[发明专利]采用腔面光栅的波长稳定半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用腔面光栅的波长稳定半导体激光器，在半导体激光器腔面上制作光栅，能够实现波长稳定，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

在边发射半导体激光器中，高功率808nm波长稳定半导体激光器波长稳定性高、光谱线宽窄、工作温度范围宽，能够用于抽运Nd:YAG固体激光器、激光加工和激光医疗等领域。

现有808nm波长稳定半导体激光器有两种。一是采用体布拉格光栅的外腔半导体激光器，其结构特点为光栅外置，即所述体布拉格光栅置于半导体激光器芯片之外，构成一个外腔波长锁定系统，其外腔选频发射工作方式致使激光器输出波长稳定在这一布拉格波长上。二是采用内置布拉格光栅的分布反馈半导体激光器，其结构特点为光栅内置，即所述布拉格光栅内置于半导体激光器芯片外延结构的谐振腔中，利用折射率的周期变化实现光反馈，借助所述布拉格光栅的耦合作用稳定波长。

然而，所述采用体布拉格光栅的外腔半导体激光器由于其中的外腔波长锁定系统复杂、精密、非常敏感且需要高度对准，使得这种激光器存在以下不足：1、体积较大；2、稳定性较低；3、抗振动、冲击能力弱；4、散热装置昂贵；5、泵浦的制造成本较高。这些不足限制了这种激光器的应用。

所述采用内置布拉格光栅的分布反馈半导体激光器其制作需要在激光器芯片的一次外延之后进行光刻、腐蚀，然后再进行芯片的二次外延生长，不仅导致外延结构复杂，而且还不可避免地造成污染和引进缺陷，从而降低器件的性能。

发明内容

本发明的目的在于，在实现波长稳定的同时，克服现有技术存在的不足，减小激光器体积，提高稳定性，提高抗振动、冲击能力，降低成本，避免在制作过程中造成污染和引进缺陷。为此，我们发明了一种采用腔面光栅的波长稳定半导体激光器。

本发明之采用腔面光栅的波长稳定半导体激光器是一种边发射半导体激光器，激光器芯片外延结构的前腔面、后腔面均覆有增透膜1，如图1所示，在后腔面增透膜1上沉积有增反膜2；其特征在于，所述增透膜1为Si3N4膜；所述增反膜2的膜系结构及材料为[Ge/SiO₂]³Ge；在前腔面增透膜1上沉积有一组平行条形增反膜3，由前腔面增透膜1和该组条形增反膜3构成腔面光栅4，如图1、图2所示，腔面光栅4方向与所述外延结构衬底方向垂直，腔面光栅4占空比σ为0.2～0.3，所述条形增反膜3的膜系结构及材料为[Ge/SiO₂]³Ge。

本发明其技术效果如下所述。

本发明方案中的Si₃N₄膜在作为增透膜的同时还作为钝化层使用。所述的条形增反膜具有遮光作用，一组这样的条形增反膜构成了腔面光栅。所述的腔面光栅既非光栅外置，也非光栅内置，因而，本发明不存在现有技术中的该两种方案的不足。激光器芯片外延结构前腔面上的腔面光栅也是一种布拉格光栅，与芯片外延结构后腔面上的增反膜形成谐振腔，在芯片外延结构有源层内产生的光子就会在前腔面与后腔面之间形成振荡，增益后产生激光。

增透膜使用的Si₃N₄材料具有足够大的禁带宽度，达5eV。当本发明之波长稳定半导体激光器衬底材料为GaAs时，GaAs材料对808nm波长的折射率为3.5，Si₃N₄材料对808nm波长的折射率为2.0，如图3所示，按照透射率计算公式，当增透膜几何厚度为101nm时，透射率为99.5％，如图4所示，达到无吸收透明输出，而808nm波长半导体激光具有广泛和成熟的应用，这使得本发明具有重要的现实意义。同时，Si₃N₄材料作为一种陶瓷材料具有良好的绝缘性，电阻率高达1014Ω·cm，能够限制半导体中的载流子进入钝化层。另外，Si₃N₄材料还具有良好的导热性，热导率为16.7W·cm-1·K-1，能够辅助热沉散热，改善芯片散热效果。再有，Si₃N₄材料还具有机械强度高、热稳定性好、抗氧化能力强、化学稳定性好等物理化学特性。