[實用新型]一種VCSEL激光器

有效

• 申請號: 202022069472.6
• 申請日: 2020-09-21
• 公開（公告）號: CN212485795U
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 李峰柱;韓效亞;杜石磊;羅桂蘭
• 申請（專利權）人: 廈門乾照半導體科技有限公司
• 主分類號: H01S5/10
• 分類號: H01S5/10;H01S5/183;H01S5/20;H01S5/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型提供了一種VCSEL激光器，通過在所述發光結構的表面構建金屬納米層，使發光結構的表面形成等離激元共振效應，并構建形成拓撲二維光子晶體；當電子和空穴注入該激光器并限制在有源層復合發光，產生的倏逝波耦合到激光器諧振腔并形成有效反饋；同時，金屬納米層周期性結構形成的表面等離激元共振效應，與其構建形成的拓撲二維光子晶體相互配合，使金屬納米層引起的邊界反射，只發生在布里淵區中心附近，從而限制了能夠獲得有效反饋的激光器諧振腔模式數目，使受到有效的光場限制的模式集中在布里淵區中心附近，這些模式在垂直于金屬納米層的方向具有非常大的動量分量，從而與激光器中的光場耦合實現垂直出光。

技術領域

本實用新型涉及VCSEL技術領域，尤其涉及一種VCSEL激光器。

背景技術

VCSEL，全名為垂直腔面發射激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLaser)，以砷化鎵半導體材料為基礎研制，有別于LED(發光二極管)和LD(Laser Diode，激光二極管)等其他光源，具有體積小、圓形輸出光斑、單縱模輸出、閾值電流小、價格低廉、易集成為大面積陣列等優點，廣泛應用于光通信、光互連、光存儲等領域。

目前VCSEL激光輸出功率不高，并且發散角較大，由于注入載流子除一部分復合發射光子，其余會發生非輻射復合損耗掉，限制了激光器的轉換效率；另一方面，腔體中同時具有多種模式，其中高階模的產生會增大光束的發散，增大發散角，降低激光器的亮度。上述限制發散角的方法，多為對P型DBR和N型DBR之間的光學諧振腔部分的修改。例如，1、調整氧化孔徑的大小可以改善發散角，但是氧化孔徑過大，會導致注入電流密度減小，轉換效率變低，從而亮度降低；若氧化孔徑太小，會導致閾值電壓變大。2、調整SCH也可以改善發散角，但是，這會導致電流擴展變差，從而導致器件熱性能變差，增大非輻射復合，降低轉換效率。

為了提高激光器的單管輸出功率，通常需要增大從元件出射的激光束截面積(即出射面積)。當出射面積增加到一定程度時高階振蕩模式開始獲得增益形成多模激射，導致激光器亮度降低和模式不穩定等問題。

有鑒于此，本發明人專門設計了一種VCSEL激光器，本案由此產生。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種VCSEL激光器，以解決VCSEL激光器輸出功率小、發散角大的問題。

為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：

一種VCSEL激光器，包括：

襯底；

設置于所述襯底表面的發光結構；所述發光結構至少包括沿第一方向依次堆疊的N型DBR層、N型波導限制層、量子阱、P型波導限制層、P型氧化界面截止層、金屬納米層及P型DBR層；所述金屬納米層的自由振動頻率與所述發光結構的入射光光子頻率相匹配，使發光結構的表面形成等離激元共振效應，并構建形成拓撲二維光子晶體；所述第一方向垂直于所述襯底，并由所述襯底指向所述發光結構；

歐姆接觸層，所述歐姆接觸層層疊于所述P型DBR層背離所述金屬納米層的一側表面。

可選地，所述金屬納米層的自由振動頻率大于等于所述發光結構的入射光光子頻率，誘導所述金屬納米層的電子發生共振，從而使發光結構的表面形成等離激元共振(LSPR)效應。

優選地，所述金屬納米層包括分散壓印形成的若干個金屬納米粒子，或包括由透明介質層及分散于透明介質層中的若干個金屬納米粒子所構成的納米復合層。

優選地，各所述金屬納米粒子的大小均勻，且一個或多個金屬納米粒子構成一個周期單元，所述周期數為λ/b，其中，λ為所述VCSEL芯片的光源波長，b為所述金屬納米層的有效折射率。

優選地，所述金屬納米粒子包括Ag、Au、Pt、Pd、Cu、Al中的至少一種。