一种窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片，阵列尺寸为1

【技术实现步骤摘要】
一种窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片


[0001]本专利技术涉及激光器
，具体涉及一种窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片。

技术介绍

[0002]随着技术的不断发展和突破，半导体激光器正向大功率、超小型、二维集成、长寿命、高光束质量的方向发展，以满足各种应用的需要，产品种类日益丰富。半导体激光器凭借其诸多技术优势，在3D打印、激光雷达、军事、医学成像和工业加工等领域得到广泛应用。另外，通过耦合进光纤进行传输，大功率直接半导体激光器在切割和焊接领域得到了广泛应用。
[0003]VCSEL由于具有光束质量好、单纵模、低阈值、易于实现片上测试、生产成本低等特点，已在数据传输、传感、光互连、激光打印、光信号处理等领域得到了日益广泛的应用。初期VCSEL通过增大出光孔径的方式实现大功率输出，由于VCSEL易制作成二维阵列，通过二维集成也可以获得高功率输出。而随着科技发展，越来越多的领域对高光束质量、高亮度、窄线宽、高相干度的高功率激光的需求不断增长。一般情况下，激光阵列中各个发光单元发出的光是互不相干的，各个单元之间没有确定的相位关系。这类阵列通过透镜聚集后，透镜焦面上的光场分布为各个发光单元的非相干叠加，这种叠加方式不能提高光束质量和激光亮度。在工业加工、激光点火、军事远程打靶、导航等领域中，对激光亮度以及光束质量都有很高的要求，而非相干的VCSEL阵列往往难以满足要求。
[0004]VCSEL阵列中发光单元的同相位的相干叠加能够使能量集中在轴向中心，因此对于VCSEL阵列，通过相干耦合方式可以得到光束质量更好的激光芯片，从而在军事远程打靶、图像处理等需要高亮度光源的领域得到应用。VCSEL阵列由于谐振腔短而表现出高的纵模选择性，但另一方面，器件中的横模竞争会显著降低它们的相干度。一般的VCSEL阵列，由于不能够实现线阵中各个出光单元间的光子相互注入，因而不存在相干性，这就导致了出射激光线宽较宽，模式特性差，远场发散角大，亮度低，限制了其应用。由于VCSEL阵列涉及多个激光器，其出射的光之间的相干性差，不能满足现实需求。
[0005]因此需要研制出一种出射窄线宽的相干激光器阵列芯片来实现窄线宽、高相干性的特性。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片。
[0007]本专利技术公开了一种窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片，包括：相对称的第一激光发射单元和第二激光发射单元；
[0008]所述第一激光发射单元和第二激光发射单元均包括自上至下依次设置的第一反射镜、氧化限制层、有源层、第二反射镜和衬底层，激光在所述第一反射镜和第二反射镜之间振荡传播；
[0009]所述第一激光发射单元和第二激光发射单元的氧化限制层的中间设有水滴型通光孔，所述第一激光发射单元和第二激光发射单元的端面设有水滴型出光孔；两个水滴型通光孔和两个水滴型出光孔均对称排布且孔间距小于激射波长，使所述第一发射单元与所述第二发射单元出射激光以倏逝波形式产生耦合，发出相干光。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述第一激光发射单元和第二激光发射单元的出光端面设有P电极、背面设有N电极；在所述第一激光发射单元或第二激光发射单元上与所述P电极不接触的位置设有第一钝化层，在所述第一激光发射单元或第二激光发射单元上与所述第一反射镜不接触的位置设有第二钝化层。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述第一激光发射单元和第二激光发射单元均在所述第一反射镜上增加增透膜。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，两个水滴型通光孔和两个水滴型出光孔均为尖端相对，且两水滴尖端距离小于激射波长。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述第一反射镜为Al
x
Ga
(1
‑
x)
As/Al
y
Ga
(1
‑
y)
As双层结构的P型分布式布拉格反射镜，反射率为99％
‑
99.5％。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述第一反射镜的对数为5至20对。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述第二反射镜为Al
x
Ga
(1
‑
x)
As/Al
y
Ga
(1
‑
y)
As双层结构的N型分布式布拉格反射镜，反射率为99％
‑
99.5％。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述第二反射镜的对数为5至20对。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述衬底层的材料包括GaAs、InP、GaN或Si。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片应用于窄线宽相干激光器的制备。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0020]本专利技术通过在激光发射单元的氧化限制层位置设计水滴型通光孔，且两个激光发射单元的水滴型通光孔对称排布，水滴尖端间距小于激射波长，激光在第一反射镜和第二反射镜之间振荡传播，第一激光发射单元激光通过倏逝波将激光泄露至第二激光发射单元，第二激光发射单元激光同样通过倏逝波将激光泄露至第一激光发射单元，两个激光发射单元发射的倏逝波在水滴尖端附近产生耦合，发出相干光，使得出射光之间的相干性更好。
附图说明
[0021]图1为本专利技术一种窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片的正视图；
[0022]图2为本专利技术一种窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片的部分三维立体图；
[0023]图3为本专利技术一种窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片的剖视图；
[0024]图4为本专利技术一种窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片的氧化限制层的示意图；
[0025]图5
‑
1至5
‑
10为本专利技术一种窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片的制备流程示意图；
[0026]图6为本专利技术一种窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片的原理示意图；
[0027]图7为本专利技术一种窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片的器件实物图；
[0028]图8为本专利技术一种窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片的器件线宽测试图；
[0029]图9为本专利技术一种窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片的仿真近场相干图。
[0030]图中：
[0031]101、衬底层；102、第一反射镜；103、第二反射镜；104、有源层；105、氧化限制层；106、第一钝化层；107、第二钝化层；108、P电极；109、N电极；110、增透膜；111、第一激光发射单元；112、第二激光发射单元。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片，其特征在于，包括：相对称的第一激光发射单元和第二激光发射单元；所述第一激光发射单元和第二激光发射单元均包括自上至下依次设置的第一反射镜、氧化限制层、有源层、第二反射镜和衬底层，激光在所述第一反射镜和第二反射镜之间振荡传播；所述第一激光发射单元和第二激光发射单元的氧化限制层的中间设有水滴型通光孔，所述第一激光发射单元和第二激光发射单元的端面设有水滴型出光孔；两个水滴型通光孔和两个水滴型出光孔均对称排布且孔间距小于激射波长，使所述第一发射单元与所述第二发射单元出射激光以倏逝波形式产生耦合，发出相干光。2.如权利要求1所述的窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片，其特征在于，所述第一激光发射单元和第二激光发射单元的出光端面设有P电极、背面设有N电极；在所述第一激光发射单元或第二激光发射单元上与所述P电极不接触的位置设有第一钝化层，在所述第一激光发射单元或第二激光发射单元上与所述第一反射镜不接触的位置设有第二钝化层。3.如权利要求1所述的窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片，其特征在于，所述第一激光发射单元和第二激光发射单元均在所述第一反射镜上增加增透膜。4.如权利要求1所述的窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片，其特征在于，两个水滴型通光孔和两个水滴型出光孔均为尖端相对，且两水滴尖端距离小于激射波长。5.如权利要求1～4中任一项所述的窄线宽的相干光VCSEL阵列芯片，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冲，刘云飞，李官政，于书伟，高昕元，刘芮汐，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：