CN102255241A - 一种基于表面浮雕结构的环形腔面发射半导体激光器 - Google Patents
一种基于表面浮雕结构的环形腔面发射半导体激光器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102255241A CN102255241A CN2011101380451A CN201110138045A CN102255241A CN 102255241 A CN102255241 A CN 102255241A CN 2011101380451 A CN2011101380451 A CN 2011101380451A CN 201110138045 A CN201110138045 A CN 201110138045A CN 102255241 A CN102255241 A CN 102255241A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- surface relief
- annular
- relief structure
- semiconductor laser
- annular chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于表面浮雕结构的环形腔面发射半导体激光器,其特征在于,该环形腔面发射半导体激光器自下至上依次由下电极(1)、衬底(2)、下DBR(3)、有源区(4)、氧化层(5)、上DBR(6)、λ/4反相层(7)、上电极(8)、表面浮雕(9)和环形发光区(10)构成。其中,该环形腔面发射半导体激光器引入的λ/4反相层(7)的未腐蚀区域形成的表面浮雕(9)为高损耗区,λ/4反相层(7)的环形腐蚀区为发光区(10)。本发明最显著的特点就是环形腔面发射激光器的高损耗区由无需腐蚀的表面浮雕结构形成,是表面浮雕结构和环形腔结构的优势特征结合,有助于改善器件的输出特性和可靠性,同时克服了现有环形腔面发射半导体激光器在制备方面存在的控制精度差或技术难度大等不足,与标准制备工艺相比,只需增加一次光刻和腐蚀工艺,制备方法简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种环形腔面发射半导体激光器的新型结构,属于半导体激光器件技术领域。
背景技术
关于单模面发射激光器的研究多年来一直是国内外关注的热点。由于面发射激光器的特殊器件结构,其横向宽度较大,器件通常为多横模激射。但在实际应用中,几个毫瓦的单模或单波瓣输出的低发散角的面发射激光器是许多应用领域的首选器件,例如自由空间光互连,激光打印,医疗诊断,机载光探测和测距系统(LIDAR)。因此,世界上的许多大学和科研院所都开展了这方面的研究工作。
在实现单模面发射激光器的诸多研究方法中,表面浮雕结构(surface reliefstructure)一直被认为是最有效的方法之一,即通过在外延片表面进行浅腐蚀(腐蚀奇数倍的λ/4层),利用在半导体-空气界面产生的反相反射(与内部λ/4叠层的反射相位相反)来增加上DBR周边区域的损耗,达到选模的目的。但它最大的缺陷就是高损耗区对腐蚀精度的要求非常高,腐蚀深度偏离几个纳米就会引起选模特性的明显劣化,从而带来工艺的重复性很差等问题。
环形腔面发射激光器近年来备受研究人员的关注,被认为最有希望实现面发射激光器的单模高功率运转,同时具有低发散角、低微分电阻工作的特点。1992年,美国加利福尼亚大学的J.Lin等人采用质子注入技术实现环形腔结构面发射激光器单波瓣低发散角的远场输出,2倍阈值条件下远场发散角为3°(FWHM)。2005年,台湾国立中央大学的许晋玮等人采用扩锌技术实现了850nm环形腔结构面发射激光器的单模工作,连续注入接近2倍阈值时获得2mW的单模输出,发散角约5°,微分电阻约70Ω。2009年,中国科学院半导体研究所的郑婉华等提出环形腔光子晶体垂直腔面发射激光器(专利申请号:200910081989.2),旨在提高激光器的输出功率,改善光束质量。但是,目前的环形腔面发射激光器的制备技术仍存在不足之处,如质子注入或扩锌技术很难实现器件尺寸的精确控制,工艺重复性较差,而光子晶体结构亦存在因腐蚀孔较高的纵横比使制作起来相当费力,且存在引入了光的衍射损耗、对电注入和热特性等带来的不利影响。
发明内容
为了消除已知技术存在的不足,本发明提出一种基于表面浮雕结构的环形腔面发射激光器,结合了表面浮雕结构和环形腔面发射激光器的优势特征。
本发明是这样实现的,见图1所示,通过在标准的外延结构上设计一额外的λ/4反相层(7),该层在半导体-空气界面提供与内部λ/4叠层反相位的反射,从而增加上DBR(6)的损耗。λ/4反相层(7)被腐蚀的环形区为发光区(10),而未腐蚀的中心区域形成的表面浮雕(9)为高损耗区。该设计方案最显著的特点就是环形腔面发射激光器的高损耗区由无需腐蚀的表面浮雕结构形成。
本发明可以达到这样的技术效果:与以往的表面浮雕结构面发射激光器相比,它最大的优点就是相对增大了氧化孔径,降低了微分电阻,从而有助于提高器件的输出功率和可靠性,且兼顾了环形腔器件低发散角的特色优势。另外,与面发射激光器的标准制备工艺相比,只需增加一次光刻和腐蚀工艺,制备方法简单。
附图说明
图1为本发明提供的基于表面浮雕结构环形腔面发射激光器的结构示意图。
具体实施方式
见图1所示,一种基于表面浮雕结构环形腔面发射半导体激光器的结构自下至上依次由下电极(1)、衬底(2)、下DBR(3)、有源区(4)、氧化层(5)、上DBR(6)、λ/4反相层(7)、上电极(8)、表面浮雕(9)和环形发光区(10)构成。
λ/4反相层(7)为位于外延片上表面的具有高折射率的厚度为λ/4的附加外延层,和标准芯片结构一起通过一次外延生长技术实现。
表面浮雕(9)为λ/4反相层(7)中心的未腐蚀区域,为高损耗区。
环形发光区(10)为λ/4反相层(7)的环形腐蚀区域。
表面浮雕(9)被环形发光区(10)所包围。
表面浮雕(9)的直径小于氧化层(5)围成的氧化孔径。
环形发光区(10)的内径等于表面浮雕(9)的直径,环形发光区(10)的外径小于或等于氧化层(5)围成的氧化孔径。
上电极(8)蒸镀在λ/4反相层(7)的上表面,所述的下电极(1)蒸镀在衬底(2)的下表面。
设计器件的工作波长覆盖深紫外到远红外波段。
Claims (9)
1.一种基于表面浮雕结构的环形腔面发射半导体激光器,其特征在于,该环形腔面发射半导体激光器自下至上依次由下电极(1)、衬底(2)、下DBR(3)、有源区(4)、氧化层(5)、上DBR(6)、λ/4反相层(7)、上电极(8)、表面浮雕(9)和环形发光区(10)构成。
2.根据权利要求1所述的基于表面浮雕结构的环形腔面发射半导体激光器,其特征在于,所述的λ/4反相层(7)为位于外延片上表面的具有高折射率的厚度为λ/4的附加外延层,和标准芯片结构一起通过一次外延生长技术实现。
3.根据权利要求1所述的基于表面浮雕结构的环形腔面发射半导体激光器,其特征在于,所述的表面浮雕(9)为λ/4反相层(7)中心的未腐蚀区域,为高损耗区。
4.根据权利要求1所述的基于表面浮雕结构的环形腔面发射半导体激光器,其特征在于,所述的环形发光区(10)为λ/4反相层(7)的环形腐蚀区域。
5.根据权利要求1所述的基于表面浮雕结构的环形腔面发射半导体激光器,其特征在于,所述的表面浮雕(9)被环形发光区(10)所包围。
6.根据权利要求1所述的基于表面浮雕结构的环形腔面发射半导体激光器,其特征在于,所述的表面浮雕(9)的直径小于氧化层(5)围成的氧化孔径。
7.根据权利要求1所述的基于表面浮雕结构的环形腔面发射半导体激光器,其特征在于,所述的环形发光区(10)的内径等于表面浮雕(9)的直径,环形发光区(10)的外径小于或等于氧化层(5)围成的氧化孔径。
8.根据权利要求1所述的基于表面浮雕结构的环形腔面发射半导体激光器,其特征在于,所述的上电极(8)蒸镀在λ/4反相层(7)的上表面,所述的下电极(1)蒸镀在衬底(2)的下表面。
9.根据权利要求1所述的基于表面浮雕结构的环形腔面发射半导体激光器,其特征在于,该器件的工作波长覆盖深紫外到远红外波段。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201110138045.1A CN102255241B (zh) | 2011-05-26 | 2011-05-26 | 一种基于表面浮雕结构的环形腔面发射半导体激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201110138045.1A CN102255241B (zh) | 2011-05-26 | 2011-05-26 | 一种基于表面浮雕结构的环形腔面发射半导体激光器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102255241A true CN102255241A (zh) | 2011-11-23 |
CN102255241B CN102255241B (zh) | 2014-12-17 |
Family
ID=44982292
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201110138045.1A Expired - Fee Related CN102255241B (zh) | 2011-05-26 | 2011-05-26 | 一种基于表面浮雕结构的环形腔面发射半导体激光器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102255241B (zh) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006136346A1 (en) * | 2005-06-20 | 2006-12-28 | Vrije Universiteit Brussel | Monolithic micro-lasers with stabilised polarisation |
CN101640376A (zh) * | 2008-07-31 | 2010-02-03 | 佳能株式会社 | 表面发射激光器及阵列、其制造方法和光学装置 |
US20100027578A1 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Surface emitting laser, manufacturing method of surface emitting laser, surface emitting laser array, manufacturing method of surface emitting laser array, and optical apparatus including surface emitting laser array |
-
2011
- 2011-05-26 CN CN201110138045.1A patent/CN102255241B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006136346A1 (en) * | 2005-06-20 | 2006-12-28 | Vrije Universiteit Brussel | Monolithic micro-lasers with stabilised polarisation |
CN101640376A (zh) * | 2008-07-31 | 2010-02-03 | 佳能株式会社 | 表面发射激光器及阵列、其制造方法和光学装置 |
US20100027578A1 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Surface emitting laser, manufacturing method of surface emitting laser, surface emitting laser array, manufacturing method of surface emitting laser array, and optical apparatus including surface emitting laser array |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
EMMA SODERBERG ET AL.: "Suppression of Higher Order Transverse and Oxide Modes in 1.3-um InGaAs VCSELs by an Inverted Surface Relief", 《IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS》 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102255241B (zh) | 2014-12-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102709808A (zh) | 微透镜集成垂直腔面发射激光器的相干控制阵列结构 | |
CN103107482A (zh) | 单模光子晶体垂直腔面发射激光器及其制备方法 | |
CN101136538B (zh) | Vcsel、其制造方法、模块、光发送装置、光空间传输装置、光发送系统以及光空间传输系统 | |
CN110197992B (zh) | 一种高效vcsel芯片及其制造方法 | |
CN111682402B (zh) | 一种对称dbr结构的面发射半导体激光芯片及其制备方法 | |
CN102664347A (zh) | 具有模式控制结构的高功率电泵外腔垂直腔面发射激光器 | |
CN101192739A (zh) | 含高掺杂隧道结的垂直腔面发射激光器 | |
CN104300364B (zh) | 垂直腔面发射半导体激光器 | |
CN113140961B (zh) | 光子晶体垂直腔面发射激光器 | |
CN102891435B (zh) | 带有非吸收窗口的大功率半导体激光器 | |
CN102593719A (zh) | 一种改善有源区光场分布的边发射半导体激光器 | |
Kuramoto et al. | Nano-height cylindrical waveguide in GaN-based vertical-cavity surface-emitting lasers | |
CN104283109A (zh) | 一种基于金属限制散热结构的硅基微腔激光器及其制作方法 | |
CN107069423A (zh) | 一种垂直腔面发射半导体激光器电极 | |
CN110600995B (zh) | 一种高功率外腔半导体激光器 | |
JP4784123B2 (ja) | マルチスポット型面発光レーザおよびその製造方法 | |
CN101714744A (zh) | 非圆环形腔半导体激光器 | |
CN102255241B (zh) | 一种基于表面浮雕结构的环形腔面发射半导体激光器 | |
CN103996972A (zh) | 一种同时调制波长和发散角的光子晶体边发射激光器 | |
JP2015153862A (ja) | 面発光レーザアレイ及びレーザ装置 | |
CN104393485A (zh) | 激光器阵列相干器及其制备方法 | |
CN104269738A (zh) | 采用腔面光栅的波长稳定半导体激光器 | |
JP2017212321A (ja) | 面発光レーザ、面発光レーザアレイ、光源ユニット及びレーザ装置 | |
JP2017017266A (ja) | 面発光レーザアレイチップ、面発光レーザアレイ、レーザ装置、点火装置、及び内燃機関 | |
TWI771219B (zh) | 採用表面貼合技術簡化封裝工序之vcsel元件製程方法及利用此方法所製成之vcsel元件結構 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141217 Termination date: 20150526 |
|
EXPY | Termination of patent right or utility model |