[发明专利]非圆环形腔半导体激光器

说明书

技术领域

本发明属于半导体激光器领域，涉及非圆环形腔半导体激光器。

背景技术

圆盘型(微)腔半导体激光器是当前光电子领域最活跃的研究课题之一，与边发射半导体激光器相比，圆盘型腔半导体激光器具有高品质因子，低激射阈值以及易于平面工艺制备和二维光集成等优势，因此在光通讯、光互连以及光集成等方面有着广泛的应用前景，引起了人们的极大兴趣；圆盘型腔半导体激光器的缺点是光输出没有一定的方向性，沿着圆盘边界360度角都有。非圆的盘型腔半导体激光器则是这一类盘型腔半导体激光器的新兴代表，以其具有定向光输出，较高输出光功率、光束质量好和易于光集成的特点在激光通信、激光探测、基础研究、医疗等领域具有广泛的应用前景，同时器件的易于半导体器件平面工艺制备的特点使得器件还具有制作简便、成本低等优点，有着广泛的研发前景。现有的非圆的盘型腔半导体激光器中的谐振腔结构一般采用椭圆型，正方型等，以及新出现的型结构。发明人在2009年6月出版的“Applied Physics Letters”第94期第251101-1页(APPLIEDPHYSICS LETTERS 94，2511012009)上发表了型结构相关器件实验研究结果。此非圆的盘型腔半导体激光器结构，如图1、2所示，包括：上电极1、上波导层2、有源增益区3、下波导层4、衬底5、下电极6，器件的下电极6由焊料焊接到铜热沉上；非圆的盘型腔的外边界7由极坐标方程表示，R₀为特征半径尺寸，ε为形变因子，ε＝0.40。器件在电流注入激励方式下工作。这种非圆盘谐振腔结构的优点是器件在耳语回廊模式下工作，器件可以实现定向性光输出，器件制作工艺简便、廉价等。不过由于采用了这种非圆盘型腔结构，将对整个盘型区域都进行电流注入，而光的耳语回廊模式仅在盘的边缘附近行进，盘中心部分的电流对光增益没有贡献；这样一来，将增大激光器件的激射阈值，降低激光器件的电光转化效率，增大器件温升，降低器件的光输出功率。因此需要一种更理想的谐振腔结构。

发明内容

为了解决已有技术存在的问题，为此，本发明提出一种非圆环形腔半导体激光器。

本发明的一种非圆环形腔半导体激光器由顺次连接的均为非圆环形的上电极、上波导层、有源增益区、下波导层、衬底和下电极构成；所述的非圆环形腔半导体激光器的下电极由焊料焊接到铜热沉上；

非圆环形腔的腔体可以用光刻掩模湿法刻蚀或反应离子刻蚀方法形成；非圆环形腔的外边界由极坐标方程表示，式中的R₁为外特征半径，其尺寸为非圆环形腔半导体激光器发射波长的一至一百倍量级范围，ε为形变因子，ε＝0.35-0.45；非圆环形腔的内边界由极坐标方程表示，式中的R₂为内特征半径尺寸，其尺寸小于外边界的外特征半径R₁尺寸；ε为形变因子，ε＝0.35-0.45；内外边界的轴对称中心重合，内外边界R₁-R₂的差为非圆环形腔半导体激光器发射波长的三至五倍至外边界R₁特征半径尺寸的二分之一。

非圆环形腔半导体激光器以电流注入激励方式工作。电流经过非圆环型电极、上波导层注入有源增益区，电子和空穴进行复合，或电子从高能级向低能级跃迁，产生受激发射，上波导层和下波导层对光在垂直方向起到限制作用，激光从非圆环形腔的外边界出射。

所述的非圆环形腔半导体激光器还可以在非圆环形腔的内边界内填充绝缘导热材料起散热作用，如氮化铝AlN。

所述的非圆环形腔半导体激光器的非圆环形腔的内边界还可以是圆形。

有益效果：本发明的一种非圆环形腔半导体激光器，采用非圆环形腔，该非圆环形谐振腔在保证实现光定向输出的同时，与非圆的盘型腔半导体激光器相比提高电流注入效率在20％以上，降低激光器件的激射阈值在20％以上，提高器件电光转化效率在15-20％，提高光输出功率在10-15％，克服了现有结构的不足。本发明的一种非圆环形腔半导体激光器可以应用于III-V族半导体材料体系，也可以应用于II-VI族半导体材料体系，还可以应用在有机发光、激光材料体系。

附图说明

图1是非圆盘型型腔半导体激光器结构示意图主视图。

图2是非圆盘型型腔半导体激光器结构示意图俯视图。

图3是非圆环形腔半导体激光器结构示意图主视图。

图4是非圆环形腔半导体激光器结构示意图俯视图。

图5是非圆环形腔内边界是圆的半导体激光器结构示意图俯视图。

具体实施方式

实施例1