[發明專利]一種電泵浦垂直擴展腔面發射半導體激光器

有效

• 申請號: 201310037025.4
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103094834A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 張星;寧永強;秦莉;劉云;王立軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01S5/125
• 分類號: H01S5/125
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 田春梅

技術領域

本發明屬于半導體激光器領域，具體涉及一種電泵浦垂直擴展腔面發射半導體激光器。

背景技術

垂直擴展腔面發射半導體激光器是近年來出現的一種新型半導體激光器。這種激光器在垂直腔面發射激光器基礎上引入外加的反射鏡構成擴展腔結構，通過增加諧振腔內部傳輸高階模式的損耗實現模式選擇，進而實現高功率高光束質量輸出。但帶有外加反射鏡的垂直擴展腔面發射激光器具有分離式的諧振腔，使其裝調及封裝的技術難度更高，這不符合目前集成光路對單片集成光發射器件的要求。

光子晶體（PhotonicCrystal）也被稱作光子帶隙材料，是由不同介電常數材料周期排列而形成。光子晶體中存在光子禁帶，處于禁帶頻率范圍內的電磁波在光子晶體中將呈指數衰減而具有非常大的損耗。因此，以二維光子晶體缺陷微腔為諧振腔的激光器呈現低閾值、高品質因子、單模工作、高效率等許多優異性能。

目前已有很多光子晶體垂直腔面發射激光器方面的公開技術方案，這類技術方案的主要技術特征在于直接在垂直腔面發射激光器P型DBR層制作周期性光子晶體缺陷微腔結構，光子晶體缺陷微腔直接在激光器有源諧振腔引入損耗機制，實現單模激光輸出，但這類方案的主要缺點在于只適用于小口徑器件，其單模輸出功率被限制在毫瓦量級，且在光子晶體缺陷微腔制備過程中極易對器件有源區造成損傷。

發明內容

為了解決現有外加反射鏡的垂直擴展腔面發射激光器具有分離式的諧振腔，使其裝調及封裝的技術難度更高，且不符合目前集成光路對單片集成光發射器件的要求，以及光子晶體垂直腔面發射激光器只適用于小口徑器件，其單模輸出功率被限制在毫瓦量級，且在光子晶體缺陷微腔制備過程中極易對器件有源區造成損傷的技術問題，本發明提供一種電泵浦垂直擴展腔面發射半導體激光器。

本發明解決技術問題所采取的技術方案如下：

一種電泵浦垂直擴展腔面發射半導體激光器，包括下電極，P型DBR層、有源層、第一N型DBR層、襯底層、第二N型DBR層、外延增透層、周期性光子晶體缺陷微腔結構和上電極，第一N型DBR層生長于襯底層的下端，第一N型DBR層的下端順次生長有有源層、P型DBR層和下電極；所述第二N型DBR層和上電極都生長于襯底層的上端面，上電極套在第二N型DBR層外壁的外側，外延增透層生長于第二N型DBR層的外端面；在所述第二N型DBR層和外延增透層內設有周期性光子晶體缺陷微腔結構。

所述P型DBR層、第一N型DBR層、第二N型DBR層和周期性光子晶體缺陷微腔結構共同構成一個垂直擴展腔面諧振腔結構，其中P型DBR層和第一N型DBR層共同構成主腔，第一N型DBR層、第二N型DBR層和周期性光子晶體缺陷微腔結構構成擴展腔。

所述第一N型DBR層、第二N型DBR層、P型DBR層和外延增透層均使用MOCVD外延生長法一次形成。

所述下電極為周期性多層Ti/Au結構，其通過電子束或熱蒸發或磁控濺射生長；上電極為Au/Ge/Ni或Au/Ge或Pt/Au/Ge，上電極通過電子束或熱蒸發或磁控濺射法生長。

所述外延增透膜的生長是采用外延生長法，光子晶體缺陷微腔結構是對第二N型DBR層和外延增透層采用干法刻蝕法處理形成的。

所述下電極由多層周期性Ti/Au金屬薄膜組成，其多層周期性Ti/Au金屬薄膜的光學厚度為激光器輸出波長四分之一。

所述上電極套在第二N型DBR層外壁的外側。

本發明的有益效果如下：

1）該電泵浦垂直擴展腔面發射半導體激光器的諧振腔具有三組DBR層的電泵浦垂直擴展腔面發射半導體激光器結構，并且通過刻蝕技術直接在其中最外層的一組DBR層上制備周期性光子晶體缺陷微腔結構，實現對諧振腔內0階橫模的單橫模激光的輸出。

2）由于采用擴展腔結構，這種電泵浦垂直擴展腔面發射半導體激光器具有更長的諧振腔長度，將具有比普通光子晶體垂直腔面發射激光器更大的模式尺寸，因此將具有更高的單模功率。

3）由于周期性光子晶體缺陷微腔是制備在第二N型DBR層上，因此不會對器件的有源層造成損傷；在周期性光子晶體缺陷微腔結構中引入外延增透層，能夠進一步提高器件的輸出功率。

4）采用多層金屬薄膜構成下電極，替代部分P型DBR層，有效降低了器件的串聯電阻，提高了效率。由于采用單片集成結構，與普通垂直擴展腔面發射激光器相比，這種激光便于配置到集成光路系統中，而且易于制成由多個激光器單元組成的列陣器件，達到更高的輸出功率以滿足更寬泛的應用領域。