[发明专利]含高掺杂隧道结的垂直腔面发射激光器

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电子领域，特别是指一种含高掺杂隧道结的高功率、高亮度、高效率垂直腔面发射激光器。

背景技术

众所周知，与其他种类的激光器相比，半导体激光器具有十分突出的优点：除了体积小、重量轻、转换效率高、省电等优点外，半导体激光器的制造工艺与半导体电子器件和集成电路的生产工艺兼容，因此便于与其他器件实现单片光电子集成。

20世纪70年代初实现了半导体激光器的室温连续激射后，开创了半导体激光器发展的新时期。目前，小功率半导体激光器已是光纤通信、光纤传感、光存储、光互连等领域中不可替代的重要光源。而自90年代以后，半导体激光器的输出功率取得了显著提高，而高功率的半导体激光器可以应用在材料加工、激光印刷、激光医疗、激光雷达、激光泵浦、空间激光通讯等诸多领域。在需求的牵引下，高功率半导体激光正向高功率密度、高光束质量、高转换效率、长寿命、低成本等方向发展。

作为半导体激光器家族中的成员，垂直腔面发射激光器的结构主要包括分布布拉格反射镜(DBR)和夹在中间的有源区，出光方向与生长方向平行。这样的结构给它带来与生俱来的优点，与传统的边发射激光器相比：

1、光束质量高，发散角小，与光纤耦合效率高，不需要进行光束整形。

2、由于出光方向与材料生长方向平行，模式光场与增益材料的重叠区就比边发射要大的多，这样就更充分利用了增益介质。

3、侧向尺度大，功率密度比边发射激光器低，不易产生灾变性光学损伤(COD)。

4、外延片不需要解理、镀腔面膜等工艺就能进行在片测试。

5、适合二维面阵集成，进一步提高功率输出。

随着外延材料质量的提高和湿法氧化等器件工艺技术的进展，高功率、高亮度垂直腔面发射激光器也迅速发展起来。为了实现高功率输出，一般来说器件总的发光面积应相应的增大，而为了实现激光器的高亮度，发光面积又应该尽可能的小，所以高功率、高亮度面发射激光器应该在发光面积上进行优化。

2001年，德国ULM大学的研究小组报道了连续输出达到890mW的单管器件，激射波长为980nm，出光窗口320微米。2004年，中国科学院长春光机所研制出连续输出1.95W，激射波长980nm的单管器件，出光窗口600微米。2005年，美国Princeton Optronics公司进一步将单管功率提高到3W。这些器件都是普通底部发射的结构，无法避开P型DBR较大的串联电阻和因此产生的高的热量，所以效率都低于20％。

利用隧道结的反向隧穿电流特性，可以用N型DBR代替P型DBR，结合金刚石散热片和水冷铜热沉，并优化出光窗口尺寸，可以实现功率达到瓦级，效率高于20％，亮度满足应用要求的垂直腔面发射激光器。

背景技术中传统普通底部发射的垂直腔面发射激光器由于其固有结构的限制，无法避免使用P型DBR，这样会带来高的串联电阻和产生很高的热量，对大功率输出不利，更难以达到高的转换效率，而且，过于大的出光窗口虽然一定程度提高了输出功率，但降低了功率密度，无法达到高亮度的应用要求。为了解决上述问题，本发明的目的是提高输出功率，实现单管瓦级以上，提高功率密度，实现高亮度，提高转换效率，达到20％以上。为此，本发明将提供一种含高掺杂隧道结的高功率、高亮度、高效率的垂直腔面发射激光器。N+/P+隧道结在其他光学和电学器件里已经得到了广泛的应用，在垂直腔面发射激光器中，隧道结作为整个器件的空穴源，可以将P型DBR用N型DBR代替。在反向偏置电压作用下，电子在隧道结处产生隧穿效应，从而产生空穴，产生的空穴在电压作用下流向有源区与电子进行辐射复合产生光子。用N型DBR代替P型DBR，就降低了器件的串联电阻，改善了器件的热特性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种含高掺杂隧道结的垂直腔面发射激光器，其可实现垂直腔面发射激光器的高功率、高亮度、高效率。

为了实现上述目的，本发明的一种含有高掺杂隧道结的垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：

一热沉；

一散热片，该散热片制作在热沉上；

一上N型电极，该上N型电极制作在散热片上的中间处；

一上N型DBR层，该上N型DBR层为一倒梯形，该上N型DBR层制作在上N型电极上；

一高铝组分氧化限制层，该高铝组分氧化限制层位于上N型DBR层中间的两侧；

一绝缘层，该绝缘层制作在上N型DBR层的外侧；