CN1071034A - 混合集成二维面发射激光器列阵 - Google Patents

Abstract

本发明为一种二维面发射激光器列阵。这种激 光器由多个一维半导体激光器列阵与半导体光反射 体同时焊接在热沉上，使从一维列阵出来的光经过反 射成垂直于热沉表面方向出射。由于梳状反射体允 许一维列阵中的热直接散到热沉中，可制成连续输出 的高功率半导体激光器。

Description

本发明为一种半导体激光器。

一般条形半导体激光器的光输出功率为几毫瓦，而窗口条形或大光腔结构可使输出功率提高到几十毫瓦以上，单片集成锁相列阵可获得更高输出功率。但由于受到一维侧向尺寸的限制，进一步提高输出功率有困难。利用二维面发射列阵可以达到进一步提高输出功率的目的。按谐振腔的形式可将面发射激光器分为两类：其一是竖直谐振腔，其二是水平谐振腔。前者的优点主要是可获得低阈值及稳定的单模工作，但它的制作工艺要求精度高比较复杂。水平谐振腔面发射激光器种类较多主要有分布布拉格反射式或分布反馈式，利用45°角斜面反射式，以及采用弯曲双异质结谐振腔式。上述的分布布拉格反射式可获得非常窄的远场光束，但光在经过反射光栅的过程中会有很大的损失，而且二级光栅的制作也是极为复杂的。以往的单片反射式由于腐蚀出的反射面和腔面质量通常不是很高，导致光损耗和光场发散。弯曲谐振腔很难实现竖直光发射。基于上述几种面发射激光器的特点，有人提出并制作出一种混合式二维阵列面发射半导体激光器。这种器件是将硅晶片沿[311]方向腐蚀出周期分布的沟槽后，管芯焊在其槽内，再将硅晶片焊接在热沉上。硅片经腐蚀后蒸金，槽侧面与底部成45°角。形成的反射镜面，将端出射光反射成垂直方向出射。由于这种结构的面发射激光器的激光管芯与反射体是由不同材料得到的，因而可得质量高的反射镜面。但上述的混合集成二维列阵中，由于管芯与热沉之间有一层硅阻碍散热，因此它只能在窄脉冲电注入下工作。本发明正是为了克服这一困难，设计和研制了大功率连续输出的半导体激光器列阵。

本发明的主要内容为：

利用光刻、掩膜、腐蚀的方法，将半导体晶片制成具有周期排列的梯形槽，见图1。槽的侧面为抛物面或45°角斜面，而且槽的底部被腐蚀掉。这种反射体，可采用硅或其它半导体材料，但最好用砷化镓单晶片，因为砷化镓单晶片具有解理面，因此容易找到合适的腐蚀方向而得到所需要的腐蚀槽形状。反射体被腐蚀好后双面蒸金同一维列阵半导体端发射激光管芯一起烧结在镀铟的铜热沉上。这样，一维列阵半导体端发射激光器是直接和热沉连接在一起的，中间没有晶体隔离。混合集成二维面发射激光器列阵的结构如图2所示。

已实施的混合集成二维面发射激光器列阵的制作工艺：

1，光反射体的制备

将〔100〕晶片减薄至～100μm厚，利用国产正性212光刻胶，沿〔011〕方向光刻出宽400μm，长2mm的周期排列窗口，周期为600μm，形状如图1所示，然后采用H₂SO₄∶H₂O₂∶H₂O（1∶8∶8，0℃）腐蚀液对上述晶片进行腐蚀，直至槽底被腐蚀透。

2，二维面发射激光器列阵的制备：

前述的光反射体与激光管芯同时摆放在镀铟的铜热沉上，其中管芯放在腐蚀槽的中间。在真空中加热结烧后进行电极引线就制备成二维面发射激光器列阵。

烧结条件为真空度P≤10^-3帕，温度～200°。与以往各种二维面发射列阵相比具有如下优点：

1、制备工艺简单

2、由于一维端发射列阵与铜热沉直接连接，散热特性好，因此具有高可靠性。

3、容易实现连续大功率光输出

附图说明：

图1，反射体晶片结构，（1）反射斜面，（2）掩膜

图2，混合集成二维面发射半导体激光器列阵的结构示意图，（1）反射体，（2）端发射列阵，（3）铜热沉

Claims (5)

1、一种由半导体激光器或其列阵加反射体构成的混合集成二维面发射激光器列阵，其特征在于激光管芯与半导体光反射体混合集成在同一热沉上，激光管芯与热沉是直接相连的。

2、一种按照权项1所述的激光器，其特征在于反射体为梳状半导体晶片，厚为～100μm。

3、一种按权项2所述的激光器，其特征在于梳状反射体由腐蚀方法形成，腐蚀槽侧面为抛物面或45°角斜面，槽底被腐蚀透。

4、一种按照权项1所述的激光器，其特征在于反射体晶片为砷化镓单晶片，沿〔011〕方向腐蚀出构槽。

5、一种按权项1，2，3，4所述的激光器，其特征在于端激射管芯与反射体同时烧结在热沉上。

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