[发明专利]一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器

说明书

技术领域

本发明是一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器结构和工艺制备方法，属于半导体光电子器件技术领域。

背景技术

Q值大小、亮度、工作稳定性严重制约了环形半导体激光器的使用和发展。为了提高Q值、亮度、工作稳定性，单环形半导体激光器结构已经被做了大量研究。单环形结构的激光器易受前后腔面反射的影响，不但会导致Q值、亮度、工作稳定性下降，而且会使单环形结构器件的输出特性恶化。本发明的多环形耦合结构集成器件中的各个脊形环之间耦合连接，彼此间进行能量传递，通过环形相关参数的调整，集成器件的各种光输出特性均有大幅提升，改善了器件的光束质量、增加了器件输出亮度、提高了器件输出Q值及工作稳定性。本发明提出的一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器结构、工艺简单，适合各种波长的环形集成激光器的制备。另外，由于外界电流和光场的波动使得环形器件间相互制约，器件多环耦合双向一端输出的特点避免了因电流和光场波动而导致的输出特性的突变，使集成器件具有了良好的抗干扰能力。

本发明针对上述多环耦合、双向一端输出结构的高Q值、高亮度、高工作稳定性半导体激光器的结构特点，提出使用多个脊形环相互耦合、双向一端输出结构，该结构器件降低了工艺的复杂性、改善了器件的输出特性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有环形激光器出光效率低、输出特性不稳定、输出特性差、制备工艺难度大等问题，本发明提供一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器结构和工艺方法，该结构可提高激光器的Q值、光输出特性，改善了器件的稳定性，该方法具有工艺简单、效果好、成本低等优点。

本发明一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器，其结构特征包含如下：(1)在任意波长、任意外延结构p面进行结构、工艺的设计与制备；(2)多个脊形环相互耦合连接；(3)相互耦合的多个环内的能量通过两个四分之一脊形环结构耦合在一起，并与直条区连接，在器件腔面一端输出；(4)输出端腔面镀制一定反射率大小的腔面保护膜；(5)非输出端不镀膜或镀增透膜；器件的其它工艺与常规器件相同。

其中结构(1)中所说的任意波长、任意外延结构p面，是指各种波长激光器的外延片、各种边发射激光器外延片结构的p面。

其中结构(2)中所说的多个脊形环相互耦合连接，是指脊形环个数大于等于3，并且相互间通过共有波导连接。

其中结构(3)中所说的通过两个四分之一脊形环结构耦合在一起，是指由两个相同参数的环形结构将多个脊形环内产生的双向光能量耦合进同一直条区，在器件同一端腔面输出。

其中步骤(4)中所说的一定反射率大小，是指反射率为0.1-25％。

其中步骤(5)中所说的非输出端不镀膜或镀增透膜，是指相对于器件的输出端腔面，器件的非输出端腔面对器件的影响可以忽略，因此可以不镀膜，也可以镀反射率小于15％的增透膜。

附图说明

为了进一步说明本发明的技术特征，以下结合附图和具体实施来进一步说明，其中：图1是一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器的结构示意图。图中，1是脊形环1；2是脊形环2；3是脊形环3；4是脊形环1内径区；5是脊形环2内径区；6是脊形环3内径区；7是耦合输出脊形环内径；8是脊形环耦合处两环间宽度；9是直条区宽度；10是直条区长度；11是器件衬底；12是下限制层；13是下波导层；14是有源区；15是上波导层；16是上限制层。

具体实施方式

参阅图1所示，一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器的制备方法是：原始材料是边发射激光器外延片，外延片包括衬底11、下限制层12；下波导层13；有源区14；上波导层15；上限制层16，有源区14离p面表面的深度为1.4-2.8微米；在激光器外延片p面上用光刻的方法，光刻出环区1、环区2、环区3及直条区9，环区1、2、3及直条区9的宽度为4-15微米，各环区宽度可以不相等，各环内半径为150-300微米；使用腐蚀液(磷酸∶双氧水∶水＝1∶2∶8)腐蚀出环形区高度为0.9-3.2微米，8的宽度为2-4微米；在外延片表面生长0.25-0.5微米绝缘介质膜；用丙酮超声清洗去除环区1、环区2、环区3、直条区9上的光刻胶及其上的绝缘介质膜层；在p面形成p面电极；n面减薄、抛光后，在n面形成n面电极；合金；解理，在出光腔面镀0.1-25％反射率的腔面膜；非输出端腔面不镀膜或镀反射率小于15％的增透膜；形成如图1所示意的一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器结构。

本发明利用多环耦合双向一端输出的特点，利用多个脊形环形成一种简单有效的高Q值、高亮度、高稳定性输出，并采用一端腔面镀膜输出，该方法工艺简单，成本低，能提高激光器的Q值、亮度、工作稳定性。