CN107482477B - 表面与侧面介质光栅调制的大功率分布反馈半导体激光器 - Google Patents

表面与侧面介质光栅调制的大功率分布反馈半导体激光器 Download PDF

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Abstract

表面与侧面介质光栅调制的大功率分布反馈半导体激光器属于半导体激光器技术领域。现有DFB‑LD在波长稳定性、线宽以及输出功率方面未能很好地兼顾。本发明之表面与侧面介质光栅调制的大功率分布反馈半导体激光器属于边发射LD，下电极位于基条下表面，脊条位于基条上表面，上电极位于脊条上表面，基条自下而上包括衬底、N‑限制层、N‑波导层、有源区、P‑波导层，脊条自下而上包括P‑限制层、重掺杂接触层，脊条窄于基条；其特征在于，脊条属于宽条型，上电极在脊条长边方向上短于脊条，在脊条上表面两端刻蚀有表面介质光栅，在脊条两个侧面刻蚀有侧面介质光栅。该大功率分布反馈半导体激光器的温漂系数为0.062nm/K，线宽为0.8nm，连续输出功率为2W。

Description

表面与侧面介质光栅调制的大功率分布反馈半导体激光器
技术领域
本发明涉及一种表面与侧面介质光栅调制的大功率分布反馈半导体激光器，属于半导体激光器技术领域。
背景技术
在LD(半导体激光器)的许多应用领域，对LD的波长稳定性、线宽以及功率都有很高的要求。例如，DPSSL(二极管泵浦固体激光器)以半导体激光器(LD)为泵浦源，具有体积小、寿命长、光光转换效率高、便于模块化和可电激励等特点，例如，采用808nm LD泵浦Nd:YAG或者Nd:YVO4固体激光器，采用915nm/940nmLD泵浦Yb:YAG固体激光器，采用980nm LD泵浦掺铒光纤放大器或掺铒光纤激光器。然而，由于LD的波长稳定性差，约为0.3nm/K，也就是说发光波长会随温度的变化而发生明显变化，以及LD的谱线较宽，约为2～3nm，不利于激光晶体的吸收，光输出功率高更是作为泵浦源的基本要求。
与本发明更为相关的LD为边发射LD，如图1所示，下电极1位于基条2下表面，脊条3位于基条2上表面，上电极4位于脊条3上表面，基条2自下而上包括衬底、N-限制层、N-波导层、有源区、P-波导层，脊条3自下而上包括P-限制层、重掺杂接触层，脊条3窄于基条2。脊条3越宽，激光器的输出功率越大。
DFB-LD(分布反馈半导体激光器)能够从根本上解决LD波长稳定性差和谱线宽的问题。DFB-LD是在芯片中制作光栅，由光栅对光进行分布反馈，光栅的周期性结构具有反射作用，且使只有满足Bragg条件波长的光在激光器中形成稳定的震荡，起到选模、压缩线宽的作用。如何在芯片中制作光栅，在现有技术中有多种方案，与本发明较为接近的有以下两种。
一、在脊条3上表面刻蚀光栅5，如图2所示，在光栅5上直接蒸镀上电极4，电极金属材料同时又充当光栅的又一种材料。虽然该方案中的脊条3为宽条型，脊条3的宽度≥100μm，但是，由于以下原因，该方案难以获得大功率输出：
①在刻蚀光栅5的过程中，重掺杂接触层将被腐蚀掉，而P-限制层的掺杂浓度较低，导致欧姆接触电阻大和阈值特性劣化等严重问题，使激光器很难实现大功率运转；
②为实现光栅5与有源区高效耦合，需减小P-限制层厚度，从而会引发突变折射率波导收集载流子和光场限制弱方面的缺陷的产生。
二、在基条2上表面未被脊条3占用的部分刻蚀侧面周期性微扰光栅6，见RyanM.Briggs,CliffordFrez,et al.,OPTICS EXPRESS,21,1317,2013，如图3所示，作为一种单纵模LD，通过引入侧面周期性微扰光栅，取得线宽压窄、波长锁定、模式调整的效果，但是，为了刻蚀较大面积的光栅，该方案采用窄脊条，脊条3的宽度只有5μm左右，因此输出功率很低，不能满足诸如作为DPSSL泵浦源的要求。
发明内容
为了获得一种大功率DFB-LD，我们发明了一种表面与侧面介质光栅调制的大功率分布反馈半导体激光器，采用宽脊条，同时引入表面介质光栅和侧面介质光栅，上电极依然制作在脊条上表面上。
本发明之表面与侧面介质光栅调制的大功率分布反馈半导体激光器属于边发射LD，下电极1位于基条2下表面，脊条3位于基条2上表面，上电极4位于脊条3上表面，基条2自下而上包括衬底、N-限制层、N-波导层、有源区、P-波导层，脊条3自下而上包括P-限制层、重掺杂接触层，脊条3窄于基条2；其特征在于，如图4所示，脊条3属于宽条型，上电极4在脊条3长边方向上短于脊条3，在脊条3上表面两端刻蚀有表面介质光栅7，在脊条3两个侧面刻蚀有侧面介质光栅8。
本发明其技术效果包括：
由于采用宽条型脊条，实例的脊条宽度≥100μm，具备获得大功率光输出的前提条件，实例的连续输出功率达到2W。
由于起分布反馈作用的光栅包括在刻蚀在脊条3上表面两端的表面介质光栅7和刻蚀在脊条3两个侧面的侧面介质光栅8，光栅面积足够大，具备作为DFB-LD所需的周期性微扰能力，以获得波长稳定和窄线宽的效果，实例获得的温漂系数<0.07nm/K，线宽<1.0nm。
上电极4依旧制作在脊条3上表面，光栅区域与电流注入区域分离，未破坏重掺接触层，电流注入欧姆接触良好，保持原有阈值特性。
表面介质光栅7和侧面介质光栅8均为纯粹的介质光栅，不会发生含有金属材料的光栅在提供强反馈的同时引入激光腔内致额外吸收损耗。
附图说明
图1为现有边发射LD结构示意图。图2为现有在脊条上表面刻蚀光栅且在光栅上直接蒸镀上电极的DFB-LD结构示意图。图3为现有在基条上表面未被脊条占用的部分刻蚀侧面周期性微扰光栅的DFB-LD结构示意图。图4为本发明之种表面与侧面介质光栅调制的大功率分布反馈半导体激光器结构示意图，该图同时作为摘要附图。
具体实施方式
本发明之表面与侧面介质光栅调制的大功率分布反馈半导体激光器属于边发射LD，下电极1位于基条2下表面，脊条3位于基条2上表面，上电极4位于脊条3上表面，基条2自下而上包括衬底、N-限制层、N-波导层、有源区、P-波导层，脊条3自下而上包括P-限制层、重掺杂接触层，脊条3窄于基条2。如图4所示，脊条3属于宽条型，脊条宽度为100μm，脊条长度为1000μm；上电极4在脊条3长边方向上短于脊条3，上电极4的长度为800μm；在脊条3上表面两端刻蚀有表面介质光栅7，表面介质光栅7的光栅条纹横向分布，且与脊条3宽边方向平行；在脊条3两个侧面刻蚀有侧面介质光栅8，侧面介质光栅8的光栅条纹竖向分布。该大功率分布反馈半导体激光器的温漂系数为0.062nm/K，线宽为0.8nm，连续输出功率为2W。

Claims (3)

1.一种表面与侧面介质光栅调制的大功率分布反馈半导体激光器，属于边发射LD，下电极(1)位于基条(2)下表面，脊条(3)位于基条(2)上表面，上电极(4)位于脊条(3)上表面，基条(2)自下而上包括衬底、N-限制层、N-波导层、有源区、P-波导层，脊条(3)自下而上包括P-限制层、重掺杂接触层，脊条(3)窄于基条(2)；其特征在于，脊条(3)属于宽条型，上电极(4)在脊条(3)长边方向上短于脊条(3)，在脊条(3)上表面两端刻蚀有表面介质光栅(7)，在脊条(3)两个侧面刻蚀有侧面介质光栅(8)。
2.根据权利要求1所述的表面与侧面介质光栅调制的大功率分布反馈半导体激光器，其特征在于，脊条宽度为100μm，脊条长度为1000μm；上电极(4)的长度为800μm。
3.根据权利要求1所述的表面与侧面介质光栅调制的大功率分布反馈半导体激光器，其特征在于，表面介质光栅(7)的光栅条纹横向分布，且与脊条(3)宽边方向平行；侧面介质光栅(8)的光栅条纹竖向分布。
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