[發明專利]一種垂直腔面發射半導體激光器

無效

• 申請號: 201310310745.3
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN103390858A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 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: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/028
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明屬于半導體激光器領域，具體涉及一種垂直腔面發射半導體激光器。

背景技術

垂直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。這種激光器與邊發射半導體激光器相比，能夠輸出圓形對稱光斑，非常便于進行二維集成，而且不會受到腔面光學災變損傷的影響，因此十分適合于高功率工作。提高垂直腔面發射半導體激光器輸出功率主要是通過增加激光工作物質的體積來實現的，由于垂直腔面發射半導體激光器諧振腔的縱向尺寸已經隨外延生長而固定下來，因此激光工作物質體積的增加主要是通過提高諧振腔的橫向尺寸，即加大電流注入孔徑來實現的。然而，電流注入孔徑尺寸的增加往往伴隨著器件的電-光轉換效率的不斷下降，這一現象最先是由參考文獻（Grabherr,M.,etal.,(1998)Bottom-emittingVCSEL’sforhigh-cwopticaloutputpower.IEEEPhoton.Technol.Lett.,10(8),1061-1063.）中加以描述的，認為其主要原因在于隨著電流注入孔徑的增加，尤其是當單個垂直腔面發射半導體激光器的電流注入孔徑超過100μm以后，會有更多的放大自發發射(amplifiedspontaneousemission,ASE)從激光器有源區的側向泄露出來，并且這種泄露會隨著驅動能量的增加而不斷加強，最終導致驅動能量能夠保留在有源區并轉化為激光輸出的比例越來越少，這就是隨著電流注入孔徑的增加，垂直腔面發射半導體激光器轉換效率不斷降低的主要原因。

目前高功率垂直腔面發射半導體激光器的電流注入隔離主要是通過在臺面結構上生長單層SiO₂或Si₃N₄絕緣薄膜或填充聚合物材料來實現，如文獻（Grabherr,M.etal.,(2001)High-powerVCSELs:singledevicesanddenselypacked2-D-arrays.IEEEJournalofSelectedTopicsinQuantumElectronics,vol.5(3):495-502;Hofmann,W.etal.,(2008)Monolithic2Dhigh-powerarraysoflong-wavelengthVCSELs.ProceedingsofSPIE,6908(690807)）報道，單層薄膜或聚合物材料同時覆蓋在臺面的表面及側面，無法在大注入電流孔徑條件下限制臺面側向不斷增強的放大自發發射泄露。這導致目前高功率垂直腔面發射半導體激光器的轉換效率很低，嚴重限制了高功率垂直腔面發射半導體激光器可靠性的進一步提高以及散熱裝置的簡化。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的垂直腔面發射半導體激光器放大自發發射從激光器有源區側向泄露導致電光轉換效率下降的問題，而提供一種垂直腔面發射半導體激光器。

本發明提供一種垂直腔面發射半導體激光器，包括P面電極、多層介質絕緣薄膜、P型DBR層、有源層、N型DBR層、襯底層和N面電極，所述的多層介質絕緣薄膜由光學厚度為四分之一波長的低折射率層和高折射率層組成，所述的N型DBR層生長在有源層的下端，N型DBR層的下端順次生長襯底層和N面電極，P型DBR層生長在有源層的上端，多層介質絕緣薄膜生長在由P型DBR層、有源層和N型DBR層構成的圓柱形臺面的上表面和側表面，P面電極生長在多層介質絕緣薄膜的上端。

本發明的工作原理

本發明提供一種垂直腔面發射半導體激光器，該半導體激光器采用多層介質絕緣薄膜作為電注入隔離層，所述的多層介質絕緣薄膜由光學厚度為四分之一波長的低折射率層和高折射率層組成，其中心反射帶覆蓋垂直腔面發射激光器有源區的放大自發發射光譜，其中心反射率可高達95%以上，能夠將通過有源區的側向泄露的放大自發發射有效反饋回有源區形成受激發射，有效提高垂直腔面發射激光器的電-光轉換效率。

本發明的有益效果

本發明提供一種垂直腔面發射半導體激光器，該半導體激光器采用多層介質絕緣薄膜作為電注入隔離層，所述的多層介質絕緣薄膜同時具備電注入隔離及高反射薄膜的作用，與現有技術中的垂直腔面發射半導體激光器相比，本發明采用的半導體激光器能夠有效的將激光器有源區側向泄漏的放大自發發射反饋回有源區，能夠有效提高電-光轉換效率；并且，本發明的半導體激光器可通過一次薄膜生長及刻蝕工藝形成，結構簡單，與現有垂直腔面發射激光器制備工藝兼容，便于生產。

附圖說明

圖1是本發明一種垂直腔面發射半導體激光器的結構示意圖。