[發明專利]橢圓環形腔半導體激光器

無效

• 申請號: 201110146856.6
• 申請日: 2011-06-02
• 公開（公告）號: CN102810813A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 晏長嶺;徐莉;田春雨;賈霄
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H01S5/10
• 分類號: H01S5/10
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責任公司 22001
• 代理人: 馬守忠

技術領域

本發明屬于半導體激光器領域，涉及橢圓環形腔半導體激光器。

背景技術

圓盤型(微)腔半導體激光器是當前光電子領域最活躍的研究課題之一，與邊發射半導體激光器相比，圓盤型腔半導體激光器具有高品質因子，低激射閾值以及易于平面工藝制備和二維光集成等優勢，因此在光通訊、光互連以及光集成等方面有著廣泛的應用前景，引起了人們的極大興趣；圓盤型腔半導體激光器的缺點是光輸出沒有一定的方向性，沿著圓盤邊界360度角都有。能夠實現定向光耦和輸出的盤型腔半導體激光器則是這一類盤型腔半導體激光器的新興代表，以其具有定向光輸出，較高輸出光功率、光束質量好和易于光集成的特點在激光通信、激光探測、基礎研究、醫療等領域具有廣泛的應用前景，同時器件的易于半導體器件平面工藝制備的特點使得器件還具有制作簡便、成本低等優點，有著廣泛的研發前景。現有的定向光輸出的盤型腔半導體激光器中的諧振腔結構一般采用橢圓型，方型，三角形等，以及新出現的帶切口的橢圓盤型結構。發明人在2010年12月出版的“Proceedings?of?the?National?Academy?of?Sciences?of?the?United?States?of?America(PNAS)”第107期第22407頁(PNAS，107，22407，2010)上發表了帶切口的橢圓盤型結構相關激光器件實驗研究結果。此橢圓的盤型腔半導體激光器結構，如圖1、2所示，包括：上電極1、上波導層2、有源增益層3、下波導層4、襯底5、下電極6，器件的下電極6由焊料焊接到銅熱沉上；帶切口的橢圓盤型腔的外邊界7，外邊界的半長軸R_Y1，其尺寸為96微米，半短軸R_x1，其尺寸為80微米，半長軸R_Y1和半短軸R_x1的比值R_Y1/R_x1為1.2。位于外邊界7的短軸一頂點上的切口8為半橢圓型，切口的寬度9為3微米，切口的深度10為2微米。激光器件在電流注入激勵方式下工作，激光器的發射波長為10微米左右。這種帶切口的橢圓盤型諧振腔結構的優點是激光器件在耳語回廊模式下工作，器件可以實現單向光輸出，器件制作工藝簡便等。不過由于采用了這種橢圓盤型腔結構，激光器工作時將對整個盤型區域都進行電流注入，而光的耳語回廊模式僅在盤的邊緣附近行進，盤中心部分的電流對光增益沒有貢獻；這樣一來，將增大激光器件的激射閾值，降低激光器件的電光轉化效率，增大器件溫升，降低器件的光輸出功率。因此需要一種更理想的諧振腔結構。

發明內容

為了解決已有技術存在的問題，為此，本發明提出一種橢圓環形腔半導體激光器。

本發明的一種橢圓環形腔半導體激光器由順次連接的均為橢圓環形的上電極、上波導層、有源增益層、下波導層、襯底和下電極構成；所述的橢圓環形腔半導體激光器的下電極由焊料焊接到銅熱沉上；橢圓環形腔的內邊界和外邊界形成環；在橢圓環形腔外邊界橢圓的短軸的一個頂點上有一個切口，切口從上電極一直到下波導層，切口為半橢圓型，切口的深度范圍為0.1-2.0倍發射波長，切口的寬度為0.1-2.0倍發射波長；帶切口的橢圓環形腔的腔體可以用光刻掩模濕法刻蝕或反應離子刻蝕方法形成；

橢圓環形腔的外邊界的半長軸為R_Y1，外邊界的半短軸為R_x1，半長軸和半短軸的比值R_Y1/R_x1為1.05-1.5；

橢圓環形腔的內邊界的為光滑的橢圓或圓形，內邊界和外邊界的對稱中心重合，內邊界和外邊界所形成的環的寬度為發射波長的2倍以上；

所述的橢圓環形腔半導體激光器還可以在橢圓環形腔的內邊界內部填充絕緣導熱材料起散熱作用，絕緣導熱材料優選用氮化鋁；

所述的橢圓環形腔半導體激光器的橢圓環形腔的內邊界可以是圓形；

橢圓環形腔半導體激光器以電流注入激勵方式工作。電流經過橢圓環形電極、上波導層注入有源增益層，電子和空穴進行復合，或電子從高能級向低能級躍遷，產生受激發射，上波導層和下波導層對光在垂直方向起到限制作用，激光從橢圓環形腔的外邊界上與切口相對的一側的邊界上實現單向出射。

本發明的一種橢圓環形腔半導體激光器用III-V族半導體材料、II-VI族半導體材料或有機半導體材料制備。