[发明专利]低发散角单纵模边发射光子晶体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器领域，尤其涉及一种低发散角单纵模边发射光子晶体激光器的结构。 

背景技术

单纵模半导体激光器的优点是没有模式竞争，激光的稳定性、相干性好。传统DFB激光器、DBR激光器作为典型的单模激光器得到人们的广泛关注，但是制备这种类型的激光器需要高精度分辨率电子束曝光或全息曝光等的光栅制备工艺和复杂的二次外延生长步骤，价格昂贵，限制其广泛应用。低成本单纵模半导体激光器是人们一直追求的目标，适应于空间通信、泵浦、医疗、气体检测、光纤传感及光子集成等应用领域。 

半导体激光器具备转换效率高、功率高、可靠性强、寿命长、体积小以及成本低等诸多优点，但是传统半导体激光器由于自身量子阱波导结构的限制，垂直(快轴)发散角比较大，半导体激光器的输出光束质量，与固体激光器、CO₂激光器等传统激光器相比较差，需要复杂的光束整形才能直接应用，阻碍了其应用领域的拓展。人们也提出多种改善半导体激光器的垂直发散角，如极窄波导结构、宽对称波长、模式扩展结构、耦合波导结构、泄露波导结构等。这些方法在一定程度上降低了激光器的垂直发散角，但存在垂直发散角很能做到10度以下和设计容差小等问题。近年来，在垂直方向引入光子晶体结构，利用借助光子晶体的能带结构，形成对光子态的调控，从芯片层次实现小于10度的垂直发散角，但需要复杂的生长技术。 

发明内容

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种低发散角单纵模边发射光子晶体激光器，在常规半导体激光器的脊型波导上引入光子晶体结 构进行纵模选择，免去分布反馈激光器或分布布拉格反射激光器复杂光栅制备技术和二次外延技术，只需一次外延和普通光刻技术即可实现，大大降低制作成本；同时在纵向引入光子晶体波导，可以对激光器光场进行调控，降低了垂直发散角，改善了单纵模激光器光束质量，降低整形难度，提高光纤耦合的效率。 

本发明提供一种低发散角单纵模光子晶体边发射激光器，包括： 

一衬底； 

一N型电极，其制作在衬底的背面； 

一N型光子晶体波导，其制作在衬底的上面，用于形成电流注入通道和纵向光场扩展； 

一N型下波导层，其制作在N型光子晶体波导的上面； 

一有源区，其制作在N型下波导层的上面，提供光增益； 

一P型上波导层，其制作在有源区的上面，用于形成电流注入通道和纵向光场限制； 

一P型上限制层，其制作在P型上波导的上面，该P型上限制层的纵向剖面为一脊型结构，脊形结构上部的一侧为整体结构，另一侧为人工微结构，该人工微结构中包括多个狭槽，用于形成电流注入通道和纵向侧向光场限制； 

一P型欧姆接触层，其制作在P型上限制层脊型结构上部的上面，用于形成欧姆接触； 

一绝缘层，其制作在P型上限制层脊型结构下部的上面和脊形结构上部的侧面； 

一P型电极，制作在P型上限制层脊形结构的一侧、绝缘层的上面，该P型电极同时还制作在P型欧姆接触层的上面； 

其中该脊型结构的整体结构部分为脊型波导增益区，另一侧的人工微结构部分为光子晶体选模区。 

从上述技术方案可以看出，本发明低发散角单纵模光子晶体边发射激光器具有以下有益效果：利用光子晶体选模区进行纵模选择，实现单模输出，免去分布反馈激光器(DFB-LD)或分布布拉格反射激光器(DBR-LD)复杂光栅制备技术和二次外延技术，只需一次外延和普通光刻技术即可实现， 大大降低制作成本；同时在纵向引入光子晶体波导，对激光器光场进行调控，降低垂直发散角，改善单纵模激光器光束质量，降低整形难度，提高光纤耦合效率。 

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中： 

图1为根据本发明单纵模光子晶体边发射激光器实施例结构示意图； 

图2是图1所示单纵模光子晶体边发射激光器剖面图； 

图3是模拟图1示光子晶体选模区的反射谱图； 

图4是模拟图1所示单纵模光子晶体边发射激光器纵向光场分布图 

图5是模拟图1所示单纵模光子晶体边发射激光器远场发散角图 

图6是单纵模光子晶体边发射激光器的P-I-V曲线； 

图7是图1所示单纵模光子晶体边发射激光器的光谱图； 

图8是图1所示单纵模光子晶体边发射激光器的远场发散角图。 

具体实施方式