CN104767120B - 环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器 - Google Patents

环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器 Download PDF

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Abstract

环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器属于半导体激光器技术领域。现有技术缺乏腔内空心发光的垂直腔面发射半导体激光器。本发明其特征在于，上电极、氧化物限制层的形状为内径相同的环形，所述环形的宽度为3～5μm，所述环形的外径为115～125μm；欧姆接触层、上分布布拉格反射镜以及有源增益区层叠在一起构成一个空心圆柱，该空心圆柱的外径与所述环形的外径相同，该空心圆柱的内径为85～95μm；在所述空心圆柱中有高阻区，高阻区的底面与下分布布拉格反射镜接触，高阻区的顶面的高度高于上分布布拉格反射镜的内镜面、低于上分布布拉格反射镜的外镜面。该激光器的谐振腔呈环柱形，出射光成为空心激光束。

Description

环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器
技术领域
本发明涉及一种环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器，属于半导体激光器技术领域。
背景技术
空心激光束是一种在传播方向上中心光强为零的环状光束,换句话说，也称为空心光束或者暗中空光束。这种空心激光束形成的光阱可以用来俘获原子；空心激光束能够形成空心光束原子隧道，当原子被限制在光束中时，它在中间黑心部分度过它的大部分时间，仅仅当它们与墙壁碰撞时才散射光子。空心激光束应用在激光光学、二元光学、计算全息、微观粒子的光学囚禁、材料科学、生物医学等领域。
在现有技术中有多种产生空心激光束的方案。例如，利用一个双圆锥镜将高斯光束转换成一束中心强度为零、周边强度较高的空心光束，其转换过程为：当高斯光束通过双圆锥镜的第一个顶点时被折射分束为一个发散的空心光束；再经过双圆锥镜的第二次折射后，在双圆锥镜的出射端产生一束近似准直的环形空心光束。再如，采用微米尺寸中空光纤产生空心光束。然而，所述现有技术均属于通过腔外光学装置将谐振腔发出的激光束整形，获得空心激光束，这类方案不仅使得激光器结构复杂、制作难度加大、体积增大、激光器泵浦方式变得复杂，而且还带来了光损耗，激光束相干程度降低。虽然，在现有技术中也出现了在腔内直接获得空心激光束的方案，如申请号为201010274086.9、名称为“能够获得空心激光束的谐振腔”的中国发明专利申请，但是，该方案仅限于采用激光晶体的固体激光器。
在半导体激光器技术领域有一种垂直腔面发射半导体激光器，如图1所示，器件的结构为，自上而下依次是上电极1、欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3、氧化物限制层4、有源增益区5、下分布布拉格反射镜6、衬底7、下电极8；上电极1、氧化物限制层4的形状为内径相同或者接近的环形；环形上电极1内孔成为出光窗口；欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3以及有源增益区5是一个圆柱形实体；上分布布拉格反射镜3通过环形氧化物限制层4内孔与有源增益区5相接。可见，由所述垂直腔面发射半导体激光器的结构决定了其发光是一种圆形高斯光束。由于相比于固体激光器垂直腔面发射半导体激光器具有体积小、效率高、阈值低、具有简便的电泵浦方式以及在光纤数据传输中所具有的作用，人们渴望实现垂直腔面发射半导体激光器的腔内空心发光。
发明内容
为了实现垂直腔面发射半导体激光器的腔内空心发光，我们发明了一种环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器，该激光器本身就能够直接发出空心激光束。
本发明之环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器自上而下依次是上电极1、欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3、氧化物限制层4、有源增益区5、下分布布拉格反射镜6、衬底7、下电极8；如图2所示，其特征在于，上电极1、氧化物限制层4的形状为内径相同的环形，所述环形的宽度为3～5μm，所述环形的外径为115～125μm；欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3以及有源增益区5层叠在一起构成一个空心圆柱，该空心圆柱的外径与所述环形的外径相同，该空心圆柱的内径为85～95μm；在所述空心圆柱中有高阻区9，高阻区9的底面与下分布布拉格反射镜6接触，高阻区9的顶面的高度高于上分布布拉格反射镜3的内镜面、低于上分布布拉格反射镜3的外镜面。
本发明之环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器在工作时，电流从上电极1注入，经过欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3、氧化物限制层4进入有源增益区5，由于欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3以及有源增益区5层叠在一起构成一个空心圆柱，所述空心圆柱中存在一个高阻区9，因此，该激光器的谐振腔呈环柱形，电流只能在该环柱形谐振腔内产生受激发射，于是，出射光成为空心激光束，实现垂直腔面发射半导体激光器的腔内空心发光。
附图说明
图1是现有垂直腔面发射半导体激光器结构剖视示意图。图2是本发明之环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器结构剖视示意图，该图同时作为摘要附图。
具体实施方式
本发明之环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器自上而下依次是上电极1、欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3、氧化物限制层4、有源增益区5、下分布布拉格反射镜6、衬底7、下电极8。上电极1材料为Ti/Pt/Au。欧姆接触层2材料为GaAs。上分布布拉格反射镜3材料为P型Al0.1Ga0.9As/Al0.8Ga0.2As。氧化物限制层4材料为Al2O3。有源增益区5材料为GaAs/AlGaAs。下分布布拉格反射镜6材料为N型Al0.1Ga0.9As/Al0.8Ga0.2As。衬底7材料为GaAs。下电极8材料为Au/Ge/Ni。如图2所示，上电极1、氧化物限制层4的形状为内径相同的环形，所述环形的宽度为3～5μm，所述环形的外径为115～125μm。欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3以及有源增益区5层叠在一起构成一个空心圆柱，该空心圆柱的外径与所述环形的外径相同，该空心圆柱的内径为85～95μm。在所述空心圆柱中有高阻区9，高阻区9的底面与下分布布拉格反射镜6接触，高阻区9的顶面的高度高于上分布布拉格反射镜3的内镜面、低于上分布布拉格反射镜3的外镜面。高阻区9由氢离子注入形成。

Claims (1)

1.一种环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器，自上而下依次是上电极(1)、欧姆接触层(2)、上分布布拉格反射镜(3)、氧化物限制层(4)、有源增益区(5)、下分布布拉格反射镜(6)、衬底(7)、下电极(8)；上电极(1)、氧化物限制层(4)的形状为内径相同的环形，所述环形的宽度为3～5μm，所述环形的外径为115～125μm；欧姆接触层(2)、上分布布拉格反射镜(3)以及有源增益区(5)层叠在一起构成一个空心圆柱，该空心圆柱的外径与所述环形的外径相同，该空心圆柱的内径为85～95μm；其特征在于，在所述空心圆柱中有高阻区(9)，高阻区(9)的底面与下分布布拉格反射镜(6)接触，高阻区(9)的顶面的高度高于上分布布拉格反射镜(3)的内镜面、低于上分布布拉格反射镜(3)的外镜面。
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