窄线宽大功率激光器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种窄线宽大功率激光器及其制备方法，其中，激光器包括：衬底；激光器区，形成于所述衬底上，所述激光器区两侧为放大器区和波长稳定区；激光区脊型波导，形成于所述激光器区上；放大器区锥形波导，形成于所述放大器区上；波长稳定区脊型波导，形成于所述波长稳定区上；以及所述激光器区、放大器区、波长稳定区及所述激光区脊型波导、放大器区锥形波导、波长稳定区脊型波导之间具有电隔离沟。本发明专利技术通过锥形放大器、波长稳定器及各功能区的电隔离沟，能够实现大功率、窄线宽和波长稳定控制的效果，对目前泵浦光源存在的问题提出了一种解决方案。一种解决方案。一种解决方案。

【技术实现步骤摘要】
窄线宽大功率激光器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体光电子领域，特别涉及一种窄线宽大功率激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]半导体激光器具有体积小和效率高等优点，被广泛应用在光通信、存储、激光显示和泵浦光源等领域。作为泵浦光源，大功率激光器的缺点是激光光谱太宽，并且光谱随激光器工作温度和电流变化较大，偏离泵浦物质的吸收峰，造成泵浦效率降低后者泵浦失败的结果。

技术实现思路

[0003](一)要解决的技术问题
[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种窄线宽大功率激光器及其制备方法，采用锥形放大器结构设计，增加波长稳定区，防止激光波长随温度变化而变化，同时波长稳定起到增加光反馈长度的作用，可减低线宽，以解决或部分解决上述问题。
[0005](二)技术方案
[0006]本专利技术一方面提供了一种窄线宽大功率激光器，包括：衬底；激光器区，形成于衬底上，激光器区两侧为放大器区和波长稳定区；激光区脊型波导，形成于激光器区上；放大器区锥形波导，形成于放大器区上；波长稳定区脊型波导，形成于波长稳定区上；激光器区、放大器区、波长稳定区之间具有电隔离沟；激光区脊型波导、放大器区锥形波导、波长稳定区脊型波导之间具有所述电隔离沟。
[0007]可选地，放大器区锥形波导的锥顶靠近激光区脊型波导。
[0008]可选地，波长稳定区的带隙波长小于激光器区的带隙波长。
[0009]可选地，激光器区为第一有源层；放大器区为第二有源层；波长稳定区为无源层；其中，第一有源层表面刻有光栅。
[0010]可选地，衬底与激光器区、放大器区及波长稳定区之间还包含与衬底材料相同的缓冲层。
[0011]本专利技术另一方面提供了一种窄线宽大功率激光器的制备方法，包括：在衬底上依次形成缓冲层、有源材料层；除去波长稳定区的有源材料层并对接生长无源材料层；在激光器区的有源材料层上制作光栅；在有源材料层及无源材料层上依次生长包层及接触层；将包层及接触层制作层激光区脊型波导、放大器区锥形波导及波长稳定区脊型波导；除去激光区脊型波导、放大器区锥形波导及波长稳定区脊型波导相互接触边界的接触层，离子注入形成电隔离沟；在激光区脊型波导、放大器区锥形波导及波长稳定区脊型波导上制作P型电极；减薄衬底低部，并在衬底低部制备N型电极。
[0012]可选地，除去波长稳定区的有源材料层并对接生长无源材料层包括：通过二氧化硅掩膜覆盖激光器区及放大器区的有源材料层，选择性腐蚀除去波长稳定区的有源材料
层；采用MOCVD对接生长波长波长稳定区的无源材料层。
[0013]可选地，将包层及接触层制作层激光区脊型波导、放大器区锥形波导及波长稳定区脊型波导包括：采用光刻胶掩模于激光区及波长稳定区上方的接触层表面光刻出脊型波导图形，于放大器区上方的接触层表面光刻出锥形波导；先后采用第一腐蚀液和第二腐蚀液腐蚀包层及接触层，制备得激光区脊型波导、放大器区锥形波导及波长稳定区脊型波导。
[0014]可选地，先后采用第一腐蚀液和第二腐蚀液腐蚀包层及接触层包括：按Br2:HBr:H2O＝1:25:80配制第一腐蚀液，腐蚀时间为第一预设时间；按HCl:H2O＝9:1配制第二腐蚀液腐蚀，腐蚀时间为第二预设时间；其中，第一预设时间短于第二预设时间。
[0015]可选地，除去激光区脊型波导、放大器区锥形波导及波长稳定区脊型波导相互接触边界的接触层，离子注入形成电隔离沟包括：于激光区脊型波导、放大器区锥形波导及波长稳定区脊型波导相互接触边界的接触层光刻出隔离沟图形；按H2SiO4:H2O2:H2O＝3:1:1配制第三腐蚀液，腐蚀至有源材料层及无源材料层，制得隔离沟；对隔离沟进行He离子注入，制得电隔离沟。
[0016](三)有益效果
[0017]本专利技术提供了一种窄线宽大功率激光器及其制备方法，设计一种锥形、大光场激光器结构，改善近场模式，增大发光面积，减小输出光功率密度，从而增加输出功率。采用电热隔离技术，实现主振荡区和锥形放大区分别电流控制，防止共有电极电流增大到一定值时，脊型波导内激励产生的高阶侧膜影响锥形放大区模式分布，同时避免小部分反射回腔内的光在腔内振荡形成高阶模。设计波长稳定区，通过电流控制波长的稳定，防止波长随激光器温度的变化发生漂移，同时波长稳定区具有增加光反馈长度，可以压窄线宽。
[0018]本专利技术通过锥形放大器、波长稳定器和各功能区的特殊电隔离技术，能够实现大功率、窄线宽和波长稳定控制的效果，对目前泵浦光源存在的问题提出了一种解决方案。
附图说明
[0019]图1示意性示出了本专利技术提供的窄线宽大功率激光器的结构示意图；
[0020]图2示意性示出了本专利技术提供的窄线宽大功率激光器的制备流程图。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0023]图1示意性示出了本专利技术提供的窄线宽大功率激光器的结构示意图。
[0024]如图1所示，本专利技术提供了一种窄线宽大功率激光器，包括：衬底；激光器区，形成于衬底上，激光器区两侧为放大器区和波长稳定区；激光区脊型波导，形成于激光器区上；放大器区锥形波导，形成于放大器区上；波长稳定区脊型波导，形成于波长稳定区上。
[0025]在本专利技术一实施例中，本专利技术提供的窄线宽大功率激光器分为三个部分功能区，如图1所示，激光器区01、波长稳定区02、放大器区03，其中，激光器区01形成于衬底10的中间部分，两边分别紧邻波长稳定区02、放大器区03，激光器区01上形成有激光区脊型波导，波长稳定区02形成有上波长稳定区脊型波导，放大器区03上形成有放大器区锥形波导。本专利技术设计了一种锥形、大光场的激光器结构，改善近场模式，增大发光面积，减小输出光功率密度，从而增加输出功率。
[0026]进一步地，放大器区锥形波导的锥顶靠近激光区脊型波导；激光器区、放大器区、波长稳定区之间具有电隔离沟；激光区脊型波导、放大器区锥形波导、波长稳定区脊型波导之间也具有同一电隔离沟。本专利技术设计了各功能区的电隔离沟，采用电热隔离技术，实现激光器的主振荡区(激光器区)和锥形放大器区分别的电流控制，防止共有电极电流增大到一定值时，脊型波导内激励产生的高阶侧膜影响锥形放大区模式分布，同时避免小部分反射回腔内的光在腔内振荡形成高阶模。设计波长稳定区，通过电流控制波长的稳定，防止波长随激光器温度的变化发生漂移，同时波长稳定区具有增加光反馈长度，可以压窄线宽。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种窄线宽大功率激光器，其特征在于，包括：衬底；激光器区，形成于所述衬底上，所述激光器区两侧为放大器区和波长稳定区；激光区脊型波导，形成于所述激光器区上；放大器区锥形波导，形成于所述放大器区上；波长稳定区脊型波导，形成于所述波长稳定区上；所述激光器区、放大器区、波长稳定区之间具有电隔离沟；所述激光区脊型波导、放大器区锥形波导、波长稳定区脊型波导之间具有所述电隔离沟。2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述放大器区锥形波导的锥顶靠近激光区脊型波导。3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述波长稳定区的带隙波长小于所述激光器区的带隙波长。4.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光器区为第一有源层；所述放大器区为第二有源层；所述波长稳定区为无源层；其中，所述第一有源层表面刻有光栅。5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述衬底与所述激光器区、放大器区及波长稳定区之间还包含与衬底材料相同的缓冲层。6.一种根据权利要求1～5任一项所述的窄线宽大功率激光器的制备方法，其特征在于，包括：在衬底上依次形成缓冲层、有源材料层；除去所述波长稳定区的有源材料层并对接生长无源材料层；在所述激光器区的有源材料层上制作光栅；在所述有源材料层及无源材料层上依次生长包层及接触层；将所述包层及接触层制作层所述激光区脊型波导、放大器区锥形波导及波长稳定区脊型波导；除去所述激光区脊型波导、放大器区锥形波导及波长稳定区脊型波导相互接触边界的接触层，离子注入形成电隔离沟；在所述所述激光区脊型波导、放大器区锥形波导及波长稳定区脊型波导上制作P型电极；减薄衬底低部，并在所述衬底低部...

【专利技术属性】
技术研发人员：周代兵，梁松，赵玲娟，王圩，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：