[其他]复合腔波导互补激光器

说明书

本发明为一种半导体激光器。复合腔波导互补激光器是一种双异质结半导体激光器。这种激光器是把有源区厚度有变化的折射率导引结构和有源区厚度无变化的增益导引结构分段做在一个谐振腔内，使其波导特性和其它优点互相补充。使之有良好线性的光功率曲线，较大功率单模输出，有一定的纵模－－温度锁定效应，能改善器件的热阻，提高腔面最大损坏功率。

本发明为一种半导体激光器。

随着光纤通讯、激光传感计测，激光视频唱盘，激光印刷，信息处理等事业的发展，给半导体激光器提出了一系列应解决的课题。其中研制低阈值具有良好线性的光功率曲线，能保持较大功率范围基横模和单纵模激射的半导体激光器，就是一个重大课题。为了保持稳定的较大功率的基横模振荡必须解决模式的稳定性和模式的选择性这样两个大问题。

1970年半导体激光器实现室温连续激射以来，世界各国开展了大量的研究工作。早期的器件多数是通常条形结构，如氧化物隔离条形（OS），质子轰击条形（PBS），平面条形（PS），全面扩散，异质隔离条形，内条形平面双异质结构，低台条形等等。这些器件的共同点是有源区是平的，厚度无变化的。在有源区平行于P-n结的方向（即侧向）无内建的实折射率差（或内建的增益差），其不同点只是制造条形电极方法和对电流进行限制的形式不同。这些激光器的工艺较简单易于制造，同时一般电极条较宽，（如0.85μm器件10μm条宽，1.3μm器件15μm条宽）仍能呈现基侧向横模（以下称侧模或侧向模式）振荡。这些激光器在平行n-P结平面上的模式导引机制是靠载流子的注入引起的增益差来实现的，因此称通常条形激光器为增益导引激光器（也有称为自由载流子波导的）。由于这种导引机制随着载流子分布的变化而变化，不是一个稳定的导引机制，因而侧向模式的稳定性不好。在较低功率输出下，产生近场光斑的侧向移动，输出光功率曲线出现扭曲现象。这对光纤通信等实际应用是一个极大的障碍。

为了克服光功率曲线扭曲现象，稳定模式，必须在平行于P-n结的侧向形成内建的实波导机制。如用异质结构形成矩形波导的掩埋条形（BH）结构，可以在垂直水平两个方向都对光和载流子实行很好的限制。但是由于异质材料折射率差比较大，根据激光器波导模式截止条件，可以计算出其高阶横模的截止厚度和宽度一般只有十分之几微米。这在垂直结平面方向用多层外延技术不难实现。但是在平行结平面方向不但工艺上较困难，而且也限制了激光输出功率（这样的激光器输出功率不能超过1mW）。为了增加高阶侧向横模的截止宽度或单模允许宽度，同时保证模式的稳定性，必须寻求在平行结平面方向能形成自建弱波导，而且工艺上也不太难实现的结构。目前研究较多较为成熟的是非平面衬底上进行液相处延，用有源区厚度差或衬底吸收作用来控制侧向横模。如沟道衬底条形（CS），沟道衬底平面条形（Csup），沟道衬底窄条形（CNS）。梯形衬底条形（TS），压缩双异质结构（CDH）等等。但是这种非平面衬底激光器由于有源区有薄厚变化，引起载流子内扩散，同时有电流向衬底肩角的集中效应。这样一般有源区中间厚两边薄的非平面衬底激光器的载流子浓度分布中心区都比较平坦，甚至出现凹陷，如图1中曲线b给出的压缩形（CDH）激光器实测的1/2Ith时载流子浓度曲线那样。根据模式增益公式（见公式（1））：这样的载流

（1）

其中g（y）＝An（y）-B （2）

子浓度分布易于和高阶侧向横模耦合，高阶侧向横模的模式增益较高，高阶侧向横模易激射。有源区无厚度变化的增益导引激光器的载流子浓度分布一般中心位置比较高，呈“钟型”分布，如图1中曲线a所示。这样的分布易于和基侧向横模耦合，高阶侧向横模的模式增益较低因而基侧向横模输出的功率范围较大。