[发明专利]一种扩展透明窗口半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种扩展透明窗口半导体激光器，属于激光技术领域。

背景技术

单模半导体激光器具有可直接高速调制的优点，在高速光纤通信、信息存储、空间通信领域具有广泛的应用前景。单模半导体激光器实现高功率工作可以减少光纤通信中继距离、增加信息存储速度、改善空间通信质量。但是，单模半导体激光器的输出功率除了与激光器材料性能、腔长设计、封装散热有关外还受到窄条形波导有限光斑尺寸的限制，较小的器件发光腔面极易造成腔面损伤引起的器件失效。为此，采用透明窗口结构设计半导体激光器输出端成为半导体激光器改善功率输出特性的重要手段。通常，窄脊形条激光器的透明窗口仍然保持窄脊形结构，虽然减少了端面光吸收，但由于窗口区的光斑尺寸基本与增益区一致，光斑尺寸较小使激光器输出功率的改善受到限制。

发明内容

本发明是这样实现的，见附图所示，将半导体激光器增益区5设计为包含激光器外延层3的窄脊形条结构，在激光器后端面7采用高阶布拉格光栅6进行模式反馈，激光器输出端2采用去除欧姆接触层并沉积绝缘膜的扩展透明窗口4，其侧向无脊形刻蚀，激光器增益区5内的单模激光传播至扩展透明窗口4后实现激光模式尺寸扩展。

本发明的技术效果在于，采用高阶布拉格光栅6进行模式反馈以实现激光器单纵模工作，激光器增益区5采用窄脊形条设计保证激光器的基横模振荡，激光器输出端2采用扩展透明窗口4使较小尺寸的腔内基模在传播至输出端5处得到了明显扩展，使得激光器输出腔面能够满足高功率条件下的可靠工作。

附图说明

附图为扩展透明窗口半导体激光器示意图，1为激光器衬底，2为激光器输出端，3为激光器外延层，4为扩展透明窗口，5为激光器增益区，6为高阶布拉格光栅，7为激光器后端面。

具体实施方式

如附图所示，半导体激光器增益区5设计为包含激光器外延层3的2~5微米宽、深0.5~1.2微米、长2000~6000微米的脊形条结构，脊形条采用干法刻蚀完成。激光器后端面7设计衍射效率达到90%以上的6~12级高阶布拉格光栅6进行模式反馈，高阶布拉格光栅采用干法刻蚀完成。激光器输出端2保留10~30微米长的平面波导区，刻蚀掉上面的欧姆接触层并沉积100-300nm厚的绝缘膜。然后，完成常规的激光器的欧姆接触电极工艺、芯片解理和输出端2的腔面光学膜镀制。

下面结合实例说明本发明。首先在1060nm波长GaAs基InGaAs应变半导体激光外延片表面采用标准光刻与Si₃N₄掩膜工艺形成3微米宽、4000微米长的脊形条增益区5的刻蚀窗口，中间间隔1015微米包括1000微米长的10阶布拉格光栅6区域和15微米长的激光器后端面7区域。然后采用反应离子刻蚀工艺刻蚀0.8微米深，形成窄脊形条波导结构。在刻蚀好的激光器增益区5的激光器后端面7的位置再采用标准光刻、Si₃N₄掩膜与反应离子刻蚀工艺制备10阶布拉格光栅：光栅周期1.59微米，填充因子90%，长度1000微米，深度0.75微米。然后，再采用标准光刻、Si₃N₄掩膜与反应离子刻蚀工艺去除15微米长的扩展透明窗口4区域的GaAs欧姆接触层。最后，整个外延片表面沉积100nm厚的Si₃N₄绝缘膜并采用标准光刻、反应离子刻蚀工艺形成长2985微米、宽2.5微米的脊形条增益区5的电极窗口。然后，制备20nmTi/100nmPt/200nmAu上接触电极、减薄衬底1面的厚度至100~110微米，制备50nmAuGe/20nmNi/150nmAu下接触电极，合金。然后，沿扩展透明窗口4与10阶布拉格光栅6的分界处解理激光器芯片并在输出端2采用电子束工艺镀制150~160nm厚Al₂O₃光学膜，完成1060nm波长扩展透明窗口激光器的制作。