边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器及制备方法

摘要

一种边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器，包括：一衬底；一下波导层，该下波导层生长在衬底的中间部位，在下波导层上依次生长有有源层、上波导层和盖层；一高掺杂层，该高掺杂层生长在盖层的上面，该高掺杂层为二维正方圆孔点阵结构，该点阵结构具有沿ГX方向的(0，1)级耦合机制；一二氧化硅层，该二氧化硅层生长在衬底两侧的上面和下波导层、有源层、上波导层和盖层的两侧，及高掺杂层两侧和高掺杂层上面的边缘部分；一正面金属电极层，该正面金属电极层生长在二氧化硅层的上面及高掺杂层的二维正方圆孔点阵结构的上面；一背面金属电极层生长在衬底的下面，形成边模抑制比为20dB的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器。

权利要求

1.一种边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器，其特征在于，包括：

17 -3

一掺杂浓度为3×10 cm 的n型InP衬底；

16 -3

一掺杂浓度为4×10 cm 的InGaAs下波导层，该InGaAs下波导层为n型掺杂，该InGaAs下波导层生长在n型InP衬底的中间部位，厚度0.4μm，在InGaAs下波导层上依次生长有InGaAs/InAlAs有源层、InGaAs上波导层和InGaAs盖层；所述InGaAs/

17 -3

InAlAs有源层注入区的掺杂浓度为3×10 cm ，厚度2.45μm，所述的InGaAs/InAlAs有源层为35个周期的InGaAs/InAlAs组成；所述InGaAs上波导层为n型掺杂，掺杂浓度为

16 -3 18 -3

4×10 cm ，厚度0.5μm；所述InGaAs盖层为n型掺杂，掺杂浓度为2×10 cm ，厚度

0.4μm；

18 -3

一InGaAs高掺杂层，该InGaAs高掺杂层为n型掺杂，掺杂浓度为9×10 cm ，厚度为0.2μm，该InGaAs高掺杂层生长在InGaAs盖层的上面，该InGaAs高掺杂层为二维正方圆孔点阵结构，该点阵结构具有沿ГX方向的(0，1)级耦合机制；

一二氧化硅层，该二氧化硅层生长在衬底上表面两侧的上面和InGaAs下波导层、InGaAs/InAlAs有源层、InGaAs上波导层和InGaAs盖层的两侧，及InGaAs高掺杂层两侧和InGaAs高掺杂层上面的边缘部分；

一正面金属电极层，该正面金属电极层生长在二氧化硅层的上面及InGaAs高掺杂层的二维正方圆孔点阵结构的上面；

一背面金属电极层生长在n型InP衬底的下面，形成波长为7.8μm、边模抑制比为

20dB的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器，该边模抑制比为20dB是温度为

80K时的值。

2.一种边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在衬底上依序生长有下波导层、有源层、上波导层、盖层和高掺杂层；

步骤2：通过双光束全息曝光法和湿法腐蚀的方法在高掺杂层的上面腐蚀出二维正方圆孔点阵结构；

步骤3：通过光刻和湿法腐蚀的方法，将衬底上的下波导层、有源层、上波导层、盖层和高掺杂层的两侧腐蚀，形成条形结构；

步骤4：在衬底上表面两侧的上面及条形结构的上面及两侧，采用化学汽相沉积的方法，生长一层二氧化硅层；

步骤5：将二维正方圆孔点阵结构上面的二氧化硅层刻蚀掉；

步骤6：在二氧化硅层的上面及高掺杂层的二维正方圆孔点阵结构的上面，采用热蒸发的方法，生长正面金属电极层；

步骤7：将衬底减薄、抛光；

步骤8：在减薄后的衬底的背面蒸发背面金属电极层，完成器件的制作。

3.按权利要求2所述的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的制备方法，其特征在于，其中在高掺杂层的上面腐蚀出二维正方圆孔点阵结构，是采用体积比为HBr∶HNO3∶H2O＝1∶1∶10的腐蚀液，腐蚀温度为室温。

4.按权利要求2所述的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的制备方法，其特征在于，其中所述的双光束全息曝光法是采用SPR6809光刻胶和稀释剂乳酸乙酯以

1∶2的体积比配制而成的光刻胶旋涂在高掺杂层的上面，对样品进行垂直90°的两次交叉曝光形成正方圆孔点阵；ГX方向沿着解理边方向。

5.按权利要求2所述的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的制备方法，其特征在于，其中所述的高掺杂层材料为InGaAs，该高掺杂层为n型掺杂，掺杂浓度为

18 -3

9×10 cm ，该高掺杂层的厚度为0.2-0.3μm。

6.按权利要求2所述的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的制备方法，其特征在于，其中所述的有源层为35个周期的InGaAs/InAlAs组成，该有源层的厚度为

2.25μm。

说明书

边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体光电器件技术领域，尤其涉及一种用于制备边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器及制备方法。

背景技术

[0002] 与普通的一维分布反馈结构和斜角分布反馈结构相比，二维光子晶体分布反馈结构的优点在于采用这类结构的量子级联激光器能够得到大功率输出、单模工作以及近衍射极限发散角的激光光束。 因此边发射电注入二维光子晶体分布反馈量子级联激光器在反雷达、自由空间光通信和远程化学成分检测方面有着重要的应用前景。

[0003] 尽管拥有着以上这些优点，边发射电注入二维光子晶体分布反馈量子级联激光器直到今年来才展开研究[Y.Bai，S.R.Darvish，S.Slivken，P.Sung，J.Nguyen，A.Evans，W.Zhang，and M.Razeghi，Electricallypumped photonic crystal distributed feedback quantum cascade lasers，Appl.Phys.Lett.91，141123(2007)]，其原因在于基于若折射率耦合的二维光反馈需要足够大的器件面积来提供足够大的光反馈，对于近红外二维光子晶体分布反馈激光器，单一器件面积可达到亚毫米级，而对于中红外的量子级联激光器和带间级联激光器，器件长度可达1—3mm，宽度达100—500μm。 如果此大的器件面积如果采用电子束曝光来制备，则不仅曝光时间很长，且价钱昂贵，制备效率极低，不适合大规模应用。 另外，大面积曝光本身对电子束曝光就是一个挑战，在保证图形中间的均匀有序外，还得保证边缘处图形的正确性。 而全息曝光作为一种新兴的光子晶体制备技术—能够制备大面积无缺陷的光子晶体点阵，且具有低成本高效率等优点—正在得到广泛的关注和研究[Z.Poole，D.Xu，K.P.Chen，I.Olvera，K.Ohlinger，and Y.Lin，Holographic fabrication ofthree-dimensional orthorhombic and tetragonal photonic crystaltemplates using a diffractiv optical element，Appl.Phys.Lett.91，251101(2007)]。 各种大面积的二维和三维光子晶体点阵已经用这种方法制备出来。

[0004] 然而，目前鲜有关于用全息法来制备二维光子晶体激光器的报道，其原因不外乎一下两点：一是与电子束曝光技术相比，全息法不能任意定义图形的形状，除非结合两步激光扫描技术和二次光刻技术，否则无法制备点缺陷或者线缺陷的二维光子晶体；二是全息法是一种光学曝光，受光学衍射极限限制，其能得到的最小周期为激光波长的一半。 对于常用的波长为441.6nm氦氖激光光源，能得到的最小波长为220.8nm，这已经小于或和红外和近红外二维光子晶体激光器的最小周期相当。 然而中红外的二维光子晶体分布反馈量子级联激光器而言，光子晶体点阵属于无缺陷类型，最小的点阵周期大于500nm，以上的两点限制对中红外分布反馈激光器不复存在。 故而，用全息法制备二维光子晶体将是二维分布反馈中红外的量子级联激光器得到广泛应用的关键所在。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器及制备方法，其可以降低二维光子晶体的制备成本，将大面积均匀的光子晶体点阵成功的运用到中红外量子级联激光器上，改善器件的性能得到器件的电注入式、边发射的单模工作。

[0006] 本发明提供一种边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器，其特征在于，包括：一衬底；一下波导层，该下波导层生长在衬底的中间部位，在下波导层上依次生长有有源层、上波导层和盖层；一高掺杂层，该高掺杂层生长在盖层的上面，该高掺杂层为二维正方圆孔点阵结构，该点阵结构具有沿ΓX方向的(0，1)级耦合机制；一二氧化硅层，该二氧化硅层生长在衬底两侧的上面和下波导层、有源层、上波导层和盖层的两侧，及高掺杂层两侧和高掺杂层上面的边缘部分；一正面金属电极层，该正面金属电极层生长在二氧化硅层的上面及高掺杂层的二维正方圆孔点阵结构的上面；一背面金属电极层生长在衬底的下面，形成边模抑制比为20dB的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器。

[0007] 本发明提供一种边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在衬底上依序生长有下波导层、有源层、上波导层、盖层和高掺杂层；步骤2：通过双光束全息曝光法和湿法腐蚀的方法在高掺杂层的上面腐蚀出二维正方圆孔点阵结构；步骤3：通过光刻和湿法腐蚀的方法，将衬底上的下波导层、有源层、上波导层、盖层和高掺杂层的两侧腐蚀，形成条形结构；步骤4：在衬底两侧的上面及条形结构的上面及两侧，采用化学汽相沉积的方法，生长一层二氧化硅层；步骤5：将二维正方圆孔点阵结构上面的二氧化硅层刻蚀掉；步骤6：在二氧化硅层的上面及高掺杂层的二维正方圆孔点阵结构的上面，采用热蒸发的方法，生长正面金属电极层；步骤6：将衬底减薄、抛光；

[0008] 步骤7：在减薄后的衬底的背面蒸发背面金属电极层，完成器件的制作。

附图说明

[0009] 为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

[0010] 图1为中红外二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的波导和二维点阵结构的截面示意图。

[0011] 图2为In0.52Ga0.48As材料在7.8μm波长处的折射率n1，消光系数n2以及体等离子体基元圆频率ωp随着掺杂浓度N的变化关系图。

[0012] 图3为激光器波导损耗与InGaAs接触层的掺杂浓度和厚度之间的关系图。

[0013] 图4(a、b)分别为沉积200nm InGaAs高掺杂层之前与之后的基横模的模式分布图，以及相应的波导损耗，有效折射率和模式限制因子。

[0014] 图5为波长为7.8μm的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器在80K下的光谱图，其边模抑制比高达20dB。

[0015] 图6为波长为7.8μm的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器在80K下的I-P曲线，其峰值功率达到154mW。

具体实施方式

[0016] 实施例7.8μm的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器及制备方法

[0017] 请参阅图1为波长7.8μm的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的波导和二维点阵结构的截面示意图。 本发明一种边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器，包括：

[0018] 一n型InP衬底10(3×1017cm-3)；

[0019] 一InGaAs下波导层11(n型掺杂，4×1016cm-3，厚度0.4μm)，该下波导层11生长在衬底10的中间部位，在下波导层11上依次生长有35级InGaAs/InAlAs有源层17 -3
12(注入区的掺杂浓度为3×10 cm ，厚度2.45μm)、InGaAs上波导层13(n型掺杂，
16 -3 18 -3
4×10 cm ，厚度0.5μm)和InGaAs盖层14(n型掺杂，2×10 cm ，厚度0.4μm)；

[0020] 一InGaAs高掺杂层15(n型掺杂，9×1018cm-3，厚度0.2μm)，该高掺杂层15生长在盖层14的上面，该高掺杂层15为二维正方圆孔点阵结构，该点阵结构具有沿ΓX方向的(0，1)级耦合机制；

[0021] 一二氧化硅层16，该二氧化硅层16生长在衬底10两侧的上面和下波导层11、有源层12、上波导层13和盖层14的两侧，及高掺杂层15两侧和高掺杂层15上面的边缘部分；

[0022] 一正面金属电极层17，该正面金属电极层17生长在二氧化硅层16的上面及高掺杂层15的二维正方圆孔点阵结构的上面；

[0023] 一背面金属电极层18生长在衬底10的下面，形成边模抑制比为20dB的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器。

[0024] 再请参阅图1所示，本发明一种边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的制备方法，包括如下步骤：

[0025] 步骤1：在衬底10上依序生长有下波导层11、有源层12、上波导层13、盖层14和高掺杂层15；所述的有源层12为35个周期的InGaAs/InAlAs组成，该有源层12的厚度为2.25μm；所述的高掺杂层15材料为InGaAs，该高掺杂层15为n型掺杂，掺杂浓度18 -3
为9×10 cm ，层厚为0.2-0.3μm；

[0026] 步骤2：通过双光束全息曝光法和湿法腐蚀的方法在高掺杂层15的上面腐蚀出二维正方圆孔点阵结构；所述的双光束全息曝光法是采用SPR6809光刻胶和稀释剂乳酸乙酯以1：2的体积比配制而成的光刻胶旋涂在高掺杂层15的上面，对样品进行垂直90°的两次交叉曝光形成正方圆孔点阵；ΓX方向沿着解理边方向；所述在高掺杂层15的上面腐蚀出二维正方圆孔点阵结构，是采用体积比为HBr:HNO3:H2O＝1:1:10的腐蚀液，腐蚀温度为室温；

[0027] 步骤3：通过光刻和湿法腐蚀的方法，将衬底上的下波导层11、有源层12、上波导层13、盖层14和高掺杂层15的两侧腐蚀，形成条形结构；

[0028] 步骤4：在衬底10两侧的上面及条形结构的上面及两侧，采用化学汽相沉积的方法，生长一层二氧化硅层16；

[0029] 步骤5：将二维正方圆孔点阵结构上面的二氧化硅层16刻蚀掉；

[0030] 步骤6：在二氧化硅层16的上面及高掺杂层15的二维正方圆孔点阵结构的上面，采用热蒸发的方法，生长正面金属电极层17；

[0031] 步骤6：将衬底10减薄、抛光；

[0032] 步骤7：在减薄后的衬底10的背面蒸发背面金属电极层18，完成器件的制作。

[0033] 该结构的特点在于：(1)波导的InGaAs盖层14和InGaAs高掺杂层15的厚度要低于普通的FP腔的相应厚度；点阵顶部的InGaAs高掺杂层15的折射率在中红外波长变得很小，在很大程度上解除了激光模式和金属—半导体界面的等离基元之间的耦合，阻止了激光模式向金属层中的渗透，而在点阵底部的InGaAs盖层14，折射率虽然有一定的变小，但是0.4-1μm的层厚无法解除了激光模式和金属—半导体界面的等离基元之间的耦合，模式的向金属层渗透，使得模式折射率要大于有InGaAs高掺杂层15时的情况。因此只要腐蚀很薄一层的InGaAs高掺杂层15就可以得到足够大的有效折射率差。 当然这种结构是以很大的波导损耗为牺牲的。(2)通过适当调节InGaAs高掺杂层15的厚度、掺杂浓度以及点阵孔径的大小可以获得合适的耦合系数和波导损耗。 结合上述两个特点，本发明的波导和二维点阵结构可同时得到足够大的折射率差和适当的耦合系数，从而得到高抑制比的二维分布反馈量子级联激光器。 (3)采用了ΓX方向上的(0，1)级耦合，出光方向为ΓX方向，可以更好的将光出射出来，而且(0，1)级耦合是正方点阵二维分布反馈中耦合级数最低的一种，可以避免高级数耦合引起面上发射而带来的边发射上的损耗。

[0034] 以下详细说明上述所提供的二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的波导和二维点阵的结构的设计依据和设计方法。

[0035] 1.边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的波导和二维点阵的结构设计[0036] 中红外波长的光在金属和半导体界面处形成高损耗的等离激元，等离激元的折射率nm-s是由激光波长λ以及界面两侧的金属与半导体在该波长下的折射率决定的。由于中红外波段等离激元与激光模式存在耦合，导致蒸镀金属电极前后激光器的有效折射率和波导损耗发生变化。 将蒸镀金属电极前后激光器的有效折射率和波导损耗分别设为neff0和α0以及neff0和α。 等离激元与激光模式之间耦合作用的强弱主要取决于两个因素，即等离激元与激光模式在空间上的距离L和两种模式的折射率差Δn(Δn＝nm-s-neff0)。 当L和Δn减小，两种模式的耦合增强，导致含金属电极的激光模式有效折射率变大而波导损耗变大。 反之当L和Δn变大时两种模式的耦合减弱，激光器有效折射率和波导损耗的变化幅度也随之变小。 在二维光子晶体分布反馈量子级联激光器中二维点阵的底部和顶部被金属电极覆盖，分别形成等离激元。 因为这两处的等离激元与激光器的有缘区距离不同，造成等离激元与激光模式在空间上的距离L不同。 此外，由于二维点阵的底部和顶部的InGaAs层掺杂浓度不同，从而具有不同的折射率，导致底部和顶部等离激元的折射率nm-s不同，造成等离激元与激光模式的折射率差Δn不同。由此可见，由于引入了“金属/半导体”二维点阵结构，导致在点阵的底部和顶部等离激元与激光模式耦合的强弱不同。 从而导致激光器模式在点阵底部和顶部的有效折射率和波导损耗的不同。 顶二维点阵结构的二维分布反馈光子晶体量子级联激光器正是通过调制等离激元与激光模式之间的耦合的强弱，周期性地改变激光器的有效折射率和波导损耗，从而获得二维光反馈效应实现模式选择。

[0037] 从经典的Lorentz-Drude模型：

[0038]

[0039] 可知，掺杂浓度越高，半导体的体等离激元的圆频率ωp变得越大，对圆频率为ω的光，折射率n1变得越小，消光系数n2变得越大。这里的εb是半导体的本征掺杂浓度，τ是电子的弛豫时间，η＝1+1/(ωτ)2。 对于中红外波段的二维光子晶体分布反馈量子级联激光器，为了得到足够小的波导损耗和足够大的耦合系数，最上面的InGaAs18 -3
接触层的最佳厚度和掺杂浓度在0.1-0.3μm，8-9×10 cm 之间。 具体数值，可以根据波导结构的光传播麦克斯韦方程组结合转移矩阵方法计算得到InGaAs接触层的厚度和掺杂浓度的最优值。

[0040] 根据分布反馈耦合波理论，如果两个方向上的光矢量 满足：

[0041] 1) 则这两个方向上的光可以发生耦合，进行能量交换； 为光栅或点阵的第一倒格矢；

[0042] 2) 则除了平面内的耦合，还会有垂直于外延面方向上的光被耦合出来；

[0043] 3) 则除了以上两种耦合情况，还会有倾斜于外延面方向上的光被耦合出来。

[0044] 由此可见，对于边发生分布反馈激光器，则应该尽量避免高级耦合的发生，采用低级数点阵；如果耦合级数等于或高于2，则光不仅会受到平面方向的散射，还会有垂直方向以及倾斜方向上的散射，这样会增大激光器的光损耗，降低其出射耦合效率。为此本专利采用了ΓX方向上的(0，1)级耦合，出光方向为ΓX方向。

[0045] 2.边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的二维点阵的腐蚀方法

[0046] 将在光刻胶上得到的均匀周期性分布的空气孔转移到半导体层，一般采用感应耦合等离子体刻蚀(ICP)和反应离子刻蚀(RIE)。 由于最上面的InGaAs高掺杂层15为二维光子晶体的刻蚀层，腐蚀深度只要到达200nm就可以达到足够的折射率差。 为此，本发明采用对InGaAs各向同性的腐蚀液进行湿法腐蚀，从而大大地提高效率，降低制备成本。 具体地，上述的二维点阵腐蚀制备的步骤为：

[0047] (1)在激光器晶片上旋涂与稀释剂乳酸乙酯以1：2的体积比配制而成SPR6809稀释光刻胶，用双光束全息曝光法对样品进行垂直90°的两次交叉曝光形成正方点阵；ΓX方向沿着解离边方向；

[0048] (2)利用刻出图形的光刻胶做为掩模，选择体积比为HBr:HNO3:H2O＝1:1:10的腐蚀液，将其温度稳定在20℃左右，对样品进行各向同性的非选择性腐蚀，将没有光刻胶覆盖的厚度为200nm的InGaAs腐蚀掉。 去胶。

[0049] (3)除去光刻胶后，二维点阵已经被转移到InGaAs层中。

[0050] (4)利用原子力显微镜精确测量点阵空气孔的腐蚀深度，当达到设计深度后立即停止腐蚀。

[0051] 综上所述，本发明提供了一种旨在获得边发射、电注入，高边模抑制比的二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的波导和二维点阵结构设计，并发明了二维点阵的制备方法。 本发明的效果是十分明显的：

[0052] (1)采用了较薄的InGaAs盖层14，通过调节InGaAs高掺杂层15的掺杂浓度和厚度，可以获得有效地降低波导损耗；以InGaAs高掺杂层15作为光栅的腐蚀牺牲层，可获得足够高的折射率差和合适的分布反馈耦合系数；采用了ΓX方向上的(0，1)级耦合，避免高级耦合的发生。

[0053] (2)采用了双光束全息多次交叉曝光法和各向同性的湿法腐蚀方法，制备出大面积精度可控的二维正方光子晶体点阵，达到波导和二维光栅结构的设计要求。

[0054] (3)用本发明所述的制备方法已获得达到设计要求的电注入、边发射的二维光子晶体分布反馈量子级联激光器。 激光器在低温范围内均为单模激射，且边模抑制比高达20dB，波长随温度可调谐，脉冲下的峰值功率高达154mW。所有这些显示，我们发明的用双光束全息多次交叉曝光法制备的二维光子晶体，可以有效地改善中红外量子级联激光器的性能。 这种高效率、低成本的大面积光子晶体制备方法将为光子晶体的广泛应用打下基础。

[0055] 利用本发明说明书中所述的方法，分析了最上面一层InGaAs高掺杂层15掺杂浓度对折射率和消光系数以及体等离子体基元圆频率的影响，如图2所示。 可以看出，18 -3
对于波长为7.8μm，当掺杂浓度达到8-9×10 cm 时，In0.52Ga0.48As材料折射率变小，趋近于零，而消光悉数从零开始变大，也就是材料的光吸收系数开始骤然变大。 图3分析了InGaAs高掺杂层15的掺杂浓度和厚度对激光器的波导损耗和限制因子的影响。 可
18 -3
以看出，当InGaAs高掺杂层15的掺杂浓度达到8-9×10 cm 时，波导损耗最小，降到
-1
3-10cm ，品质因子最大，达到0.125，而且对三种厚度，100nm、200nm、300nm，情
18 -3
况都差不多；但是当掺杂浓度超过9×10 cm ，波导损耗骤然变大，品质因子变小，其
18 -3
中厚度为200nm的变化幅度最小。 另外，在掺杂浓度9×10 cm 情况下，在厚度超过
100nm以后，品质因子变大的趋势趋缓，而在100nm以内，品质因子变得越来越小，这是因为如此薄的InGaAs高掺杂层15，即变在高掺杂也不能降低波导模式和金属-半导体界面处的表面等离子体基元的偶合，二者在空间上的交叠使得耦合作用仍然很强。 为此，我们采用了适当厚度的InGaAs高掺杂层15，来降低波导损耗。 本发明中，InGaAs
18 -3
高掺杂层15的厚度和掺杂浓度分别取为200nm和9×10 cm 。 图4(a、b)比较了沉积
InGaAs高掺杂层15前后的波导损耗，有效折射率，和品质因子。 可以看出InGaAs高-3 -3
掺杂层15之后，波导损耗由原来的28.948cm 降到2.8699cm ，折射率由3.2798将到
3.2172，而品质因子则有62.922％升到74.465％。可见该波导结构在波导损耗和品质因子均得到了较大的改善，而折射率差为Δn＝0.0626，当腐蚀深度为200nm，如此大的折射率差足以提供足够大的耦合系数和光反馈。

[0056] 本实施例子所述的二维正方点阵的具体制备方法是：首先在激光器晶片上旋涂稀释过后的SPR6809光刻胶(胶厚为200nm)，用双光束全息曝光法对样品进行垂直90°的两次交叉曝光形成正方点阵；ΓX方向沿着解离边方向；然后利用刻出图形的光刻胶做为掩模，选择体积比为HBr:HNO3:H2O＝1:1:10的腐蚀液，将其温度稳定在20℃左右，对样品进行各向同性的非选择性腐蚀，将没有光刻胶覆盖的厚度为200nm的InGaAs高掺杂层15腐蚀掉。 除去光刻胶后，二维点阵已经被转移到InGaAs高掺杂层15中。 最后利用原子力显微镜精确测量点阵空气孔的腐蚀深度，当达到设计深度后立即停止腐蚀。

[0057] 用上述二维点阵制备方法制备得到的实际的光子晶体点阵结构，可以发现，二维点阵在很大的面积范围内都有着良好的均匀性，占空比和腐蚀深度和设计值十分相近，这也说明我们所发明的二维点阵制备方法是可以制备精确可控的二维分布反馈光栅结构的。

[0058] 对制备好的7.8μm的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器，我们测试了激光器的光谱特性和光功率与电流之间的关系，分别如图5、图6所示。图5显示了激光器在80K时的激光光谱，可以发现激光器实现了单模激射并且具有很高的边模抑制比(-20dB)，如此高的边模抑制比证明了我们研制二维分布反馈结构在激光器确实起到调制、选模的作用。图6显示了80K时的光功率和电流之间的关系。峰值功率为154mW，2
阈值电流为1.75kA/cm。