CN204290036U

CN204290036U - 一种高亮度锥形半导体激光器

Info

Publication number: CN204290036U
Application number: CN201420855365.8U
Authority: CN
Inventors: 范国滨; 李弋; 杜维川; 李艾; 李奇峰; 高松信; 武德勇
Original assignee: Institute of Applied Electronics of CAEP
Current assignee: Institute of Applied Electronics of CAEP
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2024-12-30

Abstract

本实用新型提供了一种高亮度锥形半导体激光器的技术方案，该方案包括有基底、脊形主震荡区、侧向周期波导限制结构、锥形增益放大区、前腔面和后腔面；前腔面设置在基底的一侧面；后腔面设置在前腔面对侧的基底侧面上；脊形主震荡区设置在靠近后腔面的基底中部；锥形增益放大区设置在靠近前腔面的基底上；锥形增益放大区与脊形主震荡区接连；脊形主震荡区两侧对称设置有至少一对侧向周期波导限制结构。该方案采用脊形主震荡区两侧对称设置有至少一对侧向周期波导限制结构，能够有效抑制高阶模，使脊形主震荡区在较大的脊条宽度和刻蚀深度下仍然保持基模输出，实现锥形半导体激光器的高亮度激光输出。

Description

一种高亮度锥形半导体激光器

技术领域

本实用新型涉及的是激光器技术领域，尤其是一种高亮度锥形半导体激光器。

背景技术

锥形半导体激光器最高连续输出激光亮度可达600MW/cm²sr^-1，相比于固体、气体等激光器又具有体积小、可靠性高和寿命长等优点，在光纤激光泵浦、工业加工、空间通信等领域有着重要的应用。锥形半导体激光器具有高亮度的原因是它把单基模高光束质量的脊形主震荡区与锥形增益放大区集成在一起（结构如附图1所示），在提供较高输出功率同时仍能保持良好的光束质量。由于锥形半导体激光器的有源区宽度很小，横向（快轴方向，附图1中y轴方向）光束质量很好接近衍射极限（M²≈1），然而在侧向（慢轴方向，附图1中x轴方向）光束质量不易控制。要保持锥形半导体激光器侧向光束质量良好，首先要保证脊形主震荡区单基模输出，为避免出现高阶模影响光束质量，一般需要在结构设计上进行两点妥协：第一是脊形主震荡的脊条宽度被限定在2μm至5μm，这使得最大光功率输出水平受到限制；第二是脊形区刻蚀深度（脊条高度）一般只能刻蚀到有源区以上0.2μm至0.3μm，这会导致载流子向侧向扩散而降低激光器效率。因此如何改善脊形主震荡区输出特性，来同时获得单基模、大功率输出的锥形半导体激光器已成为国际上的半导体激光方面的研究热点。常见的方法有采用非对称量子阱外延结构、电极分离驱动结构、外腔反馈式激光器等，但这些方法都不同程度的有成本高、实施复杂的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种高亮度锥形半导体激光器的技术方案，该方案采用脊形主震荡区两侧对称设置有至少一对侧向周期波导限制结构，能够有效抑制高阶模，使脊形主震荡区在较大的脊条宽度和刻蚀深度下仍然保持基模输出，实现锥形半导体激光器的高亮度激光输出。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种高亮度锥形半导体激光器，其特征是：包括有基底、脊形主震荡区、侧向周期波导限制结构、锥形增益放大区、前腔面和后腔面；前腔面设置在基底的一侧面；后腔面设置在前腔面对侧的基底侧面上；脊形主震荡区设置在靠近后腔面的基底中部；锥形增益放大区设置在靠近前腔面的基底上；锥形增益放大区与脊形主震荡区接连；脊形主震荡区两侧对称设置有至少一对侧向周期波导限制结构。

作为本方案的优选：脊形主震荡区的宽度为2μm-7μm。

作为本方案的优选：侧向周期波导限制结构的形状为长方形条状，宽度为2μm-5μm，长度为3μm-10μm。

作为本方案的优选：锥形增益放大区的锥角度数为4°-7°。

作为本方案的优选：前腔面镀有增透膜，对激光波长反射率值为0.1%-5%。

作为本方案的优选：后腔面镀有高反膜，对激光波长反射率值为90%-99.9%。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中在锥形半导体激光器中引入侧向周期波导限制结构，允许脊形主震荡区的脊条宽度、刻蚀深度（脊条高度）较大的同时还能保持单基模激光输出，因此提高了激光器的效率和功率，也保持了高光束质量，从而达到高亮度激光输出的良好结果。并且该侧向周期波导限制结构是通过光刻和刻蚀的方法制作，成本和加工难度较低。

由此可见，本实用新型与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中，1为脊形主震荡区，2为侧向周期波导限制结构，3为锥形增益放大区，4为前腔面，5为后腔面，6为基底。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。

通过附图可以看出，本方案包括有基底、脊形主震荡区、侧向周期波导限制结构、锥形增益放大区、前腔面和后腔面；前腔面设置在基底的一侧面；后腔面设置在前腔面对侧的基底侧面上；脊形主震荡区设置在靠近后腔面的基底中部；锥形增益放大区设置在靠近前腔面的基底上；锥形增益放大区与脊形主震荡区接连；脊形主震荡区两侧对称设置有至少一对侧向周期波导限制结构。

脊形主震荡区的宽度为2μm-7μm；侧向周期波导限制结构的形状为长方形条状，宽度为2μm-5μm，长度为3μm-10μm；锥形增益放大区的锥角度数为4°-7°；前腔面镀有增透膜，对激光波长反射率值为0.1%-5%；后腔面镀有高反膜，对激光波长反射率值为90%-99.9%。

制作方法为：

[1]在基底上进行第一次光刻，制作脊形主震荡区和侧向周期波导限制结构，制作的方法为干法刻蚀或湿法刻蚀。刻蚀深度控制在有源区上方0.05μm至0.3μm。

[2]进行第二次光刻，制作锥形增益放大区，制作方法为干法刻蚀或湿法刻蚀，刻蚀部位是锥形区两侧，刻蚀深度为上接触层（P型高掺杂层）厚度。

[3]制作SiO2或Si3N4绝缘层薄膜，制作方法为等离子化学气相沉积。

[4]进行第三次光刻，刻蚀SiO2绝缘层薄膜，在脊形主震荡区（1）和锥形增益放大区（3）上形成电极注入窗口。

[5]制作P面电极，电极材料为Ti/Pt/Au，制作方法包括但不限于电子束蒸发镀膜或磁控溅射镀膜。

[6]N面减薄、抛光。

[7]制作N面电极，电极材料为Ni/AuGe/Au。

[8]解理成激光器，结构包括但不限于单管、cm-bar条、mini-bar条；

[9]前腔面（4）镀增透膜，对激光波长反射率值在0.1%~5%，后腔面（5）镀高反膜，对激光波长反射率值在90%~99.9%。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种高亮度锥形半导体激光器，其特征是：包括有量子阱外延片基底、脊形主震荡区、侧向周期波导限制结构、锥形增益放大区、前腔面和后腔面；所述前腔面设置在基底的一侧面；所述后腔面设置在前腔面对侧的基底侧面上；所述脊形主震荡区设置在靠近后腔面的基底中部；所述锥形增益放大区设置在靠近前腔面的基底上；所述锥形增益放大区与脊形主震荡区接连；所述脊形主震荡区两侧对称设置有至少一对侧向周期波导限制结构。

2. 根据权利要求1所述的一种高亮度锥形半导体激光器，其特征是：所述脊形主震荡区的宽度为2μm-7μm。

3. 根据权利要求1所述的一种高亮度锥形半导体激光器，其特征是：所述侧向周期波导限制结构的形状为长方形条状，宽度为2μm-5μm，长度为3μm-10μm。

4. 根据权利要求1所述的一种高亮度锥形半导体激光器，其特征是：所述锥形增益放大区的锥角度数为4°-7°。

5. 根据权利要求1所述的一种高亮度锥形半导体激光器，其特征是：所述前腔面镀有增透膜，对激光波长反射率值为0.1%-5%。

6. 根据权利要求1所述的一种高亮度锥形半导体激光器，其特征是：所述后腔面镀有高反膜，对激光波长反射率值为90%-99.9%。