[发明专利]微透镜集成垂直腔面发射激光器的相干控制阵列结构

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电子学技术领域，具体涉及微透镜集成垂直腔面发射激光器的相干控制阵列结构。

背景技术

垂直腔面发射激光器（VCSEL）及列阵是一种垂直表面出光的半导体激光器，是光子学器件在集成化上的一个突破。微腔效应使其自发辐射因子较边发射激光器高几个量级，许多物理特性大为改善，如输出光是圆光斑无像散，光束整形系统简单；大面积、高密度集成的列阵通过微透镜阵列进行简单的整形。激光腔面损伤阈值高，激光功率密度高。散热结构简单紧凑、易于二维集成实现大功率输出。工作温度高达80℃，可靠性高。光谱线宽窄（<1nm），与激光晶体的吸收带匹配更好，泵浦效率高。垂直腔面发射激光阵列成像可自成系统，实现四维（距离和三维图像）的高速、精确测量，是下一代小型化成像系统的理想光源。

高光束质量大功率垂直腔面发射激光器是光纤激光器、固态激光器的重要泵源，是激光加工、激光医疗、激光显示、激光监控、激光测距、激光制导、激光雷达、激光引信领域的核心光源和支撑技术。大功率面发射激光器特别适合机载和弹载中对体积要求严格的应用，并在搜索、营救、车辆识别、反恐、监狱和港口的夜间监控、银行和仓库的监控等领域有重要的实用价值和广泛的应用前景。

现有多种方案实现VCSEL的相干控制，如光子晶体结构、倏逝波耦合，泄漏波耦合、反波导结构、注入锁相、外腔锁相、掩埋隧道结锁相和金属栅格反射调制技术等。

现有面发射激光器采用了金属栅格反射调制技术后，实现出射光的发散角过大，通常有15°以上的发散角，因此阵列中器件的相干度会非常低。

发明内容

为了提高现有激光器光束的相干度，本发明提供一种微透镜集成垂直腔面发射激光器的相干控制阵列结构。

微透镜集成垂直腔面发射激光器的相干控制阵列结构，包括多个微透镜集成垂直腔面发射激光器，所述每个微透镜集成垂直腔面发射激光器由上至下为n面电极、衬底、缓冲层、n型DBR层、有源区、氧化限制层、p型DBR层、欧姆接触层和金属栅格电极；所述衬底上表面中间区腐蚀成微透镜，衬底上表面两端生长n面电极；在所述有源区向下至金属栅格电极两侧生长钝化层（8）。

本发明有益效果：本发明通过金属栅格电极具有不同折射率的金属，既可以进行反射调制，还可以当电极；金属栅格电极反射调制可有效地消除自发filamentation效应，并可以制成锁相和空间高度相干的二维VCSEL阵列；并在衬底出光窗口上化学法腐蚀处微透镜阵列以提高相干度进而光束提高质量。

本发明是一种列阵单元之间相干耦合输出的高功率垂直腔面发射激光器列阵，具有良好的空间和时间相干性，在激光探测、激光雷达成像、激光加工、激光操控、激光武器等广泛应用领域具有潜在的价值。

附图说明

图1本发明微透镜集成垂直腔面发射激光器的相干控制阵列结构单管的结构原理图。

图2本发明微透镜集成垂直腔面发射激光器的相干控制阵列结构原理图。

图3本发明微透镜集成垂直腔面发射激光器的相干控制阵列结构的8×8列阵器件实物图。

具体实施方式

以下结合附图给出的实施例对本发明结构作进一步详细说明。

如图1、图2所示，本发明微透镜集成垂直腔面发射激光器的相干控制阵列结构，包括多个微透镜集成垂直腔面发射激光器，每个微透镜集成垂直腔面发射激光器由上至下为n面电极1、衬底2、缓冲层3、n型DBR层4、钝化层5、有源区（有源区由上至下包括上空间层6-1、增益介质层7和下空间层6-2）、p型DBR层9、欧姆接触层10和金属栅格电极11；衬底2上面腐蚀成微透镜12；在有源区向下至金属栅格电极11两侧设置钝化层8。

结合图1说明微透镜集成垂直腔面发射激光器的相干控制阵列结构中每个单管结构的生长过程：