CN205488995U - 新型半导体激光器发光区台形结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型半导体激光器发光区台形结构，包括激光器外延片和在激光器外延片上的条形凸台，所述凸台两侧壁上有规则排列的矩形方波结构或锯齿状结构。本实用新型利用条形凸台两侧壁上周期性分布的矩形方波结构或锯齿状结构形成的微吸收腔，将激光器光斑侧条纹在激光器芯片内部吸收，达到消除激光器远场光斑有纵向暗纹的现象。

Description

新型半导体激光器发光区台形结构

技术领域

本实用新型涉及一种半导体激光器发光区台形结构，属于半导体激光器芯片制作技术领域。

背景技术

半导体激光器具有高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑等优点，广泛用于光纤通信，激光泵浦，医疗器械，光学图象处理，激光打印机等领域。随着半导体技术的日益发展和成熟，激光二极管在功率，转换效率，波长扩展和运行寿命等方面已经有很大的提高。由于半导体激光器具有量子效率高、可靠性高、使用寿命长、广泛用于工业类工具、测量、准直等范围，同时对激光器光斑的形状提出更高的要求。

在激光器技术领域,将光学谐振腔内可能出现的电磁波的本征态称为腔的模式，也称激光器的模式。沿Z轴方向的各种分布是以不同的振荡频率来表征的，称为纵模，主要描述激光每个波段对应的光功率分配。在电流逐渐增加时，激光器由一开始的自发辐射(载流子自发在各个能级之间跃迁，产生光功率不集中，为多模状态)逐渐开始变为受激辐射(受激辐射的主波长也就是我们设计生长外延材料的主波长，这于生长材料的禁带宽度有关，Eg＝hv)，光功率分配从自发辐射的平均分配到集中于禁带宽度的集中跃迁，也就是激光器有多模向单模转变；在垂直平面内的各种分布表现在输出光斑横向的强度分布上，称为横模，主要描述激光器输出光平面的强度分布。其中光强在激光器端面的分布称为近场分布，传输一定距离在空间中的分布称为远场分布，我们一般将远场分布通俗的称为光斑。

激光器的芯片在实际生产过程中，因受到工艺精度和工艺条件的限制，激光器芯片所发光的远场光斑有侧模现象，即激光器从基横模跳变至多横模工作。

当激光器远场光斑出现侧条纹，变为多模工作时，会降低光功率密度，降低激光器的使用寿命，并经过透镜后光斑出现杂斑，在激光指示和工具类应用时影响使用效果。同时，光斑的跳变会带来功率曲线的扭折，即通常说的kink现象，功率出现波动，在光纤耦合输出及光通信应用上限制了调制能力。所以合格的激光器远场光斑分布必须没有侧条纹。

目前激光器主要采用以下这几种方式来抑制高阶侧模。

取窄的有源区条宽，有利于基模集中于中心。例如DVD用100mW 650LD之所以能在高温高功率下保证基横模输出，主要由于脊条宽度仅1um左右。但是这种技术仅掌握在日本、 德国等少数企业中，且对设备要求太高。

有源区侧向折射率台阶小，使高阶模易于漏入无源区，同时基模靠弱内建波导效应仍被限制在有源区。如文献Appl.Phys.Lett.,1995,Vol.60,pp920中通过内建弱折射率导引，将激光器的kink功率提高了4倍。但是内建的弱折射率差异约为10^-3量级，工艺波动很容易引起折射率差异变化，对工艺精度及一致性要求较高。

有源区以外的吸收能增加高阶侧模的损耗。文献Electr.Commun.Jpn.,2009,Vol.92,pp.717报道了一种用于塑料光纤数据通信的高可靠性红光激光器，使用GaAs做为掩埋电流阻挡层，同时GaAs可以吸收激光器的高阶侧模，使得激光器在光通信应用时模式及功率都很稳定。不过这种掩埋工艺需要多次外延，成本较高，并且对周围环境有要求。

发明内容

针对现有激光器远场光斑存在侧条纹的现象，本实用新型提供一种结构简单、操作方便，能够改善激光器光斑的新型半导体激光器发光区台形结构；特别适合中小功率激光器生产的要求。

术语解释：

激光器外延片上的条形凸台的高度，是指上台面与台底面之间的垂直高度。

两个锯齿间隔：是指两个锯齿状结构的底端之间的距离。

本实用新型的技术方案如下：

新型半导体激光器发光区台形结构，包括激光器外延片和在激光器外延片上的条形凸台，其特征在于，所述条形凸台两侧壁上有周期性分布的矩形方波结构或锯齿状结构。

根据本实用新型优选的，所述条形凸台两侧壁上的矩形方波结构或锯齿状结构等间距排列。

根据本实用新型优选的，所述条形凸台的宽度为：上台3-200μm，台底5-200μm，且上台宽度≤台底宽度。所述凸台高度为0.5-1μm。

根据本实用新型优选的，所述矩形方波结构的矩形截面尺寸为：长度为30-50μm，宽度为2-5μm，两个矩形间隔为30-50μm；优选的，所述矩形方波结构的高度≤凸台高度。

根据本实用新型优选的，所述锯齿状结构的长边长度为30-50μm，短边长度为2-5μm，两个锯齿间隔为30-50μm。进一步优选的，所述锯齿状结构的短边垂直于凸台两侧壁表面。优选的，所述锯齿状结构的高度≤凸台高度。

根据本实用新型优选的，所述周期性分布的一个周期为60-100μm。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的半导体激光器发光区台形结构，利用激光器外延片凸台侧壁吸收光的特性，两侧的矩形或锯齿形微结构形成吸收腔将激光器光斑纵向侧膜吸收，形成合格的光斑远场分布，使得最终出射光达到合格光斑。

本实用新型制作过程简单，在原激光器制作工艺基础上仅仅改变发光区台的结构，可使发光区台形两侧吸收激光器光斑纵向暗条纹，大大提高了激光器光斑合格率。

附图说明

图1是本实用新型激光器发光区台形结构俯视示意图；

图2是本实用新型激光器发光区台形结构侧视示意图。

图3是本实用新型激光器发光区台形两侧矩形方波结构平面示意图。

图4是本实用新型激光器发光区台形两侧矩形方波结构立体示意图。

图5是本实用新型激光器发光区台形两侧锯齿形结构平面示意图。

图6是本实用新型激光器发光区台形两侧锯齿形结构立体示意图。

图中：1、激光器外延片，2、发光区条形凸台，3、凸台两侧的矩形方波结构，4、凸台两侧锯齿形结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。但不限于此。

实施例1：新型650nm半导体激光器发光区台形结构

在650nm半导体激光器外延片1上制有条形凸台2，凸台2的尺寸如下：上台宽3μm，台底宽5μm，高度0.7μm；如图1、图2所示。

在凸台2的两侧壁制有矩形方波结构3，矩形长30μm、宽2μm；如图3、图4所示。矩形方波结构的高度与凸台高度相等。

将包含上述发光区台形结构的激光器芯片按常规方法制作完成后，进行封装测试光斑。

对比例1：常规工艺制作的650nm半导体激光器，其中的发光区为外延片上制作纯条形凸台，凸台两侧壁为平面(如图2所示)。

将含有本实施例1半导体激光器发光区台形结构的650nm激光器芯片和对比例1的650nm激光器芯片封装测试，光斑对比数据如表1。

实施例2：

如实施例1所述，所不同的是：在凸台2的两侧壁制有锯齿形结构4，所述锯齿状结构的长边长度为30μm，短边长度为2μm，两个锯齿间隔为30μm；如图5、图6所示。所述锯齿状结构的短边垂直于凸台侧壁表面，所述锯齿状结构的高度与凸台高度相等。

将含有本实施例2半导体激光器发光区台形结构的650nm激光器芯片封装测试，光斑对比数据如表1。

表1、光斑对比数据

由上表数据表明，采用本实用新型半导体激光器发光区台形结构制作的650nm激光器芯片光斑合格率大幅提升，效果明显。本实用新型半导体激光器发光区台形两侧的矩形方波或锯齿形微结构，形成吸收腔将激光器光斑纵向侧膜吸收，形成合格的光斑远场分布，成功解决了激光器光斑有侧暗纹的问题。

Claims (10)

1.一种半导体激光器发光区台形结构，包括激光器外延片和在激光器外延片上的条形凸台，其特征在于，所述条形凸台两侧壁上有周期性分布的矩形方波结构或锯齿状结构。

2.如权利要求1所述的半导体激光器发光区台形结构，其特征在于，所述条形凸台两侧壁上的矩形方波结构或锯齿状结构等间距排列。

3.如权利要求1所述的半导体激光器发光区台形结构，其特征在于，所述条形凸台的宽度为：上台3-200μm，台底5-200μm，且上台宽度≤台底宽度。

4.如权利要求1所述的半导体激光器发光区台形结构，其特征在于，所述条形凸台高度为0.5-1μm。

5.如权利要求1所述的半导体激光器发光区台形结构，其特征在于，所述矩形方波结构的矩形截面尺寸为：长度为30-50μm，宽度为2-5μm，两个矩形间隔为30-50μm。

6.如权利要求1所述的半导体激光器发光区台形结构，其特征在于，所述矩形方波结构的高度≤凸台高度。

7.如权利要求1所述的半导体激光器发光区台形结构，其特征在于，所述锯齿状结构的长边长度为30-50μm，短边长度为2-5μm，两个锯齿间隔为30-50μm。

8.如权利要求1所述的半导体激光器发光区台形结构，其特征在于，所述锯齿状结构的短边垂直于凸台两侧壁表面。

9.如权利要求1所述的半导体激光器发光区台形结构，其特征在于，所述锯齿状结构的高度≤凸台高度。

10.如权利要求1所述的半导体激光器发光区台形结构，其特征在于，所述一个周期为60-100μm。