CN113823995B - 一种垂直分布反馈面发射激光器及其制备方法 - Google Patents
一种垂直分布反馈面发射激光器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113823995B CN113823995B CN202111037142.1A CN202111037142A CN113823995B CN 113823995 B CN113823995 B CN 113823995B CN 202111037142 A CN202111037142 A CN 202111037142A CN 113823995 B CN113823995 B CN 113823995B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vertical
- distributed feedback
- emitting laser
- laser
- cavity surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
- H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
- H01S5/18313—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation by oxidizing at least one of the DBR layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明实施例公开了一种垂直分布反馈面发射激光器及其制备方法,该激光器包括第一腔面、周期性分布反馈结构和第二腔面;沿第一方向,设置周期性分布反馈结构包括多个分布反馈结构,且分布反馈结构包括氧化层、有源区和隧道结,通过设置多个氧化层替代二阶光栅调节光均匀分布,同时设置氧化层为高阻抗结构,控制电流流经方向,提高出光功率,进一步的,设置周期性分布反馈结构的周期为垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的半波长的整数倍,限定激光器的出射波长范围,减小光谱线宽,提高激光器的波长稳定性。本发明解决了现有技术中激光器的波长稳定性差、功率密度较低、结构较复杂,难以实现大量生产以及窄线宽应用要求的技术问题。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体激光器技术领域,尤其涉及一种垂直分布反馈面发射激光器及其制备方法。
背景技术
光检测和测距等应用中(例如激光雷达)使用红外光创建精确的三维环境图,这是自动驾驶汽车开发中的一项关键技术。结合雷达和摄像头系统,它可以充当汽车的视觉,捕捉周围的环境。
到目前为止,随着组件温度的升高,边发射激光器在波长稳定性方面的偏差高达40nm,会导致LiDAR系统的“视觉”有点模糊。为了解决这一问题,通常会采用分布反馈(Distributed Feedback Laser,DFB)激光器或者分布布拉格反射(Distributed Braggreflection cavity,DBR)激光器。两者均可实现较好的波长稳定性,但它们的制程较为复杂,而且价格较为高昂。除此之外,垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)也可实现较好的波长稳定性,但相较于边发射激光器,VCSEL的功率密度较低,结构较为复杂,尤其在长波长范围(例如1300~1550nm),VCSEL难以实现大量量产。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种垂直分布反馈面发射激光器及其制备方法,解决了现有技术中波长稳定性差、功率密度较低、结构较复杂,难以实现大量生产以及窄线宽应用要求的技术问题。
第一方面,本发明实施例提供了一种垂直分布反馈面发射激光器,包括第一腔面、周期性分布反馈结构和第二腔面;
沿第一方向,所述周期性分布反馈结构包括多个分布反馈结构,且所述分布反馈结构包括氧化层、有源区和隧道结;所述第一方向与所述第一腔面指向所述第二腔面的方向平行;
沿所述第一方向,所述周期性分布反馈结构的周期为所述垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的半波长的整数倍。
可选的,所述氧化层包括连续环形结构。
可选的,所述氧化层位于所述垂直分布反馈面发射激光器的出射激光驻波的波腹位置;
或,所述氧化层位于所述垂直分布反馈面发射激光器的出射激光驻波的波节位置。
可选的,所述氧化层的材料包括AlxGa1-xAs,其中,X表示所述氧化层中铝组分占比,80%<X<100%。
可选的,沿所述第一方向,所述周期性分布反馈结构至少包括8个分布反馈结构。
可选的,沿所述第一方向,所述第一腔面包括至少两层反射膜,所述第二腔面包括至少两层反射膜;相邻两层所述反射膜的折射率不同;
所述反射膜用于对满足所述垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的激光光束进行反射。
可选的,所述垂直分布反馈面发射激光器的出射激光从所述第一腔面出射,所述第一腔面包括增透膜;所述增透膜用于透射满足所述垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的激光光束;
或,所述垂直分布反馈面发射激光器的出射激光从所述第二腔面出射,所述第二腔面包括增透膜;所述增透膜用于透射满足所述垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的激光光束。
可选的,所述激光光束的有效出射波长为λ,200nm≤λ≤2000nm。
可选的,所述氧化层、所述有源区和所述隧道结的折射率不同。
第二方面,本发明实施例提供了一种垂直分布反馈面发射激光器的制备方法,用于制备第一方面提供的垂直分布反馈面发射激光器,包括:
制备第一腔面;
在所述第一腔面的一侧制备周期性分布反馈结构;沿第一方向,所述周期性分布反馈结构包括多个分布反馈结构,且所述分布反馈结构包括氧化层、有源区和隧道结;所述第一方向与所述第一腔面指向所述第二腔面的方向平行;沿所述第一方向,所述周期性分布反馈结构的周期为所述垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的半波长的整数倍;
在所述周期性分布反馈结构远离所述第一腔面的一侧制备第二腔面。
本发明实施例提供了一种垂直分布反馈面发射激光器,该激光器包括第一腔面、周期性分布反馈结构和第二腔面;沿第一方向,设置周期性分布反馈结构包括多个分布反馈结构,增加了激光器的有效腔长,减小光谱线宽,提高激光器的波长稳定性,且分布反馈结构包括氧化层、有源区和隧道结,通过设置多个氧化层替代二阶光栅调节光均匀分布,同时设置氧化层为高阻抗结构,控制电流流经方向,提高出光功率,进一步的,设置周期性分布反馈结构的周期为垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的半波长的整数倍,限定激光器的出射波长范围,因此,本发明提供的垂直分布反馈面发射激光器的波长稳定、光输出功率较高、结构简单,易于实现大量生产,满足窄线宽激光器的应用要求。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1是本发明实施例提供的一种垂直分布反馈面发射激光器的结构示意图;
图2是图1中提供的一种氧化层的俯视结构示意图;
图3是图1中沿I-I’方向的垂直分布反馈面发射激光器的剖面示意图;
图4是本发明实施例提供的又一种垂直分布反馈面发射激光器的结构示意图;
图5是图4中提供的又一种氧化层的俯视结构示意图;
图6是本发明实施例提供的一种垂直分布反馈面发射激光器的光场和折射率在垂直方向的分布示意图;
图7是本发明实施例提供的又一种垂直分布反馈面发射激光器的光场和折射率在垂直方向的分布示意图;
图8是本发明实施例提供的又一种垂直分布反馈面发射激光器的光电性能示例图;
图9是本发明实施例提供的一种垂直分布反馈面发射激光器的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,以下将结合本发明实施例中的附图,通过具体实施方式,完整地描述本发明的技术方案。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例,均落入本发明的保护范围之内。
实施例
本发明实施例提供一种垂直分布反馈面发射激光器。图1是本发明实施例提供的一种垂直分布反馈面发射激光器的结构示意图;图2是图1中提供的一种氧化层的俯视结构示意图;图3是图1中沿I-I’方向的垂直分布反馈面发射激光器的剖面示意图。如图1-图3所示,垂直分布反馈面发射激光器10包括第一腔面1、周期性分布反馈结构2和第二腔面3;沿第一方向(如图中X方向所示),周期性分布反馈结构2包括多个分布反馈结构12,且分布反馈结构12包括氧化层121、有源区122和隧道结123;第一方向为第一腔面1指向第二腔面3的方向平行;沿第一方向,周期性分布反馈结构2的周期为垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的半波长的整数倍。
示例性的,如图3所示,垂直分布反馈面发射激光器10包括第一腔面1、周期性分布反馈结构2和第二腔面3,其中,第一腔面1可以为N型布拉格反射镜(N型-DBR),第二腔面3可以为p型布拉格反射镜(p型-DBR)。沿途中X方向所示,第一腔面1和第二腔面3构成了垂直分布反馈面发射激光器谐振腔的腔面,第一腔面1的厚度、周期性分布反馈结构2的厚度和第二腔面3的厚度之和为垂直分布反馈面发射激光器谐振腔的有效腔长,激光器的谱线线宽由Schawlow-Townes公式决定,Schawlow-Townesr如下:
其中,ΔvST是激光器的光谱线宽,α是线宽展宽因子,h为普朗克常量,v为光的频率,P0是输出光功率,ηp是粒子数反转因子,η0是光输出耦合效率,Δν冷是激光器冷腔的线宽,ng是光波的群速度,τ是光在谐振腔中往返一次的能量损耗百分比,c是真空光速,L是激光器谐振腔的腔长。
结合公式(1)和(2),激光器的光谱线宽ΔvST与激光器谐振腔的腔长L成反比,设置周期性分布反馈结构2包括多个分布反馈结构12,设置第一方向与第一腔面1指向第二腔面3的方向平行,例如,沿图3中X方向,多个分布反馈结构12成周期性排布,增加了谐振腔的有效腔长,可以有效减小激光器的光谱线宽,提高激光器波长的稳定性。且设置分布反馈结构12包括氧化层121、有源区122和隧道结123。其中,可选的,有源区122包括P-型半导体层1221、有源层1222和N-型半导体层1223,其中,有源层1222为激光光束的发光材料,有源区112用于产生激光光束,为了进一步提高VCSEL的激射效率,可以采用多量子阱(MultipleQuantum Well,MQW)结构。有源区112的材料包括GaP、GaAs、AlGaAs、InGaAs、InGaAsP、AlGaInAs、GaN、AlSb、AlN、AlGaN、AlAs、InP、GaSb、InAs、InSb、HgTe、HgSe、ZnTe、CdS、ZnSe、ZnS、ZnO、Ga2O3、III-V和II-VI材料中的至少一种。P型半导体也称为空穴型半导体,P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体,例如,在纯净的硅晶体中掺入三价元素(如硼),使之取代晶格中硅原子的位子,就形成P型半导体;N型半导体也称为电子型半导体,N型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体,在纯净的硅晶体中掺入五价元素(如磷),使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了N型半导体。当外部电流经P型-DBR注入到有源区121,实现从P-型半导体层1221到有源层1222到N-型半导体层1223的电流导通,有源层1222被激励发射特定工作波长的激光。其中,设置氧化层121采用高阻抗材料,也可称为氧化电流限制层,可以控制外部注入电流流经方向,将注入电流限定在特定区域内,具有一阶光栅结构,可以起到调节激光光束光均匀分布的作用。
由于每个有源层1222的两侧分别为P型半导体层1221和N型半导体层1223,P型半导体层1221为正极,N型半导体层1223为负极,电流只能从P型半导体层1221流向N型半导体层1223,电流无法反向流动。因此,可以设置隧道结123将多个有源层1222串联起来。其中,隧道结123是由高掺杂的N++型层和P++型层构成,“++”符号代表掺杂浓度极高,电流可以由N++型层流向P++型层。如此,以相邻两个有源区122串联为例,当外部注入电流(如图中A所示)由P型-DBR依次流经有源层122的P-型半导体层1221-有源层1222-N-型半导体层1223后,N型层里的电流可以通过隧道结1223进入相邻的有源区122的P型半导体层1221,进而依次流经相邻的有源区122中的有源层1222-N-型半导体层1223中,如此实现相邻两个有源层1222的依次串联。通过每个有源层1222两侧的注入电压是固定的,垂直分布反馈面发射激光器的芯片的电压就近似是每个有源层1222两侧的电压乘以有源层1222的个数,有源层1222的数量越多,芯片电压就越大,激光器的输出功率越高,因此,通过设置隧道结123串联有源层122,增加分布反馈结构12的数量,可以提高垂直分布反馈面发射激光器的输出功率。
需要说明的是,本发明实施例提供的垂直分布反馈面发射激光器(VerticalDistributed Feedback Surface Emitting Laser,VDFBSEL),不同于常规的二阶光栅分布反馈面发射激光器(2nd order grating DFBSEL),本发明激光器芯片的分布反馈光栅结构在垂直方向(如图3中X方向)上形成周期性结构。
综上,本发明实施例提供的垂直分布反馈面发射激光器,该激光器包括第一腔面、周期性分布反馈结构和第二腔面;沿与第一腔面1指向第二腔面3的方向平行的方向,设置周期性分布反馈结构包括多个分布反馈结构,可以增加激光器的有效腔长,减小光谱线宽,提高激光器的波长稳定性,且分布反馈结构包括氧化层、有源区和隧道结,通过设置多个氧化层替代二阶光栅调节光均匀分布,同时设置氧化层为高阻抗结构,控制电流流经方向,设置隧道结串联有源区,提高出光功率,进一步的,设置周期性分布反馈结构的周期为垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的半波长的整数倍,限定激光器的出射波长范围,因此,本发明提供的垂直分布反馈面发射激光器的波长稳定、光输出功率较高、结构简单,易于实现大量生产,满足窄线宽激光器的应用要求。
图4是本发明实施例提供的又一种垂直分布反馈面发射激光器的结构示意图;图5是图4中提供的又一种氧化层的俯视结构示意图。结合图1-图5所示,可选的,氧化层121包括连续环形结构。
示例性的,结合图1-图5所示,氧化层121为连续环形结构,例如,氧化层121为连续圆型环状结构,如图1和图2所示;氧化层121为连续矩形环状结构,如图4和图5所示。沿图3中Y方向,氧化层121的连续环形结构内部形成氧化层沟槽,沿图3中X方向,当从第一腔面1注入电流时候,氧化层121在X方向上的垂直投影覆盖的区域对注入电流具有抑制作用,使得注入电流从氧化层121的的沟槽流入有源区122,可以有效控制注入电流流经方向,从而提高注入电流的注入效率。
可选的,第一腔面1沿图3中Y方向的宽度为L1,3μm≤L1≤1000μm;氧化层121的沟槽间距为L2,1μm≤L2≤998μm。合理控制氧化层121的沟槽间距,可以达到控制注入电流在Y方向在有源区122的流经区域,提高注入电流的注入效率。
可选的,氧化层的材料包括AlxGa1-xAs,其中,X表示氧化层中铝组分占比,80%<X<100%。选用高铝组分的AlxGa1-xAs材料,使X满足80%<X<100%,可以提高氧化层的阻抗,提高氧化层区域注入电流的控制作用。
可选的,氧化层位于垂直分布反馈面发射激光器的出射激光驻波的波腹位置;或,氧化层位于垂直分布反馈面发射激光器的出射激光驻波的波节位置。
示例性的,垂直分布反馈面发射激光器的出射激光驻波光场强度的波腹的位置是光场强度最强的地方,将氧化层放置在此处可以实现最强的分布反馈效果。光场强度波节的位置是光场强度最弱的地方,将氧化层放置在此处可以实现最小的光学损失(opticalloss)。但是,分布反馈效果和光学损失两者互相制约,又无法同时实现,将氧化层放置在激光驻波光场强度的波腹位置或者波节位置,可以根据具体情况进行调节。
可选的,沿第一方向,周期性分布反馈结构至少包括8个分布反馈结构。
示例性的,图6是本发明实施例提供的一种垂直分布反馈面发射激光器的光场和折射率在垂直方向的分布示意图;图7是本发明实施例提供的又一种垂直分布反馈面发射激光器的光场和折射率在垂直方向的分布示意图;图8是本发明实施例提供的又一种垂直分布反馈面发射激光器的光电性能示例图。其中,图6是以10个分布反馈结构的垂直分布反馈面发射激光器为例,图7是以40个分布反馈结构的垂直分布反馈面发射激光器为例,如图6和图7所示,横坐标为以第一腔面或第二腔面为原点,激光光束距离腔面原点的距离(单位:纳米nm),第一纵坐标为分布反馈结构的折射率n,第二纵坐标为激光光场E。通过测试发现,含有40个氧化层的周期性分布反馈结构相对含有10个氧化层的周期性分布反馈结构,当氧化层的数量越多时,激光光场的均匀性越好,如图6和图7中虚线框中所示。图8是以100个分布反馈结构的垂直分布反馈面发射激光器为例,横坐标为外部注入电流(单位:A),第一纵坐标为激光输出功率(单位:W),第二纵坐标为输出电压(单位:V)。如图8所示,当对含有100个氧化层构成的周期性分布反馈结构的垂直分布反馈面发射激光器的光电性能进行测试时,周期性分布反馈结构可以实现超高斜率效率(>10W/A),在小电流下实现大输出功率(kW量级)输出,远远高于现有半导体激光器的斜率效率(1~6W/A),因此,本发明实施例提供的垂直分布反馈面发射激光器的光输出功率更高、光电性能优越,结构简单,易于实现大量生产。
可选的,沿第一方向,第一腔面包括至少两层反射膜,第二腔面包括至少两层反射膜;相邻两层反射膜的折射率不同;反射膜用于对满足垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的激光光束进行反射。
示例性的,继续参考图3所示,沿图中X方向,第一腔面包括至少两层反射膜,第二腔面包括至少两层反射膜,反射膜的反射率大小与折射率大小相关,设置相邻两层反射膜的折射率不同。例如,叠层设置30-50对折射率不同的反射膜,不同折射率的反射膜交互周期性的堆叠在一起,当激光光束经过这些不同折射率的反射膜时,由于各反射膜反射的光因相位角的改变发生干涉叠加,得到强烈反射光,从而有效提高垂直分布反馈面发射激光器的的有效出射波长的出光效率。
可选的,垂直分布反馈面发射激光器的出射激光从第一腔面出射,第一腔面包括增透膜;增透膜用于透射满足垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的激光光束;或,垂直分布反馈面发射激光器的出射激光从第二腔面出射,第二腔面包括增透膜;增透膜用于透射满足垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的激光光束。
示例性的,继续参考图3所示,在第一腔面1设置增透膜,其中,增透膜可以减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光,从而增加这些元件的透光量,减少或消除系统的杂散光。设置增透膜对满足有效波长范围内的激光波长具有较高透过率,通过镀膜等工艺,可以提高增透膜对某个激光波段的透过率,例如设置增透膜的透射波长满足1064±15nm。当垂直分布反馈面发射激光器的谐振腔内的激光被激励振荡后满足有效出射波长的激光出射阈值条件时,透过第一腔面以及增透膜形成垂直分布反馈面发射激光器的出射激光。其中,激光出射阈值条件包括激光器出射的最低阈值电流密度、阈值功率密度等。
同理,也可以在第二腔面设置增透膜,以使得增透膜透射满足垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的激光光束,原理请参照上文的描述,这里不再做赘述。
在上述实施例的基础上,可选的,激光光束的有效出射波长为λ,200nm≤λ≤2000nm。本发明实施例提供的垂直分布反馈面发射激光器激光光束的有效出射波长为λ满足200nm≤λ≤2000nm,同时采用周期性分布反馈结构可以将波长偏移降低到仅10nm,即满足λ±10nm,极大的提高了波长稳定性。
可选的,氧化层、有源区和隧道结的折射率不同,使得周期性分布的分布反馈结构12满足激光光束在谐振腔内反射,最终形成激光光束出射。
可选的,在氧化层、有源区和隧道结之间还包括中间层,中间层的材料包括是GaAs或者AlGaAs,中间层具有支撑和促进注入电流传导的作用。
在上述实施例的基础上,可选的,垂直腔面发射激光器还包括驱动电极,用于对有源区提供外部驱动注入电流,激发有源区产生激光光束。
基于同一个发明构思,本发明实施例还提供了一种垂直分布反馈面发射激光器的制备方法,用于制备权利上述实施例提供的垂直分布反馈面发射激光器。图9是本发明实施例提供的一种垂直分布反馈面发射激光器的制备方法的流程示意图,如图9所示,该制备方法包括:
S101、制备第一腔面。
示例性的,继续参考图3所示,采用外延生长的方式制备第一腔面,其中,第一腔面1可以为N型布拉格反射镜(N型-DBR)。
S102、在第一腔面的一侧制备周期性分布反馈结构。
沿第一方向,周期性分布反馈结构包括多个分布反馈结构,且分布反馈结构包括氧化层、有源区和隧道结;第一方向与第一腔面指向第二腔面的方向平行;沿第一方向,周期性分布反馈结构的周期为垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的半波长的整数倍。
其中,继续参考图3所示,在第一腔面1的一侧制备周期性分布反馈结构12,周期性分布反馈结构2包括多个分布反馈结构12,设例如,沿图3中X方向,依次制备多个分布反馈结构12,分布反馈结构12包括氧化层121、有源区122和隧道结123,增加了谐振腔的有效腔长,可以有效减小激光器的光谱线宽,提高激光器波长的稳定性。可选的,有源区122包括P-型半导体层1221、有源层1222和N-型半导体层1223,其中,有源层1222为激光光束的发光材料,有源区112用于产生激光光束,采用多量子阱(Multiple Quantum Well,MQW)结构。氧化层121采用高阻抗材料,具有一阶光栅结构,控制外部注入电流流经方向,将注入电流限定在特定区域内,可以起到调节激光光束光均匀分布的作用。隧道结123将相连两个有源区122串联,增加分布反馈结构12的数量,提高垂直分布反馈面发射激光器的输出功率。
S103、在周期性分布反馈结构远离第一腔面的一侧制备第二腔面。
其中,继续参考图3所示,第二腔面3可以为p型布拉格反射镜(p型-DBR)。沿途中X方向所示,第一腔面1和第二腔面3构成了垂直分布反馈面发射激光器谐振腔的腔面,第一腔面1的厚度、周期性分布反馈结构2的厚度和第二腔面3的厚度之和为垂直分布反馈面发射激光器谐振腔的有效腔长。
综上,采用本发明实施例提供的制备方法制备的垂直分布反馈面发射激光器,采用周期性分布反馈结构可以将波长偏移降低到仅10nm,极大的提高了波长稳定性,显著提升半导体激光器的器件性能和可靠性,可作为应用在自动驾驶汽车开发中雷达和摄像头系统中,可以充当汽车的视觉,用于捕捉周围的环境等应用。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,本发明的各个实施方式的特征可以部分地或者全部地彼此耦合或组合,并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (8)
1.一种垂直分布反馈面发射激光器,其特征在于,包括第一腔面、周期性分布反馈结构和第二腔面;
沿第一方向,所述周期性分布反馈结构包括多个分布反馈结构,且所述分布反馈结构包括氧化层、有源区和隧道结;所述第一方向与所述第一腔面指向所述第二腔面的方向平行;
沿所述第一方向,所述周期性分布反馈结构的周期为所述垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的半波长的整数倍;
所述第一腔面沿第二方向的宽度为L1,3μm≤L1≤1000μm;所述氧化层采用高阻抗材料,所述氧化层的沟槽间距为L2,1μm≤L2≤998μm;所述第二方向与所述第一腔面所在平面平行;
所述垂直分布反馈面发射激光器的出射激光从所述第一腔面出射,所述第一腔面包括增透膜;所述增透膜用于透射满足所述垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的激光光束;或,所述垂直分布反馈面发射激光器的出射激光从所述第二腔面出射,所述第二腔面包括增透膜;所述增透膜用于透射满足所述垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的激光光束;所述激光光束的有效出射波长为λ,200nm≤λ≤2000nm。
2.根据权利要求1所述的垂直分布反馈面发射激光器,其特征在于,所述氧化层包括连续环形结构。
3.根据权利要求1所述的垂直分布反馈面发射激光器,其特征在于,所述氧化层位于所述垂直分布反馈面发射激光器的出射激光驻波的波腹位置;
或,所述氧化层位于所述垂直分布反馈面发射激光器的出射激光驻波的波节位置。
4.根据权利要求1所述的垂直分布反馈面发射激光器,其特征在于,所述氧化层的材料包括AlxGa1-xAs,其中,X表示所述氧化层中铝组分占比,80%<X<100%。
5.根据权利要求1所述的垂直分布反馈面发射激光器,其特征在于,沿所述第一方向,所述周期性分布反馈结构至少包括8个分布反馈结构。
6.根据权利要求1所述的垂直分布反馈面发射激光器,其特征在于,沿所述第一方向,所述第一腔面包括至少两层反射膜,所述第二腔面包括至少两层反射膜;相邻两层所述反射膜的折射率不同;
所述反射膜用于对满足所述垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的激光光束进行反射。
7.根据权利要求1所述的垂直分布反馈面发射激光器,其特征在于,所述氧化层、所述有源区和所述隧道结的折射率不同。
8.一种垂直分布反馈面发射激光器的制备方法,用于制备权利要求1-7任一项所述的垂直分布反馈面发射激光器,其特征在于,包括:
制备第一腔面;
在所述第一腔面的一侧制备周期性分布反馈结构;沿第一方向,所述周期性分布反馈结构包括多个分布反馈结构,且所述分布反馈结构包括氧化层、有源区和隧道结;所述第一方向与所述第一腔面指向所述第二腔面的方向平行;沿所述第一方向,所述周期性分布反馈结构的周期为所述垂直分布反馈面发射激光器的有效出射波长的半波长的整数倍;
在所述周期性分布反馈结构远离所述第一腔面的一侧制备第二腔面。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111037142.1A CN113823995B (zh) | 2021-09-06 | 2021-09-06 | 一种垂直分布反馈面发射激光器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111037142.1A CN113823995B (zh) | 2021-09-06 | 2021-09-06 | 一种垂直分布反馈面发射激光器及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113823995A CN113823995A (zh) | 2021-12-21 |
CN113823995B true CN113823995B (zh) | 2023-09-15 |
Family
ID=78921775
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111037142.1A Active CN113823995B (zh) | 2021-09-06 | 2021-09-06 | 一种垂直分布反馈面发射激光器及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113823995B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11532924B2 (en) * | 2020-07-27 | 2022-12-20 | National Taiwan University | Distributed feedback laser array |
CN114465090B (zh) * | 2022-04-13 | 2022-07-05 | 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 | 一种多结分布式反馈激光器及其制备方法 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003298186A (ja) * | 2002-04-05 | 2003-10-17 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光レーザ素子、面発光レーザ素子を用いたトランシーバ、光送受信器および光通信システム |
CN1588717A (zh) * | 2004-07-16 | 2005-03-02 | 北京工业大学 | 高效大功率多波长隧道级联多有源区垂直腔面发射激光器 |
CN103311805A (zh) * | 2012-03-13 | 2013-09-18 | 株式会社理光 | 半导体层叠板和垂直腔面发射激光器 |
CN104051957A (zh) * | 2014-06-23 | 2014-09-17 | 天津工业大学 | 一种1550nm长波长垂直腔面发射激光器的制备方法及其应用 |
CN109038215A (zh) * | 2018-08-28 | 2018-12-18 | 深亮智能技术(中山)有限公司 | 一种双氧化孔径的高功率高速垂直腔面发射激光器 |
CN109075532A (zh) * | 2016-03-04 | 2018-12-21 | 普林斯顿光电子股份有限公司 | 高速vcsel装置 |
CN109524878A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-03-26 | 深亮智能技术(中山)有限公司 | 一种垂直腔面发射激光器 |
CN110959234A (zh) * | 2017-07-17 | 2020-04-03 | 统雷有限公司 | 中红外垂直腔激光器 |
CN112615256A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-06 | 厦门市三安集成电路有限公司 | 一种垂直腔面发射激光器 |
-
2021
- 2021-09-06 CN CN202111037142.1A patent/CN113823995B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003298186A (ja) * | 2002-04-05 | 2003-10-17 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光レーザ素子、面発光レーザ素子を用いたトランシーバ、光送受信器および光通信システム |
CN1588717A (zh) * | 2004-07-16 | 2005-03-02 | 北京工业大学 | 高效大功率多波长隧道级联多有源区垂直腔面发射激光器 |
CN103311805A (zh) * | 2012-03-13 | 2013-09-18 | 株式会社理光 | 半导体层叠板和垂直腔面发射激光器 |
CN104051957A (zh) * | 2014-06-23 | 2014-09-17 | 天津工业大学 | 一种1550nm长波长垂直腔面发射激光器的制备方法及其应用 |
CN109075532A (zh) * | 2016-03-04 | 2018-12-21 | 普林斯顿光电子股份有限公司 | 高速vcsel装置 |
CN110959234A (zh) * | 2017-07-17 | 2020-04-03 | 统雷有限公司 | 中红外垂直腔激光器 |
CN109038215A (zh) * | 2018-08-28 | 2018-12-18 | 深亮智能技术(中山)有限公司 | 一种双氧化孔径的高功率高速垂直腔面发射激光器 |
CN109524878A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-03-26 | 深亮智能技术(中山)有限公司 | 一种垂直腔面发射激光器 |
CN112615256A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-06 | 厦门市三安集成电路有限公司 | 一种垂直腔面发射激光器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113823995A (zh) | 2021-12-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101168460B1 (ko) | InP-계 수직공진 표면발광레이저를 제조하는 방법 및 이로부터 제조된 디바이스 | |
US7466738B2 (en) | Surface emitting laser device and production method | |
US11424597B2 (en) | Tunnel junction for GaAs based VCSELs and method therefor | |
JP2534444B2 (ja) | 集積化短キャビティ・レ―ザ | |
TWI475773B (zh) | 垂直腔表面發射雷射 | |
CN113823995B (zh) | 一种垂直分布反馈面发射激光器及其制备方法 | |
US8179941B2 (en) | Laser diode and method of manufacturing the same | |
US20090161716A1 (en) | Laser diode | |
JP2004146833A (ja) | 複数活性領域を備えた電気ポンピング式垂直共振器面発光レーザ | |
JPH03236295A (ja) | 縦方向空洞半導体レーザ装置 | |
US5289484A (en) | Laser diode | |
WO2005055382A1 (en) | Tilted cavity semiconductor optoelectronic device and method of making same | |
US20090219967A1 (en) | Semiconductor optical device | |
US20210111539A1 (en) | Dilute nitride based lasers, photodetectors, and sensing systems | |
JP4045639B2 (ja) | 半導体レーザおよび半導体発光素子 | |
JP2004253802A (ja) | 改善された温度特性を有するGaAsSb/GaAs素子 | |
JP5381692B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
JPH0629612A (ja) | 表面放出型半導体レーザの製造方法と、その方法で得られるレーザ | |
CN113451884A (zh) | 一种垂直腔面发射激光器及其制备方法 | |
US6901096B2 (en) | Material system for Bragg reflectors in long wavelength VCSELs | |
Gourley et al. | A different mirror | |
Stateikina | Optoelectronic semiconductor devices-principals and characteristics | |
KR20040098798A (ko) | 양자점 구조를 활성층으로 이용하는 고휘도 발광소자 및그 제조 방법 | |
CN114552379B (zh) | 谐振腔、激光单元、激光器和激光雷达 | |
JP4957355B2 (ja) | 半導体発光素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |