[发明专利]外腔垂直腔面发射半导体激光器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种外腔垂直腔面发射半导体激光器及其制备方法，属于激光器(VCSEL)技术领域。

背景技术

单模激光器由于具有良好的激光稳定性、相干性和光束质量，被广泛应用于通信、印刷、泵浦源、气体检测分析、电脑光学鼠标等领域。随着这些领域的进一步发展，要求VCSEL能够实现大功率的单模输出。但是由于DBR(分布式布拉格反射镜)结构的均匀反射特性，使得激光器对多种模式都有较高的反射率，容易产生多模震荡，引起激光器的发散角变大以及光谱线宽变宽等问题。

为了解决这一问题，现有技术在垂直腔面发射激光器的P型DBR表面上生长耦合腔，并固定支撑架，再将预先制备好的平面镜固定在支撑架上，以降低高阶模式的反射率，进而减少多模震荡。如图1所示，现有技术中，外腔垂直腔面发射激光器主要包括从上至下依次紧密排列的P面电极3、P型DBR4(包括设有氧化孔6的氧化限制层5、有源区7、N型DBR8、衬底9和N面电极10，还包括底端固定在P型DBR4上表面的支撑架11，和下表面固定在支撑架11顶端的平面镜01，其中，平面镜01遮挡出光孔，由从上至下交替排列的两种折射率不同的介质材料组成。虽然，这种激光器能够降低多模振荡，但是其仍无法满足高功率激光器的应用要求功率，基膜对高阶模式的抑制作用小，在基膜输出时，高阶模式也容易输出，单模输出稳定性较差。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中外腔垂直腔面发射激光器单模输出稳定性较差，无法满足高功率激光器的应用要求的问题，提供一种外腔垂直腔面发射半导体激光器及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下。

外腔垂直腔面发射半导体激光器，包括依次排列的P面电极、P型DBR、有源区、N型DBR、衬底和N面电极，所述P型DBR中设有具有氧化孔的氧化限制层；

还包括，耦合腔和凹面镜；

所述耦合腔的下表面固定在出光面上，且耦合腔遮挡出光孔，耦合腔的上表面为凸面；

所述凹面镜由两种折射率不同的介质材料从下至上交替排列组成，每层介质材料的下表面均为凹面，上表面均为凸面，最下层介质材料的凹面与耦合腔的上表面紧密接触，凹面镜的外圆周面固定在出光面上，且凹面镜遮挡出光孔。

进一步的，所述耦合腔的材料为介质材料或者空气。

进一步的，所述P型DBR、有源区、N型DBR、衬底和N面电极从上至下依次排列，P面电极固定在P型DBR上表面的边缘，当耦合腔为介质材料时，耦合腔的下表面固定在P型DBR的上表面上，凹面镜的下表面固定在耦合腔的上表面上，凹面镜的外圆周面固定在P型DBR的上表面上；当耦合腔为空气时，凹面镜的外圆周面固定在P型DBR的上表面上，凹面镜与P型DBR形成的腔体为耦合腔。

进一步的，所述衬底、N型DBR、有源区、P型DBR和P面电极从上至下依次排列，N面电极固定在衬底上表面的边缘，当耦合腔为介质材料时，耦合腔的下表面固定在衬底的上表面上，凹面镜的下表面固定在耦合腔的上表面上，凹面镜的外圆周面固定在衬底的上表面上；当耦合腔为空气时，凹面镜的外圆周面固定在衬底的上表面上，凹面镜与衬底形成的腔体为耦合腔。

进一步的，所述衬底、N型DBR、有源区、P型DBR和P面电极从上至下依次排列，N面电极固定在衬底的上表面边缘，当耦合腔为介质材料时，凹面镜的下表面固定在耦合腔的上表面上，耦合腔的下表面和凹面镜的外圆周面均固定在衬底的凹槽内；当耦合腔为空气时，凹面镜的外圆周面固定在衬底的凹槽内，凹面镜与衬底的凹槽形成的腔体为耦合腔。

进一步的，所述凹面镜每层介质材料的厚度为四分之一波长。

进一步的，所述凹面镜的焦点与氧化孔的中心在一条直线上。

进一步的，所述凹面镜到氧化孔的距离小于凹面镜的焦距。

进一步的，所述耦合腔的光程小于波长的100倍。

上述外腔垂直腔面发射半导体激光器的制备方法，当耦合腔为介质材料时，包括以下步骤：

步骤一、对外延片的p面光刻、显影后，干法刻蚀至N型DBR上方，得到P型DBR台面；

步骤二、对外延片进行测氧化，得到具有氧化孔的氧化限制层；

步骤三、在P型DBR上生长P面电极；

步骤四、将衬底减薄抛光后在衬底上生长N面电极；