[發明專利]實現大功率橫向低發散角的半導體激光器結構

有效

• 申請號: 201110147409.2
• 申請日: 2011-06-02
• 公開（公告）號: CN102255240A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 鄭婉華;陳微;張建心;渠紅偉;付非亞
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/042
• 分類號: H01S5/042;H01S5/323
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及半導體光電子器件技術領域，尤其涉及一種實現大功率橫向低發散角的半導體激光器結構。

背景技術

半導體激光器迄今已有近50年的發展歷史，這期間半導體材料外延技術、激光器封裝技術、制冷技術以及光束的耦合整形技術都取得了很大的進步。無論是國外還是國內，都從半導體外延材料、激光器結構設計、激光器工藝制作、器件封裝等方面進行了詳盡的研究，已經發展出一套完整成熟的生產制備工藝。高功率、長壽命、高光束質量的大功率半導體激光器的研究和應用也逐漸成熟。近年來國內外對大功率半導體激光器的研究和應用呈現快速發展的趨勢。隨著研究的深入，大功率半導體激光器的性能得到了快速提升。但半導體激光器中還是存在很多不盡如人意的地方，例如，在模式控制、光束質量以及大功率特性上，半導體激光器就明顯遜于氣體或全固態激光器。這源自于半導體激光器的波導結構，半導體外延材料極窄的有源層使得光場在橫向強烈受限，導致大的遠場發散角。

為了進一步滿足工業和軍事需求，半導體激光器功率的提高和光束質量的改善成為研究的熱點，為此人們也想出了各種方法，嘗試了很多結構。改善激光器性能的一個核心問題就是，實現大光斑的基模激射，為此，早期研究人員提出了一系列的波導結構，人們在普通三層波導基礎上設計了諸如極薄的芯層結構、大光腔結構、模式擴展結構、復合波導結構、泄露波導結構等。這些設計的核心思想都是光場的拓展，它們在一定程度上降低了激光器的橫向發散角，提高了其輸出功率。但從光場調控的角度來看，這些設計仍然過于簡單，還不能按人們的意愿來實現模場控制，此外這些結構中光場擴展有限，無法實現10°內的遠場角，因此急需新的結構來實現具有高光束質量的半導體激光器

發明內容

本方法的主要目的在于提供一種實現大功率橫向低發散角的半導體激光器結構，解決半導體激光器中存在的橫向發散角很大，以及最大輸出功率受限的問題。

為達到上述目的，本發明提供一種實現大功率橫向低發散角的半導體激光器結構，包括：

一砷化鎵襯底；

一光子晶體區域，該光子晶體區域制作在砷化鎵襯底上，用來實現基模的大面積振蕩；

一過渡層，該過渡層制作在光子晶體區域上；

一上限制層，該上限制層制作在過渡層上，用來限制光場向上的泄露；

一接觸層，該接觸層制作在上限制層上，用來與金屬形成上電極，這樣便形成實現大功率橫向低發散角的半導體激光器結構。

其中所述光子晶體區域包括：一下損耗調制層、一上損耗調制層、一下模式限制層、一上模式限制層、多個模式擴展層、一有源層和一峰值限制層，其中前述各層之間均有一低折射率層，在光子晶體區域的最下面還制作有一低折射率層。

其中所述多個模式擴展層的數量為5-10層。

其中所述模式擴展層的材料為Al_xGaAs，x為0.1-0.3光場可在此層擴展形成大的光斑。

其中所述的峰值限制層的材料為Al_xGaAs，其折射率大于模式擴展層，這樣能夠使模式的峰值位置位于有源層，從而獲得大的增益。

其中所述的低折射率層的折射率小于模式擴展層，并控制在0.15以內。

其中所述的下模式限制層和上模式限制層的材料與模式擴展層相同，但厚度小于模式擴展層，這樣能夠加速模式從此層開始往下的衰減速度。

其中所述的下損耗調制層和上損耗調制層的材料與下模式限制層和上模式限制層相同但厚度比其大，通過此層可以增大高階模的損耗，從而增大其閾值。

其中所述的上限制層的材料折射率小于低折射率層，通過它可以控制模式使其不往上擴展。

其中所述的過渡層的材料與低折射率層相同，它可作為峰值限制層與上限制層之間的過渡。

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：

1、本發明提供的這種實現大功率橫向低發散角的半導體激光器結構，由于能夠獲得大面積的基模激射，因此能夠獲得較低的橫向發發散角，器件的最大輸出功率也能得到提高

2、本發明提供的這種實現大功率橫向低發散角的半導體激光器結構，由于結構中的基模仍具有較高的限制因子以及較低的損耗，因此器件能夠保持較高的發光效率。

附圖說明

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明，其中：

圖1為本發明提供的實現大功率橫向低發散角的半導體激光器結構的示意圖。