[实用新型]一种窄垂直方向远场发散角的激光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体激光技术领域，特别涉及一种窄垂直方向远场发散角的激光器。

背景技术

半导体激光器具有体积小、重量轻、阈值低、寿命长、能与硅集成电路兼容等特点，是光通信、光互联、光计算等光电集成电路的主要光源。在这些应用中，半导体激光器发出的光往往需要采用光纤作为传输介质，要求激光器与光纤之间具有较高的耦合效率，但传统的半导体激光器采用多量子结构作为有源层，光腔的宽度往往只有数百纳米，垂直远场光发射角约为32-45°，远大于平行于结方向水平发散角（约20°）, 光衍射作用导致垂直方向远场发散角较大，而在平行于结的方向，由于对光场的限制作用较小（以最常见的脊波导半导体激光器为例，其水平方向的光场大小一般为2um），因此，水平方向远场发散角较小，这样会导致半导体激光器的远场光斑呈椭圆形。而光纤的直径是圆形的，当激光器的光通过光纤传输时，就会导致激光器与光纤的耦合效率下降。

中国实用新型专利（公开号：CN104466675A）公开了一种窄发散角脊波导半导体激光器，该半导体激光器插入N 型InGaAsP 材料作为扩展波导层，该层有较高的折射率，其目的是使光场从主波导中能够扩展一部分到该区域中，起到扩展近场光斑的作用，从而减小激光器的远场发散角。中国实用新型专利（公开号：CN104300365A）公开了一种同时降低发散角和阈值电流的激光器的制备方法，该方案在波导层和限制层之间引入非对称掺杂的低折射率层。低折射率层的引入是在量子阱有源区附近引入反波导作用，这与有源区和波导层共同作用调节光场在激光器中的分布，进而改变有源区的光学限制因子，最终影响激光器的阈值电流和垂直发散角。上述两种方案是在低折射率的波导层中插入高折射率的波导层、或者在波导层与限制层之间改入非对称掺杂的低折射率层。但异质外延层的引入不但会增加载流子注入的势垒，还会引入寄生电容，影响半导体激光器的阈值、功率与频谱响应曲线等，因此改进效果并不理想。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种降低垂直远场发散角激光器。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种窄垂直方向远场发散角的激光器，其特征在于，该激光器的外延结构包括InP衬底，在所述InP衬底上由下向上依次沉积有缓冲层、N型外限制层、N型内限制层、第一非掺杂的折射率渐变的波导层、量子阱有源区、第二非掺杂的折射率渐变的波导层、P型内限制层、P型外限制层、腐蚀阻挡层、P型包层、P型势垒渐变层、P型势垒激变层、P形欧姆接触层,所述的量子阱有源区量子阱为应变量子阱结构；所述的N型内限制层为张应变结构层，所述N型内限制层采用AlInAs材料。

优选的，所述的应变量子阱结构的阱层为压应变，所述的应变量子阱结构的垒层为张应变。

优选的，所述量子阱结构阱层的压应变为0.8%-1.2%,阱层的厚度为5-8nm。

优选的，所述量子阱结构垒层的张应变为0.4%-0.8%,垒层的厚度为10-15nm。

优选的，所述应变量子阱结构的量子阱对数为6-9对。

优选的，所述N型内限制层的厚度为30-60nm。

优选的，所述N型外限制层的厚度为2-4 um。所述N型外限制层（3）采用渐变掺杂，掺杂浓度从3E18cm^-3降低到1E18 cm^-3。

优选的，所述N型内限制层采用的AlInAs材料为Al_xIn_(1-x)As材料，其Al组分X的范围为0.44-0.478。其特征在于：所述N型内限制层与InP衬底的晶格不匹配，相对于InP衬底有0.1-0.5%的张应变。

如上所述，本窄垂直方向远场发散角的激光器及其制备方法的具有以下有益效果：该激光器增加了MQW（量子阱结构）有源区的厚度，可有效增加光腔体积，降低垂直远光发散角；该激光器的N型内限制层为张应变结构层，采用AlInAs材料，随着Al_xIn_(1-x)As材料的Al组分降低，其折射率相应增加，使光在限制层中的衰减变小，从而使更多的光能拓展到外限制层InP中，从而降低垂直方向的远场发散角，这种激光器不增加扩展波导层，通过应变来拓展垂直方向的光场，降低了半导体激光器的垂直方向的远场发散角，提高激光器与光纤的耦合效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为本实用新型实施例激光器远场发散角的曲线图。