[发明专利]一种具有低水平发散角的GaAs基大功率激光器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有低水平发散角的GaAs基大功率激光器及其制备方法。所述激光器包括从下至上依次设置的N面金属电极接触层、衬底、P面金属电极接触层、N限制层、下波导层、量子阱结构的有源层、上波导层、P限制层、SiO₂电流注入阻隔层和P面金属电极接触层；上波导层、P限制层、SiO₂电流注入阻隔层和P面金属电极接触层共同形成脊条；所述脊条为两段结构相同的锥形宽度渐变脊条。本发明的激光器具有两段结构相同的锥形宽度渐变脊条，利用脊条宽度的渐变，实现了波导的滤波效应，进而降低了激光器的横模数量，实现了在不牺牲输出功率和效率的情况下降低水平发散角。并且在降低了阈值电流和工作电压的同时，提高了输出功率。

技术领域

本发明涉及一种具有低水平发散角的GaAs基大功率激光器及其制备方法，属于光电子技术领域。

背景技术

半导体激光器近年来发展迅速，在过去的20年里面大幅增加用来满足工业的需求，其中光纤激光器正成为材料加工行业中最重要的工具，大功率光纤激光器的发展对LD泵浦源芯片性能提出了更高的要求。然而光纤激光器一直受到泵浦源LD的功率、效率、亮度的限制，提升功率、降低水平发散角可以在降低生产成本的同时直接提升光纤激光器系统的输出功率。

水平发散角是LD非常重要的一个参数，它不仅会影响到激光器的光束质量，也会影响激光器跟光纤耦合时的耦合效率，水平发散角过大也会导致光纤温度过高进而失效。

目前，人们为了降低水平发散角研发了例如：热透镜补偿、微观结构滤波等结构，这些方法虽然LD的光束质量有所提升，但是会导致功率下降，限制了试用范围。例如中国专利文献公开了CN105720479A一种半导体激光器，包括光波导结构，所述光波导结构包括自下而上依次叠置的下波导层(2)、多量子阱有源层(3)和上波导层(5)，在所述多量子阱有源层(3)中的上部形成有光栅层(4)，所述上波导层(5)、包层6和接触层7形成为凸脊，该凸脊具有入光端面和出光端面，并在出光端面一侧具有光束扩散结构。所述光束扩散结构具有扩束部分，所述扩束部分具有从所述出光端面向内部逐渐收缩的形状。但是该激光器也存在优化水平发散角后，功率下降的问题。因此，在高功率下实现低水平发散角对研究和工业都有重要的价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明一种具有低水平发散角的GaAs基大功率激光器及其制备方法。

一种具有低水平发散角的GaAs基大功率激光器，所述激光器包括从下至上依次设置的N面金属电极接触层、衬底、P面金属电极接触层、N限制层、下波导层、量子阱结构的有源层、上波导层、P限制层、SiO₂电流注入阻隔层和P面金属电极接触层；

所述上波导层、P限制层、SiO₂电流注入阻隔层和P面金属电极接触层共同形成脊条；

所述脊条为两段结构相同的锥形宽度渐变脊条。

根据本发明优选的，所述两段结构相同的锥形宽度渐变脊条为一体式结构，两者之间无缝连接。

根据本发明优选的，所述锥形宽度渐变脊条从激光器后腔面到前腔面宽度逐渐增大，靠近后腔面的最窄处的宽度为90～100μm，靠近前腔面的最宽处的宽度为190～210μm。

上述具有低水平发散角的GaAs基大功率激光器的制备方法，包括步骤如下：

(1)将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，由下至上依次生长N限制层、下波导层、量子阱结构的有源层、上波导层、P限制层、表层，得到外延片；

(2)通过光刻工艺对外延片进行刻蚀，去除表层、两侧部分P限制层和上波导层，形成突出的两段结构相同的锥形宽度渐变脊条结构；