[发明专利]窄垂直远场发散角的隧道结光子晶体激光器

说明书

本公开提供了一种隧道结光子晶体激光器，包括：衬底；以及在所述衬底上依次形成的多个叠层结构；其中，每个所述叠层结构包括有源层以及光子晶体层，且在相邻的所述叠层结构之间形成有隧道结。本公开隧道结光子晶体激光器，提高了峰值功率，增加了激光的探测距离，实现了高峰功率窄垂直远场发散角的激光输出，在激光测距、激光成像、激光雷达等领域中具有广阔的应用前景。

技术领域

本公开属于半导体光电子器件技术领域，具体涉及一种窄垂直远场发散角的隧道结光子晶体激光器。

背景技术

半导体激光器是电光转换效率最高的光源，具有覆盖波段范围广、寿命长、能直接调制、体积小、成本低等优点。在激光测距、激光成像、光信息存储等领域具有广泛的应用。早期用于激光测距和激光成像的光源为红宝石激光器和CO₂气体激光器，但是固体激光器和气体激光器相比于半导体激光器面临体积大、效率低和可靠性差等缺点。并且随着半导体激光器制造工艺的成熟，半导体激光器的输出功率不断提高，成本不断降低，促使以半导体激光器为光源的激光雷达迅速发展，成为激光雷达研究和发展的热点。

在激光雷达装置中，为有效进行激光成像和激光测距，需要光源进行长距离、高精度扫描探测，其中，激光的峰值功率越高，可探测的距离越远；用于扫描的光源发散角越小，可获得的数据点越多，成像精度越高。现阶段商用普通单结半导体激光器水平发散角约10度，垂直发散角约40度。商用三有源区隧道结半导体激光器水平发散角约10度，垂直发散角约25度。可探测范围有限，并且角分辨率较差，常配合一系列压缩准直光学系统才能使用。这显著增加了激光雷达装置的体积、系统复杂性和不稳定性，也增加了其成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述问题，本公开的主要目的在于提供一种窄垂直远场发散角的隧道结光子晶体激光器，以便解决上述问题的至少之一。

(二)技术方案

为了达到上述目的，作为本公开的一个方面，提供了一种隧道结光子晶体激光器，包括：

衬底；以及

在所述衬底上依次形成的多个叠层结构；

其中，每个所述叠层结构包括有源层以及光子晶体层，且在相邻的所述叠层结构之间形成有隧道结。

在一些实施例中，所述衬底为N型衬底；所述叠层结构包括：N型限制层，形成于所述N型限制层之上的所述光子晶体层，形成于所述光子晶体层之上的N侧波导层，形成于所述N侧波导层上的所述有源层，形成于所述有源层之上的P侧波导层，形成于所述P侧波导层上的光子晶体层，以及形成于所述光子晶体层上的P型限制层。

在一些实施例中，所述的隧道结光子晶体激光器，包括三个所述叠层结构，分别为第一叠层结构、形成于所述衬底上，第二叠层结构、形成于所述第一叠层结构上，以及第三叠层结构，形成于所述第二叠层结构上；其中，在所述第一叠层结构和第二叠层结构之间形成有第一隧道结，在所述第二叠层结构和第三叠层结构之间形成有第二隧道结。

在一些实施例中，所述第一叠层结构的N型限制层形成于所述N型衬底上，所述第一隧道结形成于所述第一叠层结构的所述P型限制层上，所述第二叠层结构的所述N型限制层形成于所述第一隧道结上，所述第二隧道结形成于所述第二叠层结构的所述P型限制层上，所述第三叠层结构的所述N型限制层形成于所述第二隧道结上。

在一些实施例中，所述的隧道结光子晶体激光器，还包括：

盖层，形成于所述第三叠层结构的所述P型限制层上；

欧姆接触层，形成于所述盖层上，其中，所述欧姆接触层和盖层通过选择性刻蚀形成脊形波导结构，该脊形波导结构包括一凸部及位于该凸部两侧的凹部；

电绝缘层，形成于所述凸部两侧的凹部上；