[发明专利]带有倒V型耦合光波导小发散角半导体激光器结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种小发散半导体量子阱激光器结构，特别是一种带有倒V型耦合光波导小发散角半导体激光器结构。

背景技术

大功率半导体激光器广泛应用于泵浦固体激光器，激光加工，激光医疗，光纤通信系统等领域。具有小垂直发散角的半导体激光器在激光泵浦、光纤耦合、光学存储以及光互连等许多实际应用中有着十分重要的意义。尤其对于掺铒光纤放大器用980nm半导体激光泵浦源，要求与单模光纤耦合，其小的光束发散角对于提高光纤耦合效率则显得更加重要。但是对于传统的半导体激光器，由于发光面积狭长，在平行于结的方向为几十到数百微米，而垂直于结方向只有10纳米到100纳米，它不仅会使端面出光功率密度高，而且由于垂直于结方向的发光尺寸小于激射波长而产生衍射效应，导致半导体激光器垂直方向发散角很大，通常垂直方向为35度-60度，而水平方向为8度-12度，水平和垂直方向不对称性不利于器件光束的高效耦合，而且过大的垂直发散角对光束聚集、准直、整形以及与光纤的耦合都有很大影响。

在降低量子阱激光器垂直发散角方面，已经有许多研究者进行了相关的研究。他们采用宽波导、大光腔等结构来减小激光器的垂直发散角，虽然这些方法可以将垂直方向发散角降低到20度左右，但是在大功率情况下对于宽波导结构需要把波导层加厚到3μm左右，这在工艺实现上存在一定的困难。大光腔结构在减小发散角的同时引入了高阶模式激射的因素，不能将垂直发散角继续减小，同时，这种结构的光限制因子因为光场的拓展而减小，致使阈值电流密度上升。另外一些研究者通过极窄波导结构和非对称波导结构减小半导体激光器近场光斑以得到小的垂直发散角，但这些设计结构都使阈值电流密度大大增加，同时发光面积较一般半导体激光器更小，因而光强更加集中，对端面光功率密度过高引起的端面光学灾变性毁坏(COD)只有加重没有改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有倒V型耦合光波导小发散角半导体激光器结构，它能将激光器有源区的光场适当地耦合到倒V型的低掺杂光波导区附近，扩展有源区的光场，大大减小激光器垂直方向发散角，增加近场光斑的对称性，改善激光器的光束质量，提高激光器与光纤的耦合效率；同时增加了垂直方向上的近场光斑尺寸，降低了端面的光功率密度。

为实现上述目的，本发明一种带有倒V型耦合光波导小发散角半导体激光器结构，其特征在于，其中包括：

一衬底，该衬底用于在其上生长激光器各外延层材料；

一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；

一第一N型下限制层，该第一N型下限制层制作在缓冲层上；

一倒V型耦合光波导层，该倒V型耦合光波导层制作在第一N型下限制层上；

一第二N型下限制层，该第二N型下限制层制作在倒V型耦合光波导层上；

一下波导层，该下波导层制作在第二N型下限制层上；

一有源区，该有源区制作在下波导层上；

一上波导层，该上波导层制作在有源区上；

一P型上限制层，该P型上限制层制作在上波导层上；

一过渡层，该过渡层制作在P型上限制层上；

一电极接触层，该电极接触层制作在过渡层上。

其中第一N型下限制层和第二N型下限制层为N型铝镓砷材料。

其中倒V型耦合光波导层为N型铝镓砷材料。

其中下波导层为N型铝镓砷材料。

其中有源区为铟镓砷材料。

其中上波导层为P型铝镓砷材料。

其中P型上限制层为P型铝镓砷材料。

其中有源区为量子阱结构。

其中上波导层和下波导层为铝组分缓变的铝镓砷材料，产生的折射率缓变波导能减小激光器的阈值电流和远场发散角。

在第一N型下限制层和第二N型下限制层中间引入折射率呈倒V型分布的倒V型耦合光波导层，将激光器有源区的光场耦合到倒V型耦合光波导层附近，扩展有源区的光场，降低激光器的垂直发散角，增加了垂直方向上的近场光斑尺寸，降低端面的光功率密度。

本发明所涉及的倒V型耦合光波导小发散角半导体激光器其上波导层和下波导层为组分缓变的铝镓砷材料，适当的折射率缓变波导能减小激光器的阈值电流和远场发散角，提高光束质量，在N型限制层或波导层中引入折射率分布呈倒V型的低掺杂光波导结构，将激光器有源区的光场适当地耦合到倒V型的低掺杂光波导区附近，扩展有源区光场，使垂直发散角得到有效降低，增加了垂直方向上的近场光斑尺寸，降低了端面的光功率密度。

附图说明

以下通过结合附图对具体实施例的详细描述，进一步说明本发明的结构、特点和技术内容，其中：