CN109412019B - 延长腔面光源vcsel及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种延长腔面光源VCSEL及其应用，其中，延长腔面光源VCSEL包括：‑N面电极、衬底层、外延层、P面电极；P面电极、外延层、衬底层、‑N面电极自上而下依次层叠设置，P面电极包括：上DBR结构、有源层结构以及下DBR结构，上DBR结构、有源层结构以及下DBR结构自上而下依次层叠设置，上DBR结构与下DBR结构之间形成延长腔面光源VCSEL的谐振腔，上DBR结构的端面还设置有第一介质薄膜，下DBR结构与外延片之间还设置有第二介质薄膜。本发明通过介质薄膜增加半导体激光器谐振腔腔长，进而改变激光器的模式，将高阶模光束转化为低阶模光束，进而降低光束发散角，减小带宽。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种延长腔面光源VCSEL及其应用。
背景技术
目前，广泛使用的垂直腔面发射激光器(VCSEL)的横模普遍为高阶模，其存在如下问题：光斑不均匀，光强分布分散，光束发散角大，带宽宽等，从而给应用过程造成诸多不便。因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
发明内容
本发明旨在提供一种延长腔面光源VCSEL及其应用，以克服现有技术中存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种延长腔面光源VCSEL，其包括：-N面电极、衬底层、外延层、P面电极；
所述P面电极、外延层、衬底层、-N面电极自上而下依次层叠设置，所述P面电极包括：上DBR结构、有源层结构以及下DBR结构，所述上DBR结构、有源层结构以及下DBR结构自上而下依次层叠设置，所述上DBR结构与下DBR结构之间形成所述延长腔面光源VCSEL的谐振腔，所述上DBR结构的端面还设置有第一介质薄膜，所述下DBR结构与所述外延片之间还设置有第二介质薄膜。
作为本发明的延长腔面光源VCSEL的改进，所述衬底层为半绝缘的半导体衬底层。
作为本发明的延长腔面光源VCSEL的改进，所述外延层为高掺杂的半导体外延层。
作为本发明的延长腔面光源VCSEL的改进，所述P面电极为至少一个，所述P面电极为多个时，多个P面电极以阵列形式排布于所述外延层上。
作为本发明的延长腔面光源VCSEL的改进，所述P面电极为多个时，多个P面电极通过金属电极相连接。
作为本发明的外腔面光源VCSEL的改进，所述多个发光芯片以非均匀或均匀阵列方式排布于所述半导体外延层上。适用于单一电极驱动或多电极分块驱动的列阵结构。
作为本发明的外腔面光源VCSEL的改进，适用于任何波长段，任何半导体材料体系的面发射激光器(VCSEL)。
作为本发明的外腔面光源VCSEL的改进，外腔结构适用于随机偏振结构，或偏振控制的结构。
作为本发明的延长腔面光源VCSEL的改进，所述第一、第二介质薄膜通过蒸镀或外延生长的方式形成于所在的DBR结构上。
作为本发明的延长腔面光源VCSEL的改进，所述第一、第二介质薄膜为氧化硅薄膜、氧化钛薄膜或者氮化硅薄膜中的一种。
作为本发明的延长腔面光源VCSEL的改进，所述第一、第二介质薄膜为一层或者多层。
作为本发明的延长腔面光源VCSEL的改进，所述第一、第二介质薄膜的厚度d为λ/4n，其中，λ为激光器中心波长，n为薄膜折射率。
作为本发明的延长腔面光源VCSEL的改进，所述光纤通信系统包括如上所述的延长腔面光源VCSEL。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的延长腔面光源VCSEL通过介质薄膜增加半导体激光器谐振腔腔长，进而改变激光器的模式，将高阶模光束转化为低阶模光束，进而降低光束发散角，减小带宽。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的延长腔面光源VCSEL一具体实施方式的层结构示意图；
图2为本发明的延长腔面光源VCSEL的发光模式示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、2所示，本发明提供一种延长腔面光源VCSEL，其包括：-N面电极1、衬底层2、外延层3、P面电极4。
其中还，所述P面电极4、外延层3、衬底层2、-N面电极1自上而下依次层叠设置。优选地，所述衬底层2采用半绝缘的半导体衬底层2。所述外延层3采用高掺杂的半导体外延层3。
所述P面电极4采用VCSEL激光芯片，从而所述P面电极4包括：上DBR结构41、有源层结构42以及下DBR结构43。其中，所述上DBR结构41、有源层结构42以及下DBR结构43自上而下依次层叠设置。
所述上DBR结构41与下DBR结构43之间形成所述延长腔面光源VCSEL的谐振腔。为了实现改变激光器的模式，所述上DBR结构41的端面还设置有第一介质薄膜44，所述下DBR结构43与所述外延片之间还设置有第二介质薄膜45。如此设置，通过设置介质薄膜增加了半导体激光器谐振腔腔长，如此可将高阶模光束转化为低阶模光束，进而降低光束发散角，减小带宽。
进一步地，所述第一、第二介质薄膜44、45通过蒸镀或外延生长的方式形成于所在的DBR结构上。蒸镀或外延生长可利用MOCVD、PECVD或电子束蒸发镀膜机。优选地，所述第一、第二介质薄膜44、45为氧化硅薄膜、氧化钛薄膜或者氮化硅薄膜中的一种。
根据需要，所述第一、第二介质薄膜44、45可以为一层或者多层。所述第一、第二介质薄膜44、45的厚度d可按照如下公式确定，所述第一、第二介质薄膜44、45的厚度d为λ/4n，其中，λ为激光器中心波长，n为薄膜折射率。
进一步地，所述P面电极4为至少一个，为了获得足够的激光光强，所述P面电极4可以为多个，此时，多个P面电极4以阵列形式排布于所述外延层3上，同时多个P面电极4通过金属电极相连接。
基于如上所述的延长腔面光源VCSEL，本发明还提供了该延长腔面光源VCSEL应用的技术方案。
在一个实施方式中，本发明提供一种光纤通信系统，其包括如上所述的延长腔面光源VCSEL。
综上所述，本发明的延长腔面光源VCSEL通过介质薄膜增加半导体激光器谐振腔腔长，进而改变激光器的模式，将高阶模光束转化为低阶模光束，进而降低光束发散角，减小带宽。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (12)
1.一种延长腔面光源VCSEL，其特征在于，所述延长腔面光源VCSEL包括：-N面电极、衬底层、外延层、P面电极；
所述P面电极、外延层、衬底层、-N面电极自上而下依次层叠设置，所述衬底层为半绝缘的半导体衬底层；所述外延层为高掺杂的半导体外延层；所述P面电极包括：上DBR结构、有源层结构以及下DBR结构，所述上DBR结构、有源层结构以及下DBR结构自上而下依次层叠设置，所述上DBR结构与下DBR结构之间形成所述延长腔面光源VCSEL的谐振腔，所述上DBR结构的端面还设置有第一介质薄膜，所述下DBR结构与所述外延层之间还设置有第二介质薄膜。
2.根据权利要求1所述的延长腔面光源VCSEL，其特征在于，所述P面电极为至少一个。
3.根据权利要求2所述的延长腔面光源VCSEL，其特征在于，所述P面电极为多个时，多个P面电极以阵列形式排布于所述外延层上。
4.根据权利要求2所述的延长腔面光源VCSEL，其特征在于，所述P面电极为多个时，多个P面电极通过金属电极相连接。
5.根据权利要求1所述的延长腔面光源VCSEL，其特征在于，所述第一、第二介质薄膜通过蒸镀或外延生长的方式形成于所在的DBR结构上。
6.根据权利要求1所述的延长腔面光源VCSEL，其特征在于，所述第一、第二介质薄膜为氧化硅薄膜、氧化钛薄膜或者氮化硅薄膜中的一种。
7.根据权利要求1所述的延长腔面光源VCSEL，其特征在于，所述第一、第二介质薄膜为一层或者多层。
8.根据权利要求1所述的延长腔面光源VCSEL，其特征在于，所述第一、第二介质薄膜的厚度d为λ/4n，其中，λ为激光器中心波长，n为薄膜折射率。
9.根据权利要求2所述的延长腔面光源VCSEL，其特征在于，多个发光芯片以非均匀或均匀阵列方式排布于所述半导体外延层上，适用于单一电极驱动或多电极分块驱动的列阵结构。
10.根据权利要求1所述的延长腔面光源VCSEL，其特征在于适用于任何波长段，任何半导体材料体系的面发射激光器（VCSEL）。
11.根据权利要求1所述的延长腔面光源VCSEL，其特征在于适用于偏振控制的结构。
12.一种光纤通信系统，其特征在于，所述光纤通信系统包括如权利要求1至2任一项所述的延长腔面光源VCSEL。
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