[发明专利]一种具有圆形光斑的垂直腔面发射激光器

说明书

本发明公开了一种具有圆形光斑的垂直腔面发射激光器，包括水平谐振腔激光器单元，该水平谐振腔激光器单元在其表面刻蚀有双沟槽结构，双沟槽结构之间形成脊形台，双沟槽结构下方形成平板层；水平谐振腔激光器单元在其激光发射方向的端部倾斜刻蚀有一反射镜单元，该反射镜单元的刻蚀角度θ为45°，刻蚀深度由水平谐振腔激光器单元的表面开始，并至少往下延伸至所述平板层底部；脊形台在靠近反射镜单元的一端设有呈扩张状的喇叭段。本发明的反射镜单元能够将水平边发射光束有效转变为垂直面发射光束，从而有利于实现圆形光斑单模高功率垂直面发射，克服了现有技术为实现单模高功率而将氧化孔径缩小所带来的各种问题。

技术领域

本发明涉及半导体光电子技术领域，特别涉及一种具有圆形光斑的垂直腔面发射激光器。

背景技术

垂直腔面发射激光器（VCSEL）由于具有无需解离或蚀刻镜面工艺操作、较低的阈值电流、可获得较高的堆积密度和可多波长单片集成等特点在光通信、光互连、光中性网络和光信号处理方面有着广泛的应用。对于大多数应用来说，垂直腔面发射激光器的单一横向模式是必不可少的，因为它有利于提高与光纤的耦合效率，并消除由于模式竞争造成的噪声和不稳定性。

在激光器谐振腔中，垂直于传播方向上某一横截面上的稳定场分布叫做横模，即横截面上的光强分布。由于激光器的反射面和有源区都不是理想平面以及注入电流的影响，有源区受热发生凸透镜效应，导致腔内与基横模方向略有差异的某些光也能符合多次反射的谐振条件，于是激光器工作在多横模状态。

垂直腔面发射激光器的谐振腔的腔长约为1μm，较短的腔长使得有源区增益带宽中的一个波长满足谐振条件，因此可实现单纵模工作，然而其谐振腔横向尺寸较大，对光场的限制能力较弱，器件很难在基横模状态下工作。通常在氧化限制型垂直腔面发射激光器中，为了提高输出功率，需要扩大氧化孔径来获得更多的电流注入。然而在扩大氧化孔径的同时也相应增加了横向折射率波导的尺寸，产生更多的横向模式，导致激烈的模式竞争。

多横模损害了激光器输出的良好方向性，对聚焦非常不利，缩小器件的横向尺寸来控制器件的横向模式是最常见的实现器件基横模输出的重要方法。在氧化限制型垂直腔面发射激光器中，器件满足基横模条件时，对应的氧化孔直径约为3-5μm，伴随的最高基横模功率4.8mW。这类方法需要将器件的氧化孔直径缩小到3-5μm，制备工艺十分复杂，器件的重复性与良率都存在较大的不可控性。与此同时，较小的氧化孔径会带来大的串联电阻、发热严重、稳定性差等问题。

发明内容

本发明提供一种具有圆形光斑的垂直腔面发射激光器，其主要目的在于解决现有技术存在的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种具有圆形光斑的垂直腔面发射激光器，包括水平谐振腔激光器单元，该水平谐振腔激光器单元在其表面刻蚀有双沟槽结构，所述双沟槽结构之间形成脊形台，双沟槽结构下方形成平板层；所述水平谐振腔激光器单元在其激光发射方向的端部倾斜刻蚀有一反射镜单元，该反射镜单元的刻蚀角度θ为45°，刻蚀深度由所述水平谐振腔激光器单元的表面开始，并至少往下延伸至所述平板层底部；所述脊形台在靠近反射镜单元的一端设有呈扩张状的喇叭段。

进一步，所述喇叭段包括依次设置于所述脊形台端部的第二脊形段和第一脊形段；所述第一脊形段和第二脊形段的高度均为H₁；所述第一脊形段的长度为L₁，并且L₁=H₁；所述第二脊形段的长度为L₂，并且1μm≤L₂≤20μm。第一脊形段靠近所述反射镜单元，因此其端部具有一45°的反射面，而由于其长度L₁=高度H₁，因此第一脊形段整体呈等腰直角三棱柱状。