[发明专利]上电极中置电极对角分布垂直腔面发射半导体激光器

说明书

上电极中置电极对角分布垂直腔面发射半导体激光器属于半导体激光器技术领域。本发明其特征在于，中空的柱体包括两部分，一部分是内含齐顶高阻区的圆环柱体，该圆环柱体的轴线与圆柱形齐顶高阻区的轴线重合，另一部分是自所述圆环柱体侧面任意处拓展出去的螺旋线柱体，该螺旋线柱体的螺旋线极坐标方程为其中初始极半径ρ₀在115μm～200μm范围内确定，形变因子ε在0.5～3.0范围内确定，极角在范围内确定；上电极位于所述螺旋线柱体的上表面上；中置电极位于下分布布拉格反射镜的内镜面上，且位于所述中空的柱体之外，中置电极的形状与上电极的形状相同；上电极与中置电极以上电极的几何中心与中置电极的几何中心的连线与所述圆环柱体轴线的交点O'为对称中心呈点对称分布。

技术领域

本发明涉及一种上电极中置电极对角分布垂直腔面发射半导体激光器，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

涡旋光是具有螺旋型相位波前和相位奇点的光束，在传播过程中波前会以传播方向为轴、以螺旋的方式绕轴传播，形成涡旋光场。利用涡旋光场的轨道角动量以及暗中空特性，能够在光学微操控中用涡旋光来捕获、控制和旋转微观粒子，以及用涡旋光来存储数据，进行信息的编码、解码、记录和传输，测量物体的微小形变等。相比于涡旋光，涡旋空心光中心光强为零的区域较大，其暗中空特性更强。涡旋空心光除了具有涡旋光的用途外，在材料处理、超分辨显微镜、量子密码和量子通信等领域也有其用途。

在现有技术中，专利号为ZL201811252788.X的一件中国发明专利公开了一项名称为“能够发射涡旋空心光的垂直腔面发射半导体激光器”的方案，如图1所示，自上而下依次是上电极1、欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3、氧化物限制层4、有源增益区5、下分布布拉格反射镜6、衬底7、下电极8；欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3以及有源增益区5层叠在一起构成一个具有空心部分的圆柱区域，该圆柱区域的内径为85μm～95μm、外径为115μm～125μm；氧化物限制层4的形状为环形，所述环形的宽度为3μm～5μm，所述环形的外径与所述圆柱区域的外径尺寸相同；在所述圆柱区域的空心部分的下面有高阻区9，高阻区9的底面与下分布布拉格反射镜6接触，高阻区9的顶面的高度高于上分布布拉格反射镜3的内镜面、低于上分布布拉格反射镜3的外镜面；其特征在于，上电极1位于欧姆接触层2上表面边缘的局部区域，下电极8位于衬底7下表面边缘的局部区域，上电极1的几何中心、下电极8的几何中心的连线与激光器轴线相交，上电极1的圆心角θ′、下电极的圆心角θ″均在30°～90°范围内。另外，上电极1、下电极8的形状为弓形，或者为圆心角在30°～90°范围内的环形，分别如图2、图3所示。该激光器在工作过程中，电流自上电极1注入，由于下电极8位于上电极1对向下方，电流需沿上下方向对角线流动，同时，在激光器中心区域还有高阻区9的存在，使得电流并不是均匀分布注入，而是绕行高阻区9以涡旋方式注入，以至于在有源增益区5内形成注入电流的非均性旋转注入效应，从而在有源增益区5内产生涡旋增益模式效果，进而形成涡旋空心光束输出，如图4所示。

不过，所述现有技术还是有其不足。这种模式的涡旋光，由于上电极、下电极之间的横向距离较近，导致轨道角动量较小、涡旋效果差；而上电极、下电极之间的纵向距离却过远，导致电阻过大，器件发热严重。另外，由于下电极位于衬底下表面，在后续一系列工艺过程中，需要对器件进行翻转、挤压等操作，免不了会对器件造成损伤；同时，现有工艺技术很难按照技术方案所确定的电极位置准确制作电极。

发明内容

为了进一步改善现有垂直腔面发射半导体激光器输出的涡旋空心光的涡旋效果，减轻器件发热情况，减轻器件工艺损伤，提高电极位置的制作准确程度，我们发明了一种上电极中置电极对角分布垂直腔面发射半导体激光器。