[发明专利]一种光斑稳定的大功率半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光斑稳定的大功率半导体激光器，属于半导体激光器的技术领域。

背景技术

大功率半导体激光器具有体积小、集成度高、电光转换效率高、成本低等优点，被广泛 应用于材料加工、激光打印及显示、泵浦固体及光纤激光器等领域。这些应用需要激光器的 光功率分布均匀并且稳定，即半导体激光器的近场及远场光斑均匀，并且光斑大小不随电流 或温度的波动而发生变化。

大功率半导体激光器为保证高功率输出及其可靠性，一般使用宽条结构来降低腔面的光 功率密度及注入电流密度。不同于窄条形的基横模输出的半导体激光器，宽条结构的大功率 半导体激光器一般为多横模输出，并且发光区越宽，所含模式越多。当激光器工作条件波动 时，这些模式会相互竞争，使得发光区的近场及远场光斑不稳定，表现为光斑不均匀或者光 斑侧向展宽，影响激光器的应用。其中热透镜效应是影响宽条形半导体激光器模式不稳定的 主要因素之一。由于发光区较宽，散热不均匀，导致器件横向存在折射率梯度，随着温度变 化，激光器的输出模式也会发生变化。

文献IEEEPhotonicTech.L.,2013,Vol.25,pp958设计了一种可以形成反型热透镜 的宽条半导体激光器，将靠近发光区中心的P接触层通过基座与热沉连接，而发光区两侧位 置与热沉不接触，形成空气隔离层。这样发光区产生的热量主要通过P接触层及基座垂直流 向热沉，通过两侧的散发的热量较少，从而改变了发光区横向的折射率变化梯度。通过计算 机模拟结果可知，在一定工作电流范围内，其输出模式很稳定，并且对器件的输出功率几乎 没有影响。但是目前此种方法只是理论设计，由于工艺的复杂性，还不能应用于批量生产。

中国专利文献CN104701733A公开了一种宽条形半导体激光器腔模选择方法。采用体光栅 外腔方法，通过光栅平面法线倾斜的高反射体光栅的窄角度光束反馈，对快轴准直的宽条形 大功率半导体激光器芯片的内腔横模进行选择，使呈现双峰远场分布的环行模式受到有效的 外腔反馈，由于其中一个远场峰受到体光栅的高反射输出限制，实现了单峰远场激射，从而 改善宽条形大功率半导体激光器的光束质量。此方法使用外腔选模方法，增加了部件，且会 影响光路，在光电集成应用方面会受到影响。

发明内容

针对现有大功率半导体激光器光束存在的不足，本发明提供一种近场光斑稳定、增益特 性高的大功率半导体激光器。

本发明的光斑稳定的大功率半导体激光器,采用以下技术方案：

该半导体激光器，自下至上依次包括衬底、下包层、有源区、上包层和接触层；上包层 与接触层上设置有脊型结构，脊型结构的两侧形成沟槽，沟槽深度小于上包层与接触层的总 厚度；接触层上表面除了脊型以外的部分以及沟槽的表面上包覆有介质膜，介质膜及脊型结 构上包覆第一金属电极层，衬底的底面设置有第二金属电极层；第一金属电极层通过焊料烧 结在热沉上，焊料与沟槽的底部设置有空气隔离层。

所述接触层为重掺杂Zn的GaAs，掺杂浓度为1×10¹⁹～1×10²⁰cm^-3。

所述上包层与接触层的总厚度为2～3μm。

所述脊型结构的宽度为50～150μm。

所述沟槽的宽度为10～30μm。

所述脊型结构的高度为2～3μm。

本发明具有以下特点：

1.上包层较厚，制成脊型，使沟槽底部与有源区分离，界面缺陷不会吸收有源区发出的 光，提高了激光器的增益特性。

2.控制沟槽深度及焊料厚度，使焊料不与槽底浸润，形成空气隔离层。激光器工作时， 有源区产生的热量侧向散发路径被空气隔离层阻断，热量主要通过脊型接触层垂直散发，因 而脊型中间部分及靠近沟槽部分的有源区的折射率梯度不会随产热增加而继续变大，近场光 斑也更加稳定。

附图说明

图1为本发明大功率半导体激光器的结构示意图。

图2为本发明大功率半导体激光器与热沉烧结示意图。

图中，1、衬底，2、下包层，3、有源区，4、上包层，5、接触层，6、脊型结构，7、沟 槽，8、介质膜，9、第一金属电极层，10、第二金属电极层，11、热沉，12、焊料，13、空 气隔离层。

具体实施方式