[發明專利]采用腔面光柵的波長穩定半導體激光器

有效

• 申請號: 201410535783.3
• 申請日: 2014-10-11
• 公開（公告）號: CN104269738A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 王勇;郝永芹;馮源;鄒永剛;蘆鵬;李再金;李洋;劉丹丹;葉鎮;高占琦
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H01S5/068
• 分類號: H01S5/068;H01S5/10
• 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

本發明涉及一種采用腔面光柵的波長穩定半導體激光器，在半導體激光器腔面上制作光柵，能夠實現波長穩定，屬于半導體激光器技術領域。

背景技術

在邊發射半導體激光器中，高功率808nm波長穩定半導體激光器波長穩定性高、光譜線寬窄、工作溫度范圍寬，能夠用于抽運Nd:YAG固體激光器、激光加工和激光醫療等領域。

現有808nm波長穩定半導體激光器有兩種。一是采用體布拉格光柵的外腔半導體激光器，其結構特點為光柵外置，即所述體布拉格光柵置于半導體激光器芯片之外，構成一個外腔波長鎖定系統，其外腔選頻發射工作方式致使激光器輸出波長穩定在這一布拉格波長上。二是采用內置布拉格光柵的分布反饋半導體激光器，其結構特點為光柵內置，即所述布拉格光柵內置于半導體激光器芯片外延結構的諧振腔中，利用折射率的周期變化實現光反饋，借助所述布拉格光柵的耦合作用穩定波長。

然而，所述采用體布拉格光柵的外腔半導體激光器由于其中的外腔波長鎖定系統復雜、精密、非常敏感且需要高度對準，使得這種激光器存在以下不足：1、體積較大；2、穩定性較低；3、抗振動、沖擊能力弱；4、散熱裝置昂貴；5、泵浦的制造成本較高。這些不足限制了這種激光器的應用。

所述采用內置布拉格光柵的分布反饋半導體激光器其制作需要在激光器芯片的一次外延之后進行光刻、腐蝕，然后再進行芯片的二次外延生長，不僅導致外延結構復雜，而且還不可避免地造成污染和引進缺陷，從而降低器件的性能。

發明內容

本發明的目的在于，在實現波長穩定的同時，克服現有技術存在的不足，減小激光器體積，提高穩定性，提高抗振動、沖擊能力，降低成本，避免在制作過程中造成污染和引進缺陷。為此，我們發明了一種采用腔面光柵的波長穩定半導體激光器。

本發明之采用腔面光柵的波長穩定半導體激光器是一種邊發射半導體激光器，激光器芯片外延結構的前腔面、后腔面均覆有增透膜1，如圖1所示，在后腔面增透膜1上沉積有增反膜2；其特征在于，所述增透膜1為Si3N4膜；所述增反膜2的膜系結構及材料為[Ge/SiO₂]³Ge；在前腔面增透膜1上沉積有一組平行條形增反膜3，由前腔面增透膜1和該組條形增反膜3構成腔面光柵4，如圖1、圖2所示，腔面光柵4方向與所述外延結構襯底方向垂直，腔面光柵4占空比σ為0.2～0.3，所述條形增反膜3的膜系結構及材料為[Ge/SiO₂]³Ge。

本發明其技術效果如下所述。

本發明方案中的Si₃N₄膜在作為增透膜的同時還作為鈍化層使用。所述的條形增反膜具有遮光作用，一組這樣的條形增反膜構成了腔面光柵。所述的腔面光柵既非光柵外置，也非光柵內置，因而，本發明不存在現有技術中的該兩種方案的不足。激光器芯片外延結構前腔面上的腔面光柵也是一種布拉格光柵，與芯片外延結構后腔面上的增反膜形成諧振腔，在芯片外延結構有源層內產生的光子就會在前腔面與后腔面之間形成振蕩，增益后產生激光。

增透膜使用的Si₃N₄材料具有足夠大的禁帶寬度，達5eV。當本發明之波長穩定半導體激光器襯底材料為GaAs時，GaAs材料對808nm波長的折射率為3.5，Si₃N₄材料對808nm波長的折射率為2.0，如圖3所示，按照透射率計算公式，當增透膜幾何厚度為101nm時，透射率為99.5％，如圖4所示，達到無吸收透明輸出，而808nm波長半導體激光具有廣泛和成熟的應用，這使得本發明具有重要的現實意義。同時，Si₃N₄材料作為一種陶瓷材料具有良好的絕緣性，電阻率高達1014Ω·cm，能夠限制半導體中的載流子進入鈍化層。另外，Si₃N₄材料還具有良好的導熱性，熱導率為16.7W·cm-1·K-1，能夠輔助熱沉散熱，改善芯片散熱效果。再有，Si₃N₄材料還具有機械強度高、熱穩定性好、抗氧化能力強、化學穩定性好等物理化學特性。