[发明专利]外腔相干垂直腔面发射半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种外腔相干垂直腔面发射半导体激光器，属于激光器(VCSEL)技术领域。

背景技术

垂直腔面发射半导体激光器由于具有良好的激光稳定性、相干性和光束质量，被广泛应用于通信、印刷、泵浦源、气体检测分析、电脑光学鼠标等领域。随着这些领域的进一步发展，要求VCSEL能够实现高光强度的输出。现有技术中主要采用激光器列阵结构或者相干激光器解决这一技术问题。激光器列阵结构由多个垂直腔面发射半导体激光器依次排列组成，每个垂直腔面发射半导体激光器主要包括从下至上依次排列的N面电极、衬底、N型DBR(布拉格反射镜)、有源区、P型DBR和P面电极，其中，P型DBR中设有具有氧化孔的氧化限制层。但是，该激光器列阵结构各个台面输出的光存在两个垂直的偏振方向，为不相干光，输出光强为总光强的叠加，远场发散角大。相干激光器主要有反波导结构激光器，掩埋异质结构激光器，泄露波耦合结构激光器等。但这些激光器结构复杂，可靠性差，不便于实际应用。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中相干激光器结构复杂，可靠性差的技术问题，提供一种外腔相干垂直腔面发射半导体激光器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下。

外腔相干垂直腔面发射半导体激光器，包括从上至下依次紧密排列的P型DBR、有源区、N型DBR、衬底和N面电极，所述P型DBR的上表面边缘设有P面电极；所述P型DBR中设有具有多个氧化孔的氧化限制层；

所述激光器还包括高对比度光栅，所述高对比度光栅遮挡所有出光孔及出光孔连接处，高对比度光栅由光栅和外腔组成；所述外腔的下表面固定在P型DBR的上表面上，外腔的光学厚度为二分之一波长的整数倍，外腔的材料为低折射率介质材料；所述光栅设定在外腔的上表面上，光栅的偏振方向平行或垂直于(110)晶向，光栅的材料为高折射率介质材料；所述高折射率介质材料的折射率为低折射率介质材料的折射率的两倍以上。

进一步的，所述多个氧化孔在氧化限制层上均匀分布。

进一步的，所述外腔为长方体，光栅平行或垂直于外腔的上表面的矩形短边。

进一步的，所述P型DBR由从上至下依次排列的一层高折射率材料层和一层低折射率材料层组成，所述氧化限制层为低折射率材料层。

进一步的，所述N型DBR和衬底之间还设有缓冲层。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的外腔相干垂直腔面发射半导体激光器，在激光器外形成了高对比度光栅，高对比度光栅对每个出光孔单元的输出光形成反射效果，实现不同出光孔单元之间的锁相，达到相干的目的；相比于现有技术中的激光器，本发明的激光器不仅自身能实现偏振控制，还具有稳定性高，可靠性好的优点，可以用于大规模生产制造。

附图说明

图1为本发明外腔相干垂直腔面发射半导体激光器的结构示意图，

图2为本发明外腔相干垂直腔面发射半导体激光器的P型DBR台面的俯视图；

图中：1、光栅，2、外腔，3、P面电极，4、P型DBR，5、氧化限制层，51、氧化孔，6、有源区，7、N型DBR，8、衬底，9、N面电极。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式进一步说明本发明。

如图1和图2所示，本发明的外腔相干垂直腔面发射半导体激光器包括高对比度光栅、P面电极3、P型DBR4、有源区6、N型DBR7、衬底8和N面电极9。

其中，P型DBR4、有源区6、N型DBR7、衬底8和N面电极9从上至下依次紧密排列，N型DBR7和衬底8之间还可以设置有缓冲层。N型DBR7为多层结构，P型DBR4由从上至下依次紧密排列的一层高折射率材料层和一层低折射率材料层组成，低折射率材料层上设有多个氧化孔51，该层即为氧化限制层5。多个氧化孔51在氧化限制层5上均匀分布，每个氧化孔51对应一个出光单元。高对比度光栅遮挡所有出光孔和出光孔连接处，高对比度光栅由光栅1和外腔2组成，外腔2的下表面固定在P型DBR4上表面的中心区域上，且外腔2遮挡所有出光孔和出光孔连接处，外腔2的材料为低折射率介质材料，外腔2的光学厚度为二分之一波长的整数倍；光栅1固定在外腔2的上表面上，且光栅1遮挡所有出光孔和出光孔连接处，光栅1的偏振方向平行或垂直于(110)晶向，光栅1的材料为高折射率介质材料；光栅1的高折射率介质材料的折射率为外腔2的低折射率介质材料的折射率的两倍以上，光栅1和外腔2的材料不吸光。P面电极3固定在P型DBR4的上表面边缘，且靠近外腔2的边缘，不遮挡出光孔。