[发明专利]低发散角全布拉格反射波导半导体激光器阵列

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器领域，特别涉及低发散角全布拉格反射波导半导体激光器阵列。

背景技术

高亮度半导体激光器具有大功率、高光束质量等优势，在通信、医疗、材料加工、泵浦固体激光器和光纤激光器等领域有着重要的应用。目前在大功率半导体激光器的研制方面已经取得很大的进展，单管器件输出功率可达百瓦量级。实现高亮度的瓶颈主要是光束质量差的问题，传统的边发射半导体激光器发散角大，纵向(快轴)为45°，横向(慢轴)为10°。虽然可以通过光束整形的方法在一定程度上压缩半导体激光器的发散角，但是工艺复杂、成本高。

为了从器件结构本身入手改善光束质量，可以在半导体激光器外延结构中引入纵向布拉格反射波导，采用光子禁带原理进行导波，是一种大光腔结构，使激光器的纵向发散角下降到10°以下。对于激光器的横向阵列结构，高、低脊形周期排列可以形成有效折射率的高、低变化，因此可以等效为横向的布拉格反射波导结构，使激光器的横向发散角下降到5°以下。这种纵、横两个方向上对折射率进行调制的全布拉格反射波导阵列，可以大大提高光束质量，并改善腔面灾变损伤、烧孔效应、灯丝效应等，实现高亮度激光输出。

发明内容

本发明的目的在于提供能够降低纵向和横向发散角的半导体激光器阵列结构，以改善激光器的光束质量，获得高亮度激光输出。

为实现上述目的，本发明设计了低发散角全布拉格反射波导半导体激光器阵列，该阵列纵向结构从下至上依次为：N型衬底、N型限制层、N型布拉格反射波导、有源区、P型布拉格反射波导、P型限制层和P型盖层，所述纵向结构中N型布拉格反射波导和P型布拉格反射波导分别至少由一对高、低折射率材料周期生长组成，该阵列横向结构包括电流注入区和电流注入区两侧的横向布拉格反射波导，所述两侧的横向布拉格反射波导分别至少由一对高、低脊形结构周期排列组成，所述低脊形部分紧挨电流注入区。

本发明的有益效果是：本发明提供的这种全布拉格反射波导半导体激光器阵列结构，由于电流注入区两侧为高、低脊形交替排列的周期性结构，可以等效为横向的布拉格反射波导，起到折射率调制作用，可以压缩阵列横向发散角；纵向波导结构为高、低折射率材料周期性排列的N型和P型布拉格反射波导，可以在纵向上进行折射率调制，从而实现纵向发散角的压缩；综上本发明的全布拉格反射波导半导体激光器阵列结构能够降低纵向和横向发散角，改善激光器的光束质量，获得高亮度激光输出。本发明提供的这种全布拉格反射波导半导体激光器阵列的制备方法，与半导体工艺兼容，制备工艺成熟，重复性好，易于产业化。

附图说明

图1为本发明低发散角全布拉格反射波导半导体激光器阵列的纵向结构示意图；

图2为本发明低发散角全布拉格反射波导半导体激光器阵列的横向结构示意图；

图3为本发明单电流注入区低发散角全布拉格反射波导半导体激光器阵列的制备工艺流程图；

图4(a)、(b)分别为本发明单电流注入区低发散角全布拉格反射波导半导体激光器阵列二维基横模近场分布和二维远场分布示意图；

图5(a)、(b)、(c)分别为本发明多电流注入区低发散角全布拉格反射波导半导体激光器结构示意图、二维基横模近场分布和二维远场分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细的说明。

如图1所示，本发明低发散角全布拉格反射波导半导体激光器阵列的纵向结构从下至上依次为：N型衬底101、N型限制层102、N型布拉格反射波导103、有源区104、P型布拉格反射波导105、P型限制层106、P型盖层107。其中，N型布拉格反射波导103由n(n≥1)对高、低折射率材料周期性排列组成，每个周期包括N型高折射率层108和N型低折射率层109；P型布拉格反射波导105由m(m≥1)对高、低折射率材料周期性排列组成，每个周期包括N型高折射率层110和N型低折射率层111。

如图2所示，本发明低发散角全布拉格反射波导半导体激光器阵列的横向结构包括电流注入区域201和高、低脊型周期性排列形成的横向布拉格反射波导。其中i(i≥1)对高脊型202和低脊型203周期性排列组成的布拉格反射波导，j(j≥1)对高脊型204和低脊型205周期性排列组成的布拉格反射波导，分别位于电流注入区201的两侧。在全布拉格反射波导结构的作用下，该激光器阵列的光场被限制在210区域内。