环形结构下分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器制造技术

环形结构下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。现有技术出光口存在工艺损伤，也不易与光纤、透镜等元件良好耦合，器件的散热效果也有待改善。本发明专利技术之激光器自上而下依次是上电极、欧姆接触层、上分布布拉格反射镜、氧化物限制层、有源增益区、下分布布拉格反射镜、衬底、下电极；上电极、氧化物限制层的形状为内径相同的环形，所述环形的宽度为3μm～5μm，所述环形的外径为115μm～125μm；在下分布布拉格反射镜、衬底、下电极的中心部分存在一个圆柱形空心区域，所述圆柱形空心区域的顶面高度低于下分布布拉格反射镜的内镜面、高于下分布布拉格反射镜的外镜面，所述圆柱形空心区域的直径为85μm～95μm，在所述圆柱形空心区域中填充有高导热率焊料。

Vertical cavity surface emitting laser with distributed Bragg reflector in ring structure

【技术实现步骤摘要】
环形结构下分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器
本专利技术涉及一种环形结构下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

技术介绍
空心激光束(HollowLaserBeam,HLB)是一种在传播方向上中心光强为零的环状光束，也称为空心光束或者暗中空光束(TakahiroKuga,YoshioTorii,NoritsuguShiokawa,etal.NovelOpticalTrapofAto6mswithaDoughnutBeam[J].PhysRevLett，1997,78:4713～4716)。换句话说，空心激光束是光轴光强为零的光束。空心光束具有一系列新颖独特的物理性质，例如桶状强度分布、较小的暗斑尺寸(DSS)和传播不变性以及具有自旋与轨道角动量等。空心光束作为激光导管、光学镊子(光钳)和光学扳手，成为实现微观粒子(如微米粒子、纳米粒子和生物细胞等)精确操纵和控制的有力工具。空心激光束应用在激光光学、二元光学、计算全息、微观粒子的光学囚禁、材料科学、生物医学等领域。在半导体激光器
有一种垂直腔面发射半导体激光器，相比于固体激光器，垂直腔面发射半导体激光器具有体积小、效率高、阈值低、具有简便的电泵浦方式以及在光纤数据传输中所具有的作用，人们渴望实现垂直腔面发射半导体激光器的腔内空心发光。专利号为ZL201510113902.0的一件中国专利技术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，如图2所示，实现了垂直腔面发射半导体激光器的腔内空心发光。然而，要在现有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、空心激光束质量难以保证，这是因为采用氢离子注入工艺来形成高阻区9，而注入的均匀性却不易掌握，导致空心激光束中心光强不绝对为零，暗斑尺寸不可控；3、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；4、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。再有就是各种半导体激光器都存在的带有共性的问题，也就是由于衬底材料，如GaAs，都属于导热不良材料，而起散热作用的部分，如板块状热沉、散热片等又都是通过与衬底接触实现管芯散热，因此，器件的散热效果有待改善。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的技术问题，我们专利技术了一种环形结构下分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器，在由激光器器件直接产生空心光束的前提下，避免了因在器件出光口一侧形成空心部分以及在空心部分下面通过离子注入形成高阻区的工艺步骤而带来的技术问题，并改善了器件的散热效果。本专利技术之环形结构下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3μm～5μm，所述环形的外径为115μm～125μm；其特征在于，如图3所示，在下分布布拉格反射镜6、衬底7、下电极8的中心部分存在一个圆柱形空心区域11，所述圆柱形空心区域11的顶面高度低于下分布布拉格反射镜6的内镜面、高于下分布布拉格反射镜6的外镜面，所述圆柱形空心区域11的直径为85μm～95μm，在所述圆柱形空心区域11中填充有高导热率焊料12，如图4所示。本专利技术之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，由于在下分布布拉格反射镜6、衬底7、下电极8的中心部分存在一个圆柱形空心区域11，并且，所述圆柱形空心区域11的顶面高度低于下分布布拉格反射镜6的内镜面、高于下分布布拉格反射镜6的外镜面，也就是在器件管芯中心部分下分布布拉格反射镜6的外镜面缺失，形成一种“环形结构下分布布拉格反射镜”，从而在器件管芯中心部分不发生有效谐振；同时，由于所述圆柱形空心区域11的直径为85μm～95μm，小于所述环形的内径105μm～119μm，因此，在器件管芯中形成一个外径为105μm～119μm、内径为85μm～95μm的隐形环柱形谐振腔，注入的电流只能在该隐形环柱形谐振腔内引发激射，于是，出射光成为空心激光束，如图5所示，实现了垂直腔面发射半导体激光器的腔内空心发光。在这一前提下，本专利技术其技术效果如下所述。在本专利技术之垂直腔面发射半导体激光器中没有所谓的高阻区，因此省去了氢离子注入工艺步骤，因该工艺步骤带来的问题自然消除，也就是空心激光束质量问题。虽然需要在半导体激光器管芯制作完毕后，要采用湿法腐蚀或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环形结构下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3μm～5μm，所述环形的外径为115μm～125μm；其特征在于，在下分布布拉格反射镜(6)、衬底(7)、下电极(8)的中心部分存在一个圆柱形空心区域(11)，所述圆柱形空心区域(11)的顶面高度低于下分布布拉格反射镜(6)的内镜面、高于下分布布拉格反射镜(6)的外镜面，所述圆柱形空心区域(11)的直径为85μm～95μm，在所述圆柱形空心区域(11)中填充有高导热率焊料(12)。/n

【技术特征摘要】
1.一种环形结构下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3μm～5μm，所述环形的外径为115μm～125μm；其特征在于，在下分布布拉格反射镜(6)、衬底(7)、下电极(8)的中心部分存在一个圆柱形空心区域(11)，所述圆柱形空心区域(11)的顶面高度低于下分布布...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏长岭，杨静航，逄超，冯源，郝永芹，张剑家，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22