CN106025796A - 一种半导体锥形激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种新的半导体锥形激光器(表面电极结构)，既克服了现有电极集成一起的锥形激光器在高电流注入时光束质量变差的问题，同时避免了现有电极分离的锥形激光器散热差，制作复杂等问题。该半导体锥形激光器将脊型波导表面电极切割分段，去掉脊型波导表面的部分电极，减小脊型波导表面的电极面积，这样，正极电源电极(块)整体压接在P面电极的脊型区部位时，减小注入脊型波导的电流分量，降低脊型波导有源区的电流密度，进而在高电流注入条件下提高锥形激光器的光束质量。本发明综合了现有的两类锥形激光器的优点，具有脊型波导内注入电流低，制作简单，散热好，光束质量好的特点。
Description
技术领域
本发明属于半导体光电子领域，涉及一种半导体锥形激光器。
背景技术
高功率、高亮度半导体激光器在医疗器械、材料加工等领域具有广泛应用，近年来在市场上的竞争力逐渐增强。半导体激光器的亮度是指输出光束的单位面积、单位发散角内的光功率，由半导体激光器输出光功率和光束质量决定。在半导体激光器增益长度不变的情况下，增大半导体激光器出光单元的宽度可以增大有源区面积，提高输出功率，但是较大的增益区由于热效应及载流子聚焦效应引起高阶模式的激射和灯丝效应，降低了出光单元的光束质量。窄条型波导的激光器可以实现对高阶模式的抑制，实现出光单元的高光束质量输出，但是较小的有源区面积和高的腔面功率容易引起腔面灾变损伤，导致串联电阻升高，散热降低，降低了输出功率及效率。
锥形激光器结合了窄型波导激光器光束质量好和宽条型激光器功率高的优点，具体分为两种结构形式：电极分离的锥形激光器是指脊型波导的电极与放大区的电极分离，脊型波导内的电流和放大区内的电流分别注入；电极集成一起的锥形激光器是指脊型波导电极和放大区的电极连接在一起，在同一个电压下，脊型波导内的电流和放大区内的电流同时注入。
电极分离的锥形激光器在封装时，需要P面电极向上封装，会降低激光器的散热效果，并且分开供电会增加封装的复杂程度，增加制作成本。电极集成一起的锥形激光器可以采用P面电极向下封装，提高激光器的散热。相关单位对两种电极的光束质量做了相关研究，具体如下：德国FBH的研究人员在文章(IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUMELECTRONICS,VOL.11,NO.5)中指出：在低电流注入下，电极分离的锥形激光器和电极集成一起的锥形激光器的光束质量大致相当；而在高电流注入条件下，电极分离的锥形激光器光束质量保持不变，但电极集成一起的锥形激光器光束质量变差。北京半导体所的李璟等人在文章(半导体学报，2007，28(5))也得到了相同的结论。
从以上的研究成果，可以看出，脊型波导内的电流太高时不利于锥形激光器保持好的光束质量，减小脊型波导内的电流是锥形激光器在高电流注入下保持高光束质量的一个可靠方法。但是现有电极分离的锥形激光器存在散热差，制作复杂的缺点，电极集成的锥形激光器存在高电流注入下脊型波导内注入电流高导致光束质量变差的缺点。
发明内容
本发明提出了一种新的锥形激光器(表面电极结构)，既克服了现有电极集成一起的锥形激光器在高电流注入时光束质量变差的问题，同时避免了现有电极分离的锥形激光器散热差，制作复杂等问题。
本发明的解决方案如下：
一种半导体锥形激光器，包括依次设置的N面电极、N面衬底、N面包层、限制层、P面包层和P面电极，其中限制层、P面包层和P面电极整体上分为脊型区和放大区，特别之处是：P面电极的脊型区部位由若干个相间隔的小电极组成。
上述“若干个”即两个以上；这里并不绝对要求若干个小电极的形状尺寸相同，所以在这里“间隔”的两边才是相应的“小电极”。
在以上方案的基础上，本发明还进一步做了如下优化：
所述若干个小电极之间为空，或者填充绝缘介质。
所述若干个小电极等间隔布置。
单个小电极的长度与间隔长度相等。
P面电极的脊型区部位中的间隔数量为：每毫米有10-100处间隔。
小电极的宽度等于或小于P面包层的脊型区部位的宽度。
N面电极的面积等于N面衬底的面积；P面电极的放大区部位与限制层的放大区部位面积相同。
本发明具有以下优点：
本发明采用脊型波导有源区电流分段注入的方式，将脊型波导表面电极切割分段，去掉脊型波导表面的部分电极，减小脊型波导表面的电极面积，这样，正极电源电极(块)整体压接在P面电极的脊型区部位时，减小注入脊型波导的电流分量，降低脊型波导有源区的电流密度，进而在高电流注入条件下提高锥形激光器的光束质量。
本发明综合了现有的两类锥形激光器的优点，具有脊型波导内注入电流低，制作简单，散热好，光束质量好的特点。
附图说明
图1为现有的电极集成一起的锥形激光器的结构示意图。
图2为图1中表面电极分布及局域放大示意图。
图3为本发明的表面电极分布及局域放大示意图。
图4为图2所示电极结构的有源区电流密度分布及局部区域的电流密度分布。
图5为图3所示电极结构的有源区电流密度分布及局部区域的电流密度分布。
附图标号说明：
1-N面电极、2-N面衬底、3-N面包层、4-限制层、5-P面包层、6-绝缘镀层、7-P面电极，8-脊型区；9-放大区。
具体实施方式
如图1所示，从下到上依次包括N面电极，N面衬底，N面包层，限制层，P面包层，P面电极。激光器的长度为4mm，宽度为1mm，激光器整体上分为脊型区和放大区，脊型波导部分的长度为1mm，宽度为0.005mm，放大区的长度为3mm，放大角度为6°，出光面宽度为0.32mm，脊型波导表面由十个小电极组成，每个电极的长度为0.05mm，宽度为0.005mm，电极之间的间距为0.05mm，放大区的电极和放大区P面限制层完全相同。
在P面电极两边的平面上，设置有绝缘镀层，用来防止电流未经过有源区直接从衬底流出。其中，脊型区的绝缘镀层位于相应位置的限制层表面，放大区的绝缘镀层位于相应位置的P面包层表面。
半导体激光器bar条的制备过程如下：
步骤一、清洗外延片，对清洗好的外延片p面第一次光刻、显影，干法刻蚀p面后出现P型脊型波导台面，刻蚀深度正好到达有源区的上方；其中，外延片通过本领域技术人员公知方式可以获得，一般采用商购；
步骤二、对P型脊型波导表面利用lift-off工艺生长P面电极；
步骤三、减薄抛光衬底，然后在衬底的表面上生长N面电极；
步骤四、解理，测试，封装，得到半导体激光器bar条。
具体参数值如下表1：
表1
如图4、图5，模拟了脊型波导和放大区电极分离，并且脊型区域电极减小后，脊型波导有源区的电流密度分布，结果如下，本发明相比于目前常规结构的锥形激光器，在相同电流注入条件下，有源区的电流密度减小，提高了脊型波导内高阶模式的阈值电流，并且该结构在未注入区还会增大高阶模式的吸收损耗和散射损耗。
Claims (7)
1.一种半导体锥形激光器，包括依次设置的N面电极、N面衬底、N面包层、限制层、P面包层和P面电极，其中限制层、P面包层和P面电极整体上分为脊型区和放大区，其特征在于：P面电极的脊型区部位由若干个相间隔的小电极组成。
2.根据权利要求1所述的半导体锥形激光器，其特征在于：所述若干个小电极之间为空，或者填充绝缘介质。
3.根据权利要求1所述的半导体锥形激光器，其特征在于：所述若干个小电极等间隔布置。
4.根据权利要求3所述的半导体锥形激光器，其特征在于：单个小电极的长度与间隔长度相等。
5.根据权利要求1所述的半导体锥形激光器，其特征在于：P面电极的脊型区部位中的间隔数量为：每毫米有10-100处间隔。
6.根据权利要求1所述的半导体锥形激光器，其特征在于：小电极的宽度等于或小于P面包层的脊型区部位的宽度。
7.根据权利要求1至6任一所述的半导体锥形激光器，其特征在于：N面电极的面积等于N面衬底的面积；P面电极的放大区部位与限制层的放大区部位面积相同。
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