[发明专利]高功率高亮度激光器

说明书

本发明涉及一种半导体二极管激光器的芯片结构，特别涉及一种能够增大输出功率，能在基侧、横模单峰远场工作，并减小远场发散角的半导体脊形波导二极管激光器的芯片结构。

在许多实际应用中，都要求半导体激光器具有更高的输出功率，并减小远场发散角，最好使得垂直结平面方向与平行结平面方向的发散角相等。这样的半导体激光器，可以满足掺铒光纤放大器中的泵浦源、激光手术刀、红外照明、泵浦固体激光器以及产生倍频的蓝或绿光等诸多需要。

现有半导体激光器一直在提高输出功率、单模工作和减小横向远场发散角等方面不断取得进展。1993年3月23日公开的美国专利US5197077提出了一种单模、减小远场发散角、提高输出光功率的脊形波导二极管激光器。包含由分别夹着量子阱的三对梯度折射率层组成的多层外延结构，靠近PN结的中心量子阱沿腔长方向传播光信号，两边的量子阱则提供扩展的光场，减小远场发散角，以此结构获得的横向和侧向远场发散角分别为21°和3.5°。然而，由于该结构的器件横向近场分布在中心量子阱处特别强，光功率密度最高，在高功率工作时，此处光功率密度首先达到致命光学损坏(COD)值，它限制着输出功率的提高。

本发明的目的是为克服上述现有技术的缺陷，避免在激光器谐振腔波导中形成局部的高功率密度区，以实现高功率的输出。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种半导体P-I-N二极管激光器的芯片结构，它包括由在折射率分布各不相同的一有源子波导和一无源子波导之间夹接一层耦合层组成一组合波导，用作激光器的谐振腔波导，其中有源子波导是由三层或更多层的量子垒层与二层或多层量子阱有源层交替相间叠接形成，用以进行光信号的放大与振荡并使其沿着组合波导的轴向传播，有源子波导为不掺杂的本征区，耦合层的折射率为光信号传播模折射率，无源子波导为折射率大于光信号传播模折射率的导引层，在与耦合层相对的无源子波导的一侧邻接折射率低于耦合层的下层限制层，用以使光信号的传播在组合波导轴的横向受到适当的约束，以减小远场发散角，下层限制层叠接在一块半导体基片上，下层限制层、无源子波导以及耦合层均为与半导体基片相同型号的掺杂区，在与耦合层相对的有源子波导的一侧邻接折射率低于耦合层的上层限制层，同样用以使光信号的传播在组合波导轴的横向受到约束，在上层限制层上形成一个约束侧向电流和光信号传播并具有台面和沟槽的常规脊形结构，上层限制层与脊形结构均为与半导体基片相反型号的掺杂区。

本发明半导体二极管激光器的芯片结构增大了谐振腔的截面，扩充了谐振腔的有效体积，使横向场中心有一个均匀的光子密度区，从而能够实现本发明的目的，提高光的输出功率，并有基横模和远场单峰结构，使光功率集中在单峰中央，提高了激光亮度。

下面结合附图对本发明的最佳实施例进行详细描述。

图1为本发明第一实施例半导体激光器芯片的剖面结构示意图。

图2为本发明第一实施例半导体激光器芯片的组合波导材料组成分布图。

图3为本发明第一实施例半导体激光器芯片的组合波导的折射率和光强分布图。

图4为本发明第二实施例半导体激光器芯片的组合波导的折射率和光强分布图。

图5为本发明第一实施例半导体二极管激光器的光强随远场发散角的变化图。