[發明專利]一種擴展透明窗口半導體激光器

在審

• 申請號: 201610184072.5
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105633795A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 薄報學;高欣;喬忠良;張晶;李占國;李輝;李特;曲軼
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H01S5/22
• 分類號: H01S5/22;H01S5/065
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種擴展透明窗口半導體激光器，屬于激光技術領域。

背景技術

單模半導體激光器具有可直接高速調制的優點，在高速光纖通信、信息存儲、空間通信領域具有廣泛的應用前景。單模半導體激光器實現高功率工作可以減少光纖通信中繼距離、增加信息存儲速度、改善空間通信質量。但是，單模半導體激光器的輸出功率除了與激光器材料性能、腔長設計、封裝散熱有關外還受到窄條形波導有限光斑尺寸的限制，較小的器件發光腔面極易造成腔面損傷引起的器件失效。為此，采用透明窗口結構設計半導體激光器輸出端成為半導體激光器改善功率輸出特性的重要手段。通常，窄脊形條激光器的透明窗口仍然保持窄脊形結構，雖然減少了端面光吸收，但由于窗口區的光斑尺寸基本與增益區一致，光斑尺寸較小使激光器輸出功率的改善受到限制。

發明內容

本發明是這樣實現的，見附圖所示，將半導體激光器增益區5設計為包含激光器外延層3的窄脊形條結構，在激光器后端面7采用高階布拉格光柵6進行模式反饋，激光器輸出端2采用去除歐姆接觸層并沉積絕緣膜的擴展透明窗口4，其側向無脊形刻蝕，激光器增益區5內的單模激光傳播至擴展透明窗口4后實現激光模式尺寸擴展。

本發明的技術效果在于，采用高階布拉格光柵6進行模式反饋以實現激光器單縱模工作，激光器增益區5采用窄脊形條設計保證激光器的基橫模振蕩，激光器輸出端2采用擴展透明窗口4使較小尺寸的腔內基模在傳播至輸出端5處得到了明顯擴展，使得激光器輸出腔面能夠滿足高功率條件下的可靠工作。

附圖說明

附圖為擴展透明窗口半導體激光器示意圖，1為激光器襯底，2為激光器輸出端，3為激光器外延層，4為擴展透明窗口，5為激光器增益區，6為高階布拉格光柵，7為激光器后端面。

具體實施方式

如附圖所示，半導體激光器增益區5設計為包含激光器外延層3的2~5微米寬、深0.5~1.2微米、長2000~6000微米的脊形條結構，脊形條采用干法刻蝕完成。激光器后端面7設計衍射效率達到90%以上的6~12級高階布拉格光柵6進行模式反饋，高階布拉格光柵采用干法刻蝕完成。激光器輸出端2保留10~30微米長的平面波導區，刻蝕掉上面的歐姆接觸層并沉積100-300nm厚的絕緣膜。然后，完成常規的激光器的歐姆接觸電極工藝、芯片解理和輸出端2的腔面光學膜鍍制。

下面結合實例說明本發明。首先在1060nm波長GaAs基InGaAs應變半導體激光外延片表面采用標準光刻與Si₃N₄掩膜工藝形成3微米寬、4000微米長的脊形條增益區5的刻蝕窗口，中間間隔1015微米包括1000微米長的10階布拉格光柵6區域和15微米長的激光器后端面7區域。然后采用反應離子刻蝕工藝刻蝕0.8微米深，形成窄脊形條波導結構。在刻蝕好的激光器增益區5的激光器后端面7的位置再采用標準光刻、Si₃N₄掩膜與反應離子刻蝕工藝制備10階布拉格光柵：光柵周期1.59微米，填充因子90%，長度1000微米，深度0.75微米。然后，再采用標準光刻、Si₃N₄掩膜與反應離子刻蝕工藝去除15微米長的擴展透明窗口4區域的GaAs歐姆接觸層。最后，整個外延片表面沉積100nm厚的Si₃N₄絕緣膜并采用標準光刻、反應離子刻蝕工藝形成長2985微米、寬2.5微米的脊形條增益區5的電極窗口。然后，制備20nmTi/100nmPt/200nmAu上接觸電極、減薄襯底1面的厚度至100~110微米，制備50nmAuGe/20nmNi/150nmAu下接觸電極，合金。然后，沿擴展透明窗口4與10階布拉格光柵6的分界處解理激光器芯片并在輸出端2采用電子束工藝鍍制150~160nm厚Al₂O₃光學膜，完成1060nm波長擴展透明窗口激光器的制作。