一种振荡放大式相干阵边发射半导体激光器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种振荡放大式相干阵边发射半导体激光器及制备方法，包括：包括：半绝缘衬底和形成于半绝缘衬底上表面的外延层；外延层的上表面依次设置有一维单模脊波导阵列区

【技术实现步骤摘要】
一种振荡放大式相干阵边发射半导体激光器及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体激光器
，具体涉及一种振荡放大式相干阵边发射半导体激光器及制备方法
。

技术介绍

[0002]随着信息化时代的来临，半导体激光器在光纤通信
、
光电子集成电路中有广泛应用
。
但是传统的单管窄脊半导体激光器输出功率受腔面损伤阈值的限制很难有大功率输出，而宽脊半导体激光器虽然输出功率有些许提高但仍不理想，并且会导致器件无法单模输出，限制其应用广泛性
。
[0003]阵列半导体激光器是获取高功率光源的一种有效手段，但传统阵列半导体激光器各个发光单元发出的光之间是互不相干的，因此其具有多个无明确相位关系的弥散光斑，器件光束质量差，仍大大限制了其应用范围
。
[0004]为提升阵列半导体激光器光束质量实现阵列半导体激光器相干，现阶段，其耦合方式多为倏逝波耦合及漏波耦合两种方式，但两者均属于弱耦合方式且倾向于反相模式运行，导致器件无法大规模阵列，输出功率提升受限，光束发散角仍大，依然具有多倍近衍射极限的发散角，光束质量仍不理想
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种振荡放大式相干阵边发射半导体激光器及制备方法，该激光器可以实现器件高功率
、
高光束质量输出下同相模激射，且远场表现为超窄侧向发散角单峰模式，器件在工作过程中具有较高的鲁棒性及稳定性
。
[0006]本专利技术公开了一种振荡放大式相干阵边发射半导体激光器，包括：半绝缘衬底和形成于所述半绝缘衬底上表面的外延层；
[0007]所述外延层的上表面依次设置有一维单模脊波导阵列区
、
振荡放大区和相位光栅区，所述一维单模脊波导阵列区与振荡放大区之间设有电学隔离沟道；其中，所述振荡放大区的长度满足
Talbot
效应；
[0008]所述一维单模脊波导阵列区的另一侧设置高反膜，所述相位光栅区的另一侧设置增透膜；
[0009]所述一维单模脊波导阵列区和振荡放大区的上表面设置
P
面电极，所述半绝缘衬底的下表面设置
N
面电极
。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述外延层包括自下而上依次设置的
N
型限制层
、N
型波导层
、
有源区
、P
型波导层
、P
型限制层以及金属接触层；其中，所述
N
型波导层的厚度大于所述
P
型波导层的厚度
。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述振荡放大区的长度为整数倍或分数倍的
Talbot
距离；其中，所述
Talbot
距离
Z
T
的计算公式为：
[0012]Z
T
＝
2nd2/
λ
[0013]式中，
n
为所述
N
型波导层
、
有源区和
P
型波导层的等效折射率
、d
为所述一维单模脊波导阵列区的脊波导阵列周期
、
λ
为所述有源区产生的自由空间光的波长
。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述一维单模脊波导阵列区包括由多个相同且截面为矩形的脊波导单元所构成的脊波导阵列，所述脊波导单元的长度为
1000
μ
m
～
2000
μ
m、
宽度为3μ
m
～5μ
m、
高度为
0.8
μ
m
～1μ
m
，所述脊波导阵列的阵列周期为5μ
m
～
10
μ
m
，所述脊波导阵列包含
10
～
1000
个脊波导单元
。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，相邻所述脊波导单元之间设置电绝缘层，所述电绝缘层的材料包括
SiO2和
Si3N4中的一种，所述电绝缘层的厚度为
100nm
～
300nm。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述电学隔离沟道的长度为
10
μ
m
～
50
μ
m、
宽度为
0.1mm
～
10mm、
深度为
100nm
～
300nm
；所述振荡放大区的截面为矩形形状，所述振荡放大区的长度为
0.1mm
～
1mm、
宽度为
0.1mm
～
10mm。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述相位光栅区是在周期性的相位光栅凹槽内填充光学介质材料形成，所述相位光栅凹槽的长度为
0.2
μ
m
～1μ
m、
宽度为3μ
m
～5μ
m、
填充深度为
0.8
μ
m
～2μ
m、
周期为5μ
m
～
10
μ
m。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，
[0019]所述半绝缘衬底的材料包括硅
、
砷化镓
、
磷化铟
、
氮化镓和碳化硅中的一种；
[0020]所述
P
面电极包括钛
、
金和铂中的一种或多种；
[0021]所述
N
面电极包括金
、
锗和镍中的一种或多种
。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，
[0023]所述高反膜为交替生长的
SiO2层与
Ta2O5层或
SiO2层与
Al2O3层，每层厚度为
100nm
～
200nm
，反射率为
96
％～
100
％；
[0024]所述增透膜为交替生长的
SiO2层与
Ta2O5层或
SiO2层与
Al2O3层，每层厚度为
100nm
～
200nm
，反射率为1％～3％
。
[0025]本专利技术还公开了一种振荡放大式相干阵边发射半导体激光器的制备方法，包括：
[0026]选取半绝缘衬底；
[0027]在半绝缘衬底上表面沉积外延层；
[0028]在外延层上表面刻蚀脊波导单元，得到一维单模脊波导阵列区；
[0029]在外延层上表面刻蚀电学隔离沟道，且电学隔离沟道位于一维单模脊波导阵列区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种振荡放大式相干阵边发射半导体激光器，其特征在于，包括：半绝缘衬底和形成于所述半绝缘衬底上表面的外延层；所述外延层的上表面依次设置有一维单模脊波导阵列区
、
振荡放大区和相位光栅区，所述一维单模脊波导阵列区与振荡放大区之间设有电学隔离沟道；其中，所述振荡放大区的长度满足
Talbot
效应；所述一维单模脊波导阵列区的另一侧设置高反膜，所述相位光栅区的另一侧设置增透膜；所述一维单模脊波导阵列区和振荡放大区的上表面设置
P
面电极，所述半绝缘衬底的下表面设置
N
面电极
。2.
如权利要求1所述的振荡放大式相干阵边发射半导体激光器，其特征在于，所述外延层包括自下而上依次设置的
N
型限制层
、N
型波导层
、
有源区
、P
型波导层
、P
型限制层以及金属接触层；其中，所述
N
型波导层的厚度大于所述
P
型波导层的厚度
。3.
如权利要求2所述的振荡放大式相干阵边发射半导体激光器，其特征在于，所述振荡放大区的长度为整数倍或分数倍的
Talbot
距离；其中，所述
Talbot
距离
Z
T
的计算公式为：
Z
T
＝
2nd2/
λ
式中，
n
为所述
N
型波导层
、
有源区和
P
型波导层的等效折射率
、d
为所述一维单模脊波导阵列区的脊波导阵列周期
、
λ
为所述有源区产生的自由空间光的波长
。4.
如权利要求1所述的振荡放大式相干阵边发射半导体激光器，其特征在于，所述一维单模脊波导阵列区包括由多个相同且截面为矩形的脊波导单元所构成的脊波导阵列，所述脊波导单元的长度为
1000
μ
m
～
2000
μ
m、
宽度为3μ
m
～5μ
m、
高度为
0.8
μ
m
～1μ
m
，所述脊波导阵列的阵列周期为5μ
m
～
10
μ
m
，所述脊波导阵列包含
10
～
1000
个脊波导单元
。5.
如权利要求4所述的振荡放大式相干阵边发射半导体激光器，其特征在于，相邻所述脊波导单元之间设置电绝缘层，所述电绝缘层的材料包括
SiO2和
Si3N4中的一种，所述电绝缘层的厚度为
100nm
～
300nm。6.
如权利要求1所述的振荡放大式相干阵边发射半导体激光器，其特征在于，所述电学隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智勇，齐军，兰天，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：