[发明专利]一种面发射半导体激光芯片及其制备方法有效

专利信息
申请号: 202010125333.2 申请日: 2020-02-27
公开(公告)号: CN111262131B 公开(公告)日: 2021-06-29
发明(设计)人: 王智勇;王聪聪;李冲;兰天 申请(专利权)人: 北京工业大学
主分类号: H01S5/183 分类号: H01S5/183;H01S5/187;H01S5/042;H01S5/42;H01S5/024
代理公司: 北京汇信合知识产权代理有限公司 11335 代理人: 王维新
地址: 100124 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 发射 半导体 激光 芯片 及其 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种面发射半导体激光芯片及其制备方法,该半导体激光芯片是从衬底层底发射激光的面发射两维阵列光源芯片,两个相邻光源中心间距相等;芯片由下往上依次设有衬底层、前镜、有源层、氧化光学限制层、后镜、欧姆接触层;衬底层厚度与面发射阵列光源间距和激光波长满足Talbot关系式;欧姆接触层顶部制作第一电极;第一电极与欧姆接触层不接触的位置制作钝化层;衬底层出光侧相对应氧化光学限制层的氧化孔径位置制作凹槽结构,并在衬底层凹槽位置制作第二电极,第二电极与欧姆接触层顶部第一电极电性相反;衬底层出光面非电极位置镀半反半透膜并在此位置处出射激光。

技术领域

本发明涉及半导体激光芯片技术领域,具体涉及一种面发射半导体激光芯片及其制备方法。

背景技术

与边发射半导体激光相比,垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)以其体积小、耦合效率高、阈值电流低、调制速率高、易二维集成、单纵模工作、可在片测试和制造成本低等优点成为最重要的半导体光电子器件之一。尤其是高功率VCSEL阵列在激光打印、激光医疗、激光打孔、焊接加工等领域有着广泛应用。随着工业、军事、医疗和空间通信等领域的发展,对高功率VCSEL阵列提出高光束质量的需求。具有近衍射极限的单模高斯远场分布激光器光束具有激光功率密度高的优势,满足激光雷达、激光瞄准、激光测距、激光打靶、激光制导、激光夜视、激光引信和激光对抗等军事领域的要求。

目前,广泛应用的高功率垂直腔面发射激光阵列由于出射的激光不是相干光束,横模普遍为高阶模,并且存在亮度低、光强分布分散、光束发散角大、光束质量差等问题,从而限制了高功率垂直腔面发射激光阵列的发展及应用。

为了改变这种光束质量差的缺点,针对高功率垂直腔面发射激光两维阵列,采用封装Talbot外腔镜相干耦合的方式来改善光束质量。虽然后期封装外腔镜相干耦合的方式能够很好的改善光束质量问题,但是封装调节困难和易受外界影响变形,容易造成Talbot距离的偏离,使得相干度降低。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处,本发明提供一种面发射半导体激光芯片及其制备方法,该发明不仅能够利用外腔结构实现光源相干,提高器件的光束质量,而且不存在封装困难和受外界影响变形的问题,工艺过程简单,制作容易。

本发明公开了一种面发射半导体激光芯片,所述半导体激光芯片是从衬底层底发射激光的面发射两维阵列光源芯片,两个相邻光源中心间距相等;

所述半导体激光芯片由下往上依次设有衬底层、前镜、有源层、氧化光学限制层、后镜和欧姆接触层;背光侧的所述欧姆接触层上制作第一电极,所述第一电极与所述欧姆接触层不接触的位置制作钝化层;所述衬底层出光侧相对应氧化光学限制层的氧化孔径位置制作凹槽,并在所述衬底层的凹槽位置制作第二电极,所述第二电极与所述第一电极的电性相反;

所述衬底层厚度与面发射阵列光源间距和激光波长满足Talbot关系式;其中,

所述衬底层厚度d与面发射四方形阵列相邻光源的间距和激光波长相关,满足Talbot关系式为:

所述衬底层厚度d与面发射六角形阵列相邻光源的间距和激光波长相关,满足Talbot关系式为:

式中,L为Talbot长度,λ为光源波长,D为面发射两个相邻光源中心间距,n为衬底材料的折射率。

作为本发明的进一步改进,所述衬底层的凹槽结构外的位置镀半反半透膜,并在此位置处出射激光,实现高光束质量激光输出。

作为本发明的进一步改进,所述衬底层为半绝缘掺杂的GaAs半导体衬底层。

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