[发明专利]一种自动聚焦垂直腔面发射激光器

说明书

技术领域

本发明属于半导体激光器领域，具体涉及一种自动聚焦垂直腔面发射激光器。

背景技术

垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL）是一种新型半导体激光器，与边发射半导体激光器相比具有制造成本低廉、可靠性高等优点，尤其是VCSEL能输出圆形对称光斑，并且极易通过二维集成来提高其输出功率，目前VCSEL的输出功率水平已达到实用化水平。

由于VCSEL出光方向垂直于其衬底方向，提高其输出功率最为直接的途径就是增加发光区的面积，然而发光区面积的增加导致其输出激光的功率密度一般仅为千瓦每平方厘米量级，而目前商品化的边发射半导体激光器功率密度已经达到兆瓦每平方厘米量级。在许多应用领域中不仅需要激光光源具有高输出功率，更要求其具有高的输出功率密度，尤其是要求在距离光源发光表面一定距离的某个平面形成具有高功率密度的激光光斑。

目前，提高VCSEL输出功率密度的方法主要有两种：

一种方法是利用外加的光束整形装置实现对激光光束的会聚，这种方法的技术难度较低，但其光束会聚的重复性会受到装调及机械加工误差的影响，而且在某些应用领域如激光加工系统中，有时需要将VCSEL的输出激光光束会聚到空间中距离出光表面较远的一点或一条直线上，虽然这也可以通过采用一系列光束整形装置来实现，但会大大增加整个光源系统的结构复杂程度。

提高VCSEL功率密度的另一种方法是通过干法刻蚀等微纳加工技术在激光器窗口表面制作微透镜，实现对VCSEL发射激光的会聚，这种方法能借助微纳加工技术将精确度控制到纳米量级，因此具有很好的加工重复性，但仅适用于小口径VCSEL器件，输出功率一般仅为毫瓦量级，难以同时获得高输出功率及高功率密度。

发明内容

为了解决现有垂直腔面发射激光器在通过光束整形装置实现将激光光束会聚到距离发光表面较远的空间某个平面形成高功率密度激光光斑时，整形装置导致系统过于复杂，且光束会聚重复性受到机械加工及装调影响，而表面集成微透镜技术仅适用于小口径VCSEL，器件输出功率仅为毫瓦量级的技术问题，本发明提出一种自动聚焦垂直腔面发射激光器。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种自动聚焦垂直腔面发射激光器包括：下电极、P型DBR层、有源层、N型DBR层、衬底层和上电极；N型DBR层生长于衬底层的下端，N型DBR层的下端顺次生长有有源层、P型DBR层和下电极；所述上电极生长于衬底层的上端面；下电极、P型DBR层和有源层共同形成P型半导体台面；所述上电极在覆盖激光器出光窗口的部分为同心环形结构或不等间距栅条形结构或交叉栅条形结构。

与同心环形结构上电极对应的P型半导体台面为圆形结构，与不等间距栅条形结构或交叉栅条形结构上电极对应的P型半导体台面为矩形结构。

本发明的有益效果是：该垂直腔面发射激光器的上电极兼具电流注入及激光光束聚焦的功能，通过对其上电极以及与上电极匹配的P型半导体台面的结构进行调节，能够将激光器的激光光束在预期位置自动整形聚焦为点状或线状或十字交叉状的高功率密度激光光斑，能够满足广泛的应用需求；该激光器制造工艺简单，重复性好，容易推广。

附图说明

图1是本发明一种自动聚焦垂直腔面发射激光器的外观侧视图。

图2是本发明中上电极为同心环形和P型半导体台面为圆形时的激光器俯视图；图中，黑色为衬底层，白色为上电极。

图3是图2的纵向剖面图。

图4是本发明中上电极为不等间距栅条形和P型半导体台面为矩形时的激光器俯视图；图中，黑色为衬底层，白色为上电极。

图5是图4的纵向剖面图。

图6是本发明中上电极为交叉栅条形和P型半导体台面为矩形时的激光器俯视图。图中，黑色为衬底层，白色为上电极。

图7是图6的纵向剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1至图7所示，本发明的一种自动聚焦垂直腔面发射激光器包括：下电极1、P型DBR层2、有源层3、N型DBR层4、衬底层5和上电极6。N型DBR层4生长于衬底层5的下端，N型DBR层4的下端顺次生长有有源层3、P型DBR层2和下电极1。上电极6生长于衬底层5的上端面。下电极1、P型DBR层2和有源层3共同形成P型半导体台面。