[发明专利]非对称环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器

说明书

非对称环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器属于半导体激光器技术领域。本发明其特征在于，欧姆接触层、上分布布拉格反射镜以及有源增益区是一个圆柱形实体，其中间部分是一个齐顶偏心高阻区，所述齐顶偏心高阻区呈近似圆柱状，齐顶偏心高阻区的顶面与欧姆接触层的顶面平齐，齐顶偏心高阻区的底面与下分布布拉格反射镜的内镜面接触，齐顶偏心高阻区的垂直轴线与所述器件主轴线平行且相距偏心距δ，偏心距δ＝10μm～20μm；整形层位于齐顶偏心高阻区的顶面位置，整形层的形状和径向尺度与齐顶偏心高阻区的顶面的形状和径向尺度相同，整形层的厚度、材质与上电极相同。本发明能够去除空心激光束横模中的基模，提高光束质量。

技术领域

本发明涉及一种非对称环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器，高阻区偏心设置，能够去除空心激光束横模中的基模，提高光束质量，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

专利号为ZL201510113902.0的一件中国发明专利给出一种名称为“环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器”的技术方案，如图1所示，所述环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器自上而下依次是上电极1、欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3、氧化物限制层4、有源增益区5、下分布布拉格反射镜6、衬底7、下电极8；上电极1、氧化物限制层4的形状为内径相同的环形，所述环形的宽度为3～5μm，所述环形的外径为115～125μm；欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3以及有源增益区5层叠在一起构成一个具有空心部分10的圆柱区域，在所述圆柱区域的空心部分10的下面有高阻区9；所述环形的外径与所述圆柱区域的外径尺寸相同，该具有空心部分10的圆柱区域的内径为85～95μm；所述高阻区9的底面与下分布布拉格反射镜6接触，高阻区9的顶面的高度高于上分布布拉格反射镜3的内镜面、低于上分布布拉格反射镜3的外镜面。所述环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器在工作时，电流从上电极1注入，经过欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3、氧化物限制层4中部进入有源增益区5，由于欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3以及有源增益区5层叠在一起构成一个具有空心部分10的圆柱区域，并且，在所述圆柱区域的空心部分10的下面有高阻区9，在器件中形成一种“环形结构上分布布拉格反射镜”，因此，该激光器的谐振腔呈环柱形，电流只能在该环柱形谐振腔内产生受激发射，于是，出射光成为空心激光束，实现了垂直腔面发射半导体激光器的腔内空心发光。

所述现有技术存在的首要问题是，虽然垂直腔面发射半导体激光器能够实现动态的单纵模工作，但是，由于其结构具有良好的对称性和各向均匀性，对称的环柱形和横向尺寸较大的谐振腔，在激射过程中会产生许多横模，包括基模横模和高阶横模，各种横模不仅频率不同，而且，在垂直于其传播方向上的场强分布也不同，使得激光器出光不稳定，光束质量降低。

另外，所述现有技术要在垂直腔面发射半导体激光器中制作环形结构上分布布拉格反射镜，需要通过湿法腐蚀或者干法刻蚀形成空心部分10，还有通过氢离子注入形成高阻区9，这不仅导致器件制作工艺步骤增多，工艺难度也增大，如腐蚀或者刻蚀的深度不易控制，离子注入的均匀性不易掌握，不利于器件的批量生产。随之而来的问题至少还有以下四点：1、工艺损伤问题，由于空心部分10的制作是在器件出光口一侧进行，所采取的湿法腐蚀或者干法刻蚀工艺都会对上分布布拉格反射镜3的外镜面以及激光器环柱形谐振腔的内柱面造成损伤，极易造成不可逆的腔体结构损伤，大大降低了器件成品率；同时，由于上分布布拉格反射镜3的外镜面以及激光器环柱形谐振腔的内柱面的粗糙度增高，激射光会发生多步反射，产生较多的杂散光，降低了注入电流转化效率；2、器件封装方面的问题，由于空心部分10位于器件出光口一侧，不论是单管封装还是阵列封装，都极易对谐振腔腔体造成机械损伤，提高封装工艺困难，例如，在打金丝(制作电极引线)工艺中，上分布布拉格反射镜3单位体积承担应力过大，易造成腔体机械损伤；再如，在阵列贴片工艺中，贴片头与阵列接触面积小、压力大，也易造成谐振腔腔体机械损伤；3、器件使用方面的问题，由于空心部分10位于器件出光口一侧，使得器件在后期实际应用中与光纤、透镜等光学元件耦合困难，限制器件的应用范围。

发明内容