型的半导体掺杂层薄膜为n型半导体掺杂层薄膜，在以所述阻蚀剂层图案为掩膜对所述第一种类型的半导体掺杂层薄膜进行构图工艺形成光子晶体层的过程中，还包括在所述光子晶体层的靠近所述衬底基板的一侧形成第一介质层薄膜，且所述光子晶体层和所述第一介质层薄膜为一体结构。20.根据权利要求19所述的制备方法，还包括在所述第二介质层薄膜的远离所述衬底基板的一侧形成硬掩膜，在所述硬掩膜的远离所述衬底基板的一侧形成光刻胶层，对所述光刻胶层进行构图以形成覆盖预设区域的光刻胶图案，以所述光刻胶图案为掩膜对所述硬掩膜进行构图并去除所述光刻胶图案，以形成硬掩膜图案，以所述硬掩膜图案为掩膜对所述第二介质层薄膜、所述光子晶体层、所述第一介质层薄膜、所述有源层薄膜和第二种类型的半导体掺杂层薄膜进行构图工艺以分别形成第二介质层、光子晶体部、第一介质层、有源
层和第二种类型的半导体掺杂层，且所述第二种类型的半导体掺杂层在所述衬底基板上的正投影的边缘与所述第二种类型的半导体重掺杂层薄膜在所述衬底基板上的正投影的边缘之间均存在间隙。21.根据权利要求20所述的制备方法，还包括：去除所述硬掩膜图案，在所述第二介质层的远离所述衬底基板的一侧形成p型电极层，且在所述间隙中在所述第二种类型的半导体重掺杂层薄膜的远离所述衬底基板的一侧形成n型电极层。22.根据权利要求18所述的制备方法，其中，所述第一种类型的半导体掺杂层薄膜为n型半导体掺杂层薄膜，所述第二种类型的半导体掺杂层薄膜为p型半导体掺杂层薄膜，所述制备方法还包括：在所述第二种类型的半导体重掺杂层薄膜的远离所述衬底基板的一侧形成硬掩膜，在所述硬掩膜的远离所述衬底基板的一侧形成光刻胶层，对所述光刻胶层进行构图以形成覆盖预设区域的光刻胶图案，以所述光刻胶图案为掩膜对所述硬掩膜进行构图并去除所述光刻胶图案，以形成硬掩膜图案，以所述硬掩膜图案为掩膜对所述第二种类型的半导体重掺杂层薄膜、所述第二种类型的半导体掺杂层薄膜、所述有源层薄膜、所述第一介质层薄膜和所述光子晶体层薄膜进行构图工艺以分别形成第二种类型的半导体重掺杂层、第二种类型的半导体掺杂层、有源层、第一介质层和光子晶体部，且所述光子晶体部在所述衬底基板上的正投影的边缘与所述第一种类型的半导体重掺杂层薄膜在所述衬底基板上的正投影的边缘之间均存在间隙。23.根据权利要求22所述的制备方法，还包括：去除所述硬掩膜图案，在所述第二种类型的半导体重掺杂层的远离所述衬底基板的一侧形成p型电极层，且在所述间隙中在所述第一种类型的半导体重掺杂层薄膜的远离所述衬底基板的一侧形成n型电极层。

技术总结
一种光子晶体激光器及其制备方法，该制备方法包括：形成第一种类型的半导体掺杂层薄膜、阻蚀剂层；采用压印模板对阻蚀剂层进行纳米压印，将压印模板的图案转移到阻蚀剂层，对其进行固化处理以形成阻蚀剂层图案；以阻蚀剂层图案为掩膜对第一种类型的半导体掺杂层薄膜进行构图工艺以形成光子晶体层；该光子晶体层包括光子晶体部，其包括阵列排布的多个通孔、中心区域和外围区域，多个通孔包括分别在中心区域和在外围区域阵列排布的第一通孔和第二通孔；第一通孔和第二通孔的相对排布密度不同，在同一方向上，任意相邻的两个第一通孔之间的第一间距的方差的范围为1~100，采用纳米压印技术形成光子晶体部有助于提升生产效率、降低生产成本。降低生产成本。降低生产成本。


技术研发人员：顾俊逸 陈子豪 朱晓琪 彭超
受保护的技术使用者：微源光子（深圳）科技有限公司
技术研发日：2022.12.02
技术公布日：2022/12/30