CN115000805B - 芯片及半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种芯片及半导体激光器，涉及激光器的技术领域，芯片包括：主体，所述主体的上表面设置有脊结构，所述主体具有沿前后方向间隔设置的第一腔面和第二腔面，所述第一腔面为出光腔面；由后向前，所述脊结构具有依次且间隔设置的激光区域和透明区域，所述脊结构的上表面具有与激光区域对应的第一电极结构以及与透明区域对应的第二电极结构；沿左右方向，所述第二电极结构包括间隔设置的两个第二侧边，所述脊结构包括间隔设置的两个第三侧边；且两个所述第二侧边分别与其相近的第三侧边之间均具有间隙。

Description

芯片及半导体激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其是涉及一种芯片及半导体激光器。

背景技术

随着应用需求的发展，对半导体激光器的出射光的要求越来越高，如何得到低发散角，高质量的激光光束成为急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种芯片及半导体激光器，以缓解现有的激光器的出射光的水平发散角大、光束质量低的技术问题，从而提高光纤耦合效率，提高能效。

第一方面，本发明实施例提供的一种芯片，包括：主体，所述主体的上表面设置有脊结构，所述主体具有沿前后方向间隔设置的第一腔面和第二腔面，所述第一腔面为出光腔面；由后向前，所述脊结构具有依次且间隔设置的激光区域和透明区域，所述脊结构的上表面具有与激光区域对应的第一电极结构以及与透明区域对应的第二电极结构；

沿左右方向，所述第二电极结构包括间隔设置的两个第二侧边，所述脊结构包括间隔设置的两个第三侧边；

且两个所述第二侧边分别与其相近的第三侧边之间均具有间隙。

进一步的，两个所述第二侧边之间的最远距离L1与两个第三侧边之间距离L3的比值范围为10%-90%。

进一步的，所述第一电极结构包括间隔设置的两个第一侧边，在左右方向上，两个所述第二侧边之间的最远距离L1小于两个所述第一侧边之间的最近距离L2。

进一步的，在前后方向上的各个位置中，其中一个第二侧边与其相近的第三侧边之间的距离等于另一个第二侧边与其相近的第三侧边之间的距离。

进一步的，所述脊结构具有沿前后方向延伸的中线，两个第三侧边相对于中线对称；

由后向前，所述第二侧边朝靠近所述中线的方向倾斜。

进一步的，所述第一侧边朝靠近所述中线的方向倾斜，且所述第一侧边的倾斜角度a1小于第二侧边的倾斜角度a2。

进一步的，在出光腔面与透明区域之间，所述脊结构上还具有与透明区域间隔设置的非注入区域。

进一步的，所述第二电极结构包括多个电极单元。

进一步的，所述电极单元的形状为规则图形或者非规则图形。

进一步的，沿前后方向，所述第二电极结构包括与基模的波峰位置对应的1个电极单元；

所述第二电极结构包括与二阶模的波谷对应的1个电极单元；

所述第二电极结构包括与三阶模的波谷对应的2个电极单元；

……，所述第二电极结构包括与n阶模的波谷对应的n-1个电极单元，n为大于等于2的整数。

第二方面，本发明实施例提供的一种半导体激光器，包括上述的芯片。

本发明实施例提供的芯片包括：包括：主体，所述主体的上表面设置有脊结构，所述主体具有沿前后方向间隔设置的第一腔面和第二腔面，所述第一腔面为出光腔面；由后向前，所述脊结构具有依次且间隔设置的激光区域和透明区域，所述脊结构的上表面具有与激光区域对应的第一电极结构以及与透明区域对应的第二电极结构；沿左右方向，所述第二电极结构包括间隔设置的两个第二侧边，所述脊结构包括间隔设置的两个第三侧边；且两个所述第二侧边分别与其相近的第三侧边之间均具有间隙。因为通过第二电极结构注入的电流的目的是引导激光区域产生的泵浦光朝出光腔面一侧出射，在左右方向上，第二电极结构与脊结构的第三侧边之间形成较宽的空白区域，泵浦光中的高阶模能够在空白区域损耗，从而使得高阶模损耗较大，达到减小出射光的发散角,提高输出光质量的目的；进一步的，第二电极结构是存在电流输入的，如果第二电极结构的第二侧边靠近脊结构的第三侧边，会产生尖峰效应，造成出光腔面上靠近脊结构的第三侧边的位置产生局部高波峰现象，导致出光腔面的损耗增加，因此，本实施例中，将第二电极结构在左右方向上的长度降低，且与脊结构的第三侧边间隔设置，既降低了尖峰效应，减少了出光腔面的损耗，又达到减小出射光的发散角,提高输出光质量的目的。

本发明实施例提供的半导体激光器包括上述的芯片。因为本发明实施例提供的半导体激光器引用了上述的芯片，所以，本发明实施例提供的半导体激光器也具备芯片的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的芯片的正视图；

图2为本发明实施例提供的第一种芯片的俯视图；

图3为本发明实施例提供的第二种芯片的俯视图；

图4为本发明实施例提供的第三种芯片的俯视图；

图5为本发明实施例提供的第四种芯片的俯视图；

图6为本发明实施例提供的第五种芯片的俯视图；

图7为本发明实施例提供的第六种芯片的俯视图；

图8为本发明实施例提供的芯片与模式匹配的示意图。

图标：100-主体；110-出光腔面；121-第三侧边；

200-激光区域；210-第一电极结构；

300-透明区域；310-第二电极结构；311-电极单元；320-第二侧边；

400-非注入区域。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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和图2所示，本发明实施例提供的芯片包括：主体100，所述主体100的上表面设置有脊结构，所述主体100具有沿前后方向间隔设置的第一腔面和第二腔面，所述第一腔面为出光腔面110。由后向前，所述脊结构具有依次且间隔设置的激光区域200和透明区域300，激光区域200和透明区域300可以通过离子注入的方式或者刻蚀隔离槽的方式进行分隔。

所述脊结构的上表面具有与激光区域200对应的第一电极结构210以及与透明区域300对应的第二电极结构310。对激光区域200施加工作电流I1，在激光区域200中产生激光光束。对透明区域300施加电流I2，I2＜I1，该透明区域300作为透明波导将激光光束从芯片中引导出来，减少泵浦光在透明区域300中传导时的损耗。由于通过透明区域300将出光腔面110与自加热的激光区域200分开，因此可以确保出光腔面110的温度比激光区域200的温度低。通过大大降低激光区域200的高热负载对出光腔面110的影响，能够大大增加出光腔面110的光学灾变损伤阈值。

如图2所示，第一电极结构210和第二电极结构310可以均沿前后方向延伸。沿左右方向，所述第一电极结构210包括间隔设置的两个第一侧边，所述第二电极结构310包括间隔设置的两个第二侧边320，所述脊结构包括间隔设置的第三侧边121。第一电极结构210和第二电极结构310可以均相对于脊结构的沿前后方向延伸的中线对称设置。

在左右方向上，两个第二侧边320分别与其相近的第三侧边121间隔设置，也就是说，靠近左侧的第二侧边320与靠近左侧的第三侧边121间隔设置，且二者之间的间距可以为脊结构宽度的5%-45%；靠近右侧的第二侧边320与靠近右侧的第三侧边121间隔设置，且二者之间的间距可以为脊结构宽度的5%-45%，其中，脊结构的宽度为两个第三侧边121之间的距离。两个所述第二侧边320之间的最远距离L1小于两个所述第一侧边之间的最近距离L2。在一种实施方式中，两个第二侧边320和两个第一侧边均与脊结构的中线平行，设置第二电极结构310的宽度小于第一电极结构210的宽度，且所述L1与两个第三侧边121之间距离L3的比值范围为10%-90%，以使第二电极结构310只位于脊结构中线的附近。因为通过第二电极结构310注入的电流的目的是引导激光区域200产生的泵浦光朝出光腔面110一侧出射，减少泵浦光在透明区域300中传导时的损耗。在左右方向上，第二电极结构310与脊结构的第三侧边121之间形成较宽的空白区域，泵浦光中的高阶模能够在空白区域损耗，从而使得高阶模损耗较大，达到减小出射光的发散角,提高输出光质量的目的；进一步的，第二电极结构310是存在电流输入的，如果第二电极结构310的第二侧边320靠近脊结构的第三侧边121，会产生尖峰效应，造成出光腔面110上靠近脊结构的第三侧边121的位置产生局部高波峰现象，导致出光腔面110的损耗增加，因此，本实施例中，将第二电极结构310在左右方向上的长度降低，且与脊结构的第三侧边121间隔设置，既降低了尖峰效应，减少了出光腔面110的损耗，又达到减小出射光的发散角,提高输出光质量的目的。

在一种实施方式中，第一电极结构210的宽度可以与第二电极结构310的宽度相同。在另一种实施方式中，因为第一电极结构210的作用是产生泵浦光，可以设置相对较大的第一电极结构210能够产生较大的功率，因此，可以设置第二电极结构310的宽度小于第一电极结构210的宽度，从而获得功率较大的泵浦光。

如图3-图5所示，第二电极结构310可以为一块完整的电极，也可以由多个电极单元311排布而成，电极单元311的形状可以为规则的形状或者非规则的形状。例如，如图3所示，在一种可以实施的方案中，第二电极结构310由12块矩形电极单元311，按照3*4的矩阵排列，此时，最靠近左侧的一排电极单元311的左侧边沿的连线形成一个第二侧边320，最靠近右侧的一排电极单元311的右侧边沿的连线形成另一第二侧边320。如图4所示，在另一种可以实施的方案中，第二电极结构310可以由12块圆形电极单元311，按照2*6的矩阵排列，电极单元311的图案并不限于矩形、圆形和三角形，还可以为其他的形状。

如图6所示，在另外一种实施方式中，形成第二电极结构310的多个电极单元311的形状可以为三角形，且沿由后向前的方向呈逐渐收敛的方式排列，则连接左后角落处的电极单元311中最靠近左侧的点与左前角落处的电极单元311中最靠左侧的点的连线形成一个第二侧边320；连接右后角落处的电极单元311中最靠近右侧的点与右前角落处的电极单元311中最靠右侧的点的连线形成另一个第二侧边320。

其中的一种实施方式中，在前后方向上的各个位置中，其中一个第二侧边320与其相近的第三侧边121之间的距离等于另一个第二侧边320与其相近的第三侧边121之间的距离，也就是说，第二电极结构310位于靠近脊结构中线的位置，且自身相对于脊结构的中线呈对称图形，在一种可以实施的方案中，第二电极结构310的最小宽度（两个第二侧边320之间的距离）可以为脊结构的宽度的10%，而第二侧边320与其相近的第三侧边121之间的最大距离可以为脊结构的宽度的45%。

第一电极结构210的宽度可以为脊结构的宽度的50%-99%。第一电极结构210的长度可以为主体100腔长的70%-95%，第二电极结构310的长度可以为主体100腔长的5%-30%。

其中的一种实施方式中，所述脊结构具有沿前后方向延伸的中线，两个第三侧边121相对于中线对称；由后向前，所述第二侧边320朝靠近所述中线的方向倾斜。

如图5所示，由后向前，第二电极结构310的宽度逐渐的降低，在中央区域的电极图案，朝着出光腔面110方向收敛（第二电极结构310的形状的宽度逐渐变小），与第三侧边121之间的空白区域的宽度增加，从而越靠近出光腔面110高阶模损耗的越多，进一步提高出射光质量，减小出射光的发散角。

在另外一种实施方式中，如图6所示，第二电极结构310由分别位于脊结构中线左右两侧的两排电极单元311形成，且由后向前，每一排中的电极单元311等比例缩小，从而使第二电极结构310整体呈现朝出光腔面110一侧收敛的状态，收敛的结果与上述中的第二侧边320倾斜等效，都是在由后向前的方向上，使第二电极结构310与第三侧边121之间的空白区域的宽度增加，从而越靠近出光腔面110高阶模损耗的越多，进一步提高出射光质量，减小出射光的发散角。

如图7所示，由后向前，所述第一侧边朝靠近所述中线的方向倾斜，但由于激光区域200的作用是产生泵浦光，因此，此处的倾斜角度不宜过大，保证电流的大面积注入，使得电压变化维持在较小的数值，所述第一侧边的倾斜角度a1小于第二侧边320的倾斜角度a2，所述a2小于30°，a1可以在5°左右即可，可以在激光区域200就使高阶模损耗，且减少尖峰效应。且第一电极结构210收敛后的端部的宽度大于脊结构宽度的70%。

需要说明的，即使设置第一电极结构210收敛，收敛后的第一电极结构210的宽度也是大于收敛前的第二电极结构310的宽度的。

在出光腔面110与透明区域300之间，所述脊结构上还具有与透明区域300间隔设置的非注入区域400，非注入区域400在前后方向上的长度小于腔长的10%。在非注入区域400没有电流的输入，通过电隔离方式，避免透明区域300注入的电流I2直接扩展至出光腔面110，降低出光腔面110载流子积累，降低出光腔面110的温度，提高长期使用的可靠性。

如图8所示，在一种实施方式中，沿前后方向，所述第二电极结构310包括与基模的波峰位置对应的1个电极单元311；所述第二电极结构310包括与二阶模的波谷对应的1个电极单元311；所述第二电极结构310包括与三阶模的波谷对应的2个电极单元311；……，所述第二电极结构310包括与n阶模的波谷对应的n-1个电极单元311，n为大于等于2的整数。

在透明区域300，针对光的模式设置电极单元311，本实施例中，以n等于5为例进行说明，基模具有一个波峰，二阶模具有一个波谷，三阶模具有二个波谷，四阶模具有三个波谷，五阶模具有四个波谷。在基模的波峰处设置电极单元311，在二阶模至五阶模的波谷处均设置电极单元311，对出射光的模式进行选择，使其基模的强度增加，而对二阶模至五阶模的强度减弱，从而提高出射光质量。通过将电极单元311和光场模式对应，可以进一步减少高阶模式的激射，从而进一步的降低激光器的水平远场发散角。

还可以根据模场的宽度调节电极单元311的宽度，模场越宽，电极单元311越宽，能够更好的实现对光场模式的调控作用。

本发明实施例提供的半导体激光器包括上述的芯片。因为本发明实施例提供的半导体激光器引用了上述的芯片，所以，本发明实施例提供的半导体激光器也具备芯片的优点。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种芯片，其特征在于，包括：主体（100），所述主体（100）的上表面设置有脊结构，所述主体（100）具有沿前后方向间隔设置的第一腔面和第二腔面，所述第一腔面为出光腔面（110）；由后向前，所述脊结构具有依次且间隔设置的激光区域（200）和透明区域（300），所述脊结构的上表面具有与激光区域（200）对应的第一电极结构（210）以及与透明区域（300）对应的第二电极结构（310）；

沿左右方向，所述第二电极结构（310）包括间隔设置的两个第二侧边（320），所述脊结构包括间隔设置的两个第三侧边（121）；

且两个所述第二侧边（320）分别与其相近的第三侧边（121）之间均具有间隙；

两个所述第二侧边（320）之间的最远距离L1与两个第三侧边（121）之间距离L3的比值范围为10%-90%。

2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述第一电极结构（210）包括间隔设置的两个第一侧边，在左右方向上，两个所述第二侧边（320）之间的最远距离L1小于两个所述第一侧边之间的最近距离L2。

3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，在前后方向上的各个位置中，其中一个第二侧边（320）与其相近的第三侧边（121）之间的距离等于另一个第二侧边（320）与其相近的第三侧边（121）之间的距离。

4.根据权利要求2所述的芯片，其特征在于，所述脊结构具有沿前后方向延伸的中线，两个第三侧边（121）相对于中线对称；

由后向前，所述第二侧边（320）朝靠近所述中线的方向倾斜。

5.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，由后向前，所述第一侧边朝靠近所述中线的方向倾斜，且所述第一侧边的倾斜角度a1小于第二侧边（320）的倾斜角度a2。

6.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，在出光腔面（110）与透明区域（300）之间，所述脊结构上还具有与透明区域（300）间隔设置的非注入区域（400）。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的芯片，其特征在于，所述第二电极结构（310）包括多个电极单元（311）。

8.根据权利要求6所述的芯片，其特征在于，沿前后方向，所述第二电极结构（310）包括与基模的波峰位置对应的1个电极单元（311）；

所述第二电极结构（310）包括与二阶模的波谷对应的1个电极单元（311）；

所述第二电极结构（310）包括与三阶模的波谷对应的2个电极单元（311）；

……，所述第二电极结构（310）包括与n阶模的波谷对应的n-1个电极单元（311），n为大于等于2的整数。

9.一种半导体激光器，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的芯片。

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