[发明专利]混合集成二维面发射激光器列阵

说明书

本发明为一种半导体激光器

一般条形半导体激光器的光输出功率为几毫瓦，而窗口条形或大光腔结构可使输出功率提高到几十毫瓦以上，单片集成锁相列阵可获得更高输出功率。但由于受到一维侧向尺寸的限制，进一步提高输出功率有困难。利用二维面发射列阵可以达到进一步提高输出功率的目的。按谐振腔的形式可将面发射激光器分为两类：其一是竖直谐振腔;其二是水平谐振腔。前者的优点主要是可获得低阈值及稳定的单模工作，但它的制作工艺要求精度高，比较复杂。水平谐振腔面发射激光器种类较多，主要有分布布拉格反射式或分布反馈式，利用45°角斜面反射式，以及采用弯曲双异质结谐振腔式。上述的分布布拉格反射式可获得非常窄的远场光束，但光在经过反射光栅的过程中会有很大的损失，而且二级光栅的制作也是极为复杂的。以往的单片反射式由于腐蚀出的反射面和腔面质量通常不是很高，导致光损耗和光场发散。弯曲谐振腔很难实现竖直光发射。基于上述几种面发射激光器的特点，人们又提出一些其它的器件结构。其中与本发明最接近的已有技术是槽型硅反射体混合集成二维面发射半导体激光器阵列（见Appl.Phys，Lett.，Vol.53，P938，1988）。这种器件结构至下而上有这样几个部分构成-铜热沉，端面出射的半导体激光器阵列管芯，反射体。这种器件的反射体是带有沟槽的硅晶体片，再蒸镀一层金膜构成。沟槽成周期分布，沟槽的侧壁与底部成45°角，形成反射镜面。端面出射的半导体激光器阵列管芯焊接在硅晶片反射体槽内，再将硅片反射体焊接在铜热沉上。半导体激光器阵列管芯与铜热沉之间有硅晶片反射体相隔，不是直接连接在一起的。这种结构器件的工作原理是将半导体激光器阵列管芯端面出射的光由反射镜面反射成垂直方向出射的光，构成二维面发射激光器阵列。但这种混合集成二维列阵中，由于管芯与热沉之间有一层硅晶片阻碍散热，因此它只能在窄脉冲电注入下工作。

本发明的目的就在于克服这一困难，解决管芯散热问题，使之能大功率连续输出。

本发明所设计的混合集成二维面发射激光器列阵（见附图和附图说明），由铜热沉1，端面出光的半导体激光器阵列管芯2和反射体3构成，其特征是端面出光的半导体激光阵列管芯2与铜热沉1直接相焊接，中间没有阻碍散热的其它晶体隔离;反射体3为无底的矩形环状结构，矩形窗口的内侧构成反射镜面5，激光列阵管芯2位于反射体3的矩形环状窗口中心，激光列阵管芯2的出光端面对着反射镜面5;反射体3是与激光阵列管芯2一起一次烧结同时焊接在镀铜热沉上的，反射体3是用定向腐蚀的方法制成。

本发明和已有的槽型硅反射体混合集成二维面发射半导体激光器阵列相比散热特性好，因此具有高可靠性、容易实现连续大功率光输出，同时制备工艺简单。

附图说明：

图一为混合集成二维面发射半导体激光器列阵结构的剖面示意图。图一中部件1为铜热沉，2为端面出光的半导体激光阵列管芯，3为反射体，4为光线出射反射的路径。图二为反射体结构及其剖面示意图。图二中，5为反射镜面，反射体的上表面为（100）面，虚线所指的方向为晶体的［011］方向。

本发明的实施例描述如下：

1.反射体3的制备

选择容易被切割或解理，并能定向腐蚀出抛物面或近似45°角斜面的适当晶体，如硅晶片，砷化镓单晶片，磷化铟单晶片等。我们选用砷化镓晶片，将砷化镓晶片沿（100）面切割减薄至约100μm厚，将晶片用石蜡粘在玻璃片上，沿[011]方向用光刻胶光刻出宽400μm，长2mm的矩形窗口，根据所需阵列的维数多少也可将这种矩形窗口再周期排列，周期为600μm。然后用H₂SO₄∶H₂O₂∶H₂O（1∶8∶8）定向腐蚀，直至窗口内的晶体被腐蚀透露出玻璃片为止，这样就将晶体片制成了无底矩形窗口的环状结构，或几个环状结构相结的梳状结构。这种腐蚀液的选择性腐蚀作用，使砷化镓晶片窗口的侧壁定向腐蚀成近似45°角斜面或抛物面而成反射镜面5。将腐蚀好的晶片从玻璃片上取下后双面蒸金。

2.二维面发射激光器列阵的制备

将制备好的反射体3，端面出光的半导体激光器阵列管芯2同时摆放在镀铟的铜热沉上，其中要将阵列管芯2放在反射体3的矩形窗口内，阵列管芯2的出光端面要对着反射镜面5。在真空中加热烧结，这样就将阵列管芯2和反射体3同时烧焊在铜热沉1上了，再进行电极引线，就制备成了混合集成二维面发射激光器列阵。激光将沿着光线出射反射的路径4垂直出射，即称为表面发射。