[实用新型]一种带有多层光栅层的半导体激光芯片结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种半导体激光芯片结构，属于光学与激光光电子技术领域。 

背景技术

半导体激光器具有光电转换效率高、结构紧凑、体积小、重量轻、寿命长及波长覆盖范围广、可调谐等优点，但是，半导体激光器存在光谱较宽、中心波长随环境温度漂移等缺点。 

通常大功率半导体激光器光谱宽度(FWHM)在2～5nm，温漂系数在0.3nm/K。这限制了大功率半导体激光器的一些重要应用，如泵浦YAG固体激光器需要大功率半导体激光器泵浦源输出光谱与激光晶体吸收光谱良好匹配，提高输出功率和光电转换效率；激光助视照明要求激光光源具有稳定的工作波长和较小的谱宽以高效滤除背景光、提高系统的信号信噪比。而且，光谱范围宽会造成半导体激光器不能直接用在需要精密光谱特性的基础研究领域。 

为了改善半导体激光器的光谱特性,有些公司和研究小组开发了垂直腔面发射半导体激光器，但是输出功率不够高。在很多情况下，研究人员通过在激光器外再增加一些光反馈元件，使得激光器的后反射面和光反馈元件之间形成一个外腔，由于外腔对激光器模式的选择作用，可以大幅度压窄半导体激光器的光谱线宽，同时通过外腔光学元件的调谐作用，使得激光波长可以精确调谐，成为精密光谱研究中一个重要的工具。但是采用外腔半导体激 光器需要外加光学元件，结构复杂需要维护。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于改善现有大功率半导体激光器的上述缺陷，提出一种带有波长选择层的半导体激光芯片结构。与现有的激光芯片结构相比，本实用新型的带有波长选择层的半导体激光芯片结构可以对发射激光波长进行选择损耗，压缩激光器输出光谱宽度。通过波长选择层的光谱选择，实现中心波长低损耗，而抑制其它波长的在谐振腔的振荡，这样可以充分的利用载流子复合的能量，获得高功率的窄光谱输出。 

本实用新型提出一种结构更加完善的带有波长选择层的半导体激光芯片结构，为实现上述实用新型目的，本实用新型采取如下技术方案： 

一种带有多层光栅层的半导体激光芯片结构，包括有在衬底1材料上，采用金属有机化学气相沉积法进行外延层生长，依次生长的N型掺杂的限制层2，N型掺杂的波长选择层3，N型掺杂的波导层4，量子阱5，P型掺杂的波导层6，P型掺杂的波长选择层7，P型掺杂的限制层8。 

所述的作为波长选择层的N型掺杂的波长选择层3，P型掺杂的波长选择层7是由多对交替生长的两种不同折射率和光学厚度为输出激光波长的1/4的材料组成 

本实用新型可以取得如下有益效果： 

这种带有波长选择层的半导体激光芯片结构有如下优点：它是通过波长选择层对激光器激射波长进行选择，波长选择层3，7中交替生长的两种不同材料的折射率和厚度，需要满足光学厚度为输出激光波长的1/4。通过有选择的反射和损耗不同波长，实现激光发射中心波长的选择，边缘光谱损耗 高，中心波长处损耗低，容易获得更高的增益形成激光振荡，完成光谱宽度的压缩，能够解决背景技术中所述的激光光谱宽的问题，并最终获得高功率输出。 

附图说明

图1是本实用新型中一种带有波长选择层的半导体激光芯片结构； 

图1中：1、衬底，2、N型掺杂的限制层，3、N型掺杂的波长选择层，4、N型掺杂的波导层，5、量子阱，6、P型掺杂的波导层，7、P型掺杂的波长选择层，8、P型掺杂的限制层。 

具体实施方式

现结合附图，以GaAs基808nm半导体激光器为例，但不限于GaAs基半导体激光器对本实用新型的具体实施方式进一步说明: 

实施例： 

为了进一步说明本实用新型的结构和特征，以下结合实施例及附图对本实用新型进一步的说明。如图1所示，一种带有波长选择层的半导体激光芯片结构。 

本实施例中的一种带有多层光栅层的半导体激光芯片结构包括：在GaAs衬底1材料上，采用金属有机化学气相沉积法进行外延层生长，依次完成N型掺杂的限制层2的生长，N型掺杂的限制层2材料为N-AlGaAs，完成20对Al0.9Ga0.1As和GaAs交替生长组成的N型掺杂的波长选择层3的生长，完成N型掺杂的波导层4的生长，N型掺杂的波导层4的材料为N-GaAs，完成量子阱5的生长，量子阱5的材料是InGaAs，完成P型掺杂的波导层6的生长，P型掺杂的波导层6的材料为N-GaAs，完成20对Al0.9Ga0.1As 和GaAs交替生长组成的P型掺杂波长选择层7的生长，完成P型掺杂的限制层8的生长，P型掺杂的限制层8的材料是AlGaAs。 

该波长选择层还可以根据波长需要调节各元素之间的组份，实现不同波长的选择损耗，可以增加和减少Al_0.9Ga_0.1As和GaAs的层数调节损耗效率，完成半导体激光窄脉宽输出。