專利名稱：低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器有較高的電光轉(zhuǎn)化效率，通過選用不同的有源區(qū)材料或改變多元化合物半導(dǎo)體各組元的組分可得到所需激射波長，覆蓋的波段范圍廣，壽命長，能通過注入電流直接調(diào)制，與氣態(tài)和全固態(tài)激光器相比還具有體積小、重量輕、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。相比于面發(fā)射半導(dǎo)體激光器如VCSEL等，邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器在高效率、大功率激光輸出方面有著極大的優(yōu)勢。近十年來，邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的輸出功率和壽命得到了顯著提高，室溫下單個(gè)激光器巴條連續(xù)輸出功率已超過百瓦，激光器堆疊輸出功率也超過了千瓦，同時(shí)使用壽命可達(dá)數(shù)千小時(shí)，從而廣泛應(yīng)用于泵浦固態(tài)激光器(如Nd:YAG激光器)、泵浦光纖通信中的光源(如摻鉺光纖放大器EDFA)、材料的焊接與處理以及印刷工業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域。但是，要進(jìn)一步擴(kuò)大半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍甚至取代氣態(tài)、全固態(tài)激光器卻受限于邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的遠(yuǎn)場特性。傳統(tǒng)邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器在垂直于pn結(jié)方向(簡稱垂直方向，或快軸)發(fā)散角(半高全寬)約為30 50°，平行于pn結(jié)方向(簡稱水平方向，或慢軸)發(fā)散角(半高全寬)約為10 15°，遠(yuǎn)場光斑呈橢圓形。另外，兩個(gè)方向上都存在高階模和基模同時(shí)激射的問題，導(dǎo)致發(fā)散角隨注入電流顯著變化。這些都使得邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器在很多領(lǐng)域難以直接應(yīng)用，雖然采用光束整形和外腔元件反饋等方式在一定程度上能降低快軸發(fā)散角，卻無法解決模式不穩(wěn)定等問題，同時(shí)還存在工藝復(fù)雜、難以集成等缺點(diǎn)。 為了降低激光器的垂直方向發(fā)散角，本研究團(tuán)隊(duì)申請(qǐng)的中國專利CN201110147409.2采用在激光器外延結(jié)構(gòu)N型一側(cè)引入一維周期性光子晶體結(jié)構(gòu)的方法，利用折射率的周期性變化產(chǎn)生的光子晶體能帶對(duì)光子態(tài)進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)光子態(tài)的模式擴(kuò)展。同時(shí)利用有源層作為光子晶體“缺陷”的局域作用使基模主要能量集中在量子阱區(qū)內(nèi)，而高階模則擴(kuò)展到光子晶體損耗區(qū)中，從而根據(jù)模式損耗的不同選出基模，同時(shí)降低快軸發(fā)散角。這不同于中國專利申請(qǐng)CN 201110272765.7和CN 201210080117.6所采用的布拉格反射波導(dǎo)機(jī)制。另外，由于半導(dǎo)體材料中空穴對(duì)光的載流子吸收損耗要大于電子對(duì)光的吸收損耗，因此只在N型一側(cè)引入光子晶體結(jié)構(gòu)能夠大大地降低激射閾值，提高輸出功率，同時(shí)還能避免在P型一側(cè)引入光子晶體帶來的P型層過厚、串聯(lián)電阻過高的問題，從而在激光器性能上能優(yōu)于中國專利申請(qǐng)CN 201210164640.7所提出的布拉格發(fā)射波導(dǎo)雙光束激光器。然而，當(dāng)快軸發(fā)散角的進(jìn)一步降低要求增加基模擴(kuò)展尺寸時(shí)，通常簡單地采用增大N型區(qū)光子晶體周期或周期數(shù)的方法。這樣同時(shí)也會(huì)造成基模限制在有源層中的能量比例(即限制因子)降低，甚至與高階模的限制因子相比擬，導(dǎo)致模式競爭及模式不穩(wěn)定輸出等現(xiàn)象發(fā)生。另外，輸出功率的增大帶來的載流子或熱效應(yīng)也會(huì)影響折射率分布，造成高階模激射。這些都會(huì)使光束質(zhì)量變差，從而要求我們改變結(jié)構(gòu)來進(jìn)一步增大基模和高階模的限制因子比。在垂直方向上用啁啾光子晶體代替周期性光子晶體，可以進(jìn)一步增強(qiáng)有源層作為缺陷的“陷光”作用。在保證基模仍有較大的擴(kuò)展范圍的同時(shí)，讓更多的基模能量集中在有源層中，而更多的高階模能量被濾除到光子晶體區(qū)內(nèi)，從而在快軸方向?qū)崿F(xiàn)低發(fā)散角的同時(shí)，也能保證基模的激射，使輸出激光近衍射極限。同樣，在半導(dǎo)體激光器水平方向上引入周期性波導(dǎo)結(jié)構(gòu)形成激光器陣列時(shí)，雖然獲得了水平方向上各個(gè)模式的展寬和輸出功率的提升，但是也存在著模式競爭的問題。由于基模(同相模)限制在電流注入?yún)^(qū)的能量比例(即限制因子)與高階模(反相模)的非常接近，使得兩個(gè)模式同時(shí)激射，造成發(fā)散角的增大。另外，由于電流注入?yún)^(qū)內(nèi)載流子或熱效應(yīng)的影響，發(fā)散角會(huì)隨著電流注入水平而顯著變化，最終使遠(yuǎn)場特性惡化。在水平方向采用啁啾結(jié)構(gòu)代替周期性結(jié)構(gòu)后，對(duì)周期性的破壞會(huì)使基模局域，高階模擴(kuò)展。結(jié)合電流選擇性注入方式，可以提高基模的限制因子，同時(shí)大大地降低高階模的限制因子，從而“濾除”高階模。最終整個(gè)陣列輸出為同相模，水平方向的遠(yuǎn)場為穩(wěn)定的低發(fā)散角近衍射極限的單瓣分布。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種能夠在垂直方向和水平方向上同時(shí)實(shí)現(xiàn)單瓣低發(fā)散角和穩(wěn)定的近衍射極限輸出的低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列，在提高激光器輸出功率的同時(shí)極大地改善光束質(zhì)量，獲得高亮度的激光。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列，包括:N型襯底101 ;形成于該N型襯底之上的N型緩沖層102 ;形成于該N型緩沖層之上的N型啁啾光子晶體波導(dǎo)103 ;形成于該N型啁啾光子晶體波導(dǎo)之上的有源層104 ;形成于該有源 層之上的P型限制層105 ；以及形成于該P(yáng)型限制層之上的P型蓋層106 ;其中，對(duì)該P(yáng)型蓋層106和該P(yáng)型限制層105進(jìn)行刻蝕或腐蝕在該激光器陣列表面形成一個(gè)寬度呈啁啾變化的脊形波導(dǎo)陣列，該脊形波導(dǎo)陣列位于該激光器陣列表面中間部分的是電流注入?yún)^(qū)201，位于該電流注入?yún)^(qū)201兩側(cè)的是第一無源損耗區(qū)202和第二無源損耗區(qū) 203。上述方案中，所述N型啁啾光子晶體波導(dǎo)103由至少兩對(duì)高折射率材料和低折射率材料交替疊置而成，且該至少兩對(duì)高折射率材料和低折射率材料的折射率分布或厚度分布各不相同。所述N型啁啾光子晶體波導(dǎo)103中相鄰高或低折射率材料的厚度或組分的差異，從靠近有源層104向靠近N型襯底101的方向逐漸增大，其變化方式為任意形式，包括線性、拋物線型。上述方案中，所述有源層104包括中心的單層或多層量子阱，以及兩側(cè)對(duì)稱或不對(duì)稱分布的不摻雜的窄波導(dǎo)層。所述單層或多層量子阱采用的材料為任意有源介質(zhì)材料。所述單層或多層量子阱采用的材料為II1-V族半導(dǎo)體材料或I1-VI族半導(dǎo)體材料，增益譜峰值波長范圍覆蓋近紫外到紅外波段。所述II1-V族半導(dǎo)體材料為GaN/AlGaN、GaAs/AlGaAs或InP/InGaAsP，所述I1-VI族半導(dǎo)體材料為ZnO。
上述方案中，所述寬度呈啁啾變化的脊形波導(dǎo)陣列的脊形寬度由陣列中心向陣列兩側(cè)方向逐漸減少，減小方式包括線性變化或拋物線型變化。上述方案中，所述電流注入?yún)^(qū)201、第一無源損耗區(qū)202或第二無源損耗區(qū)203均至少包含一個(gè)脊形波導(dǎo)，所述電流注入?yún)^(qū)201中脊形波導(dǎo)204有電流注入，脊形波導(dǎo)204之間區(qū)域205沒有電流注入。所述對(duì)該P(yáng)型蓋層106和該P(yáng)型限制層105進(jìn)行刻蝕或腐蝕在該激光器陣列表面形成一個(gè)寬度呈啁啾變化的脊形波導(dǎo)陣列時(shí)，刻蝕或腐蝕深度大于該P(yáng)型蓋層106的厚度且小于該P(yáng)型蓋層106與該P(yáng)型限制層105的厚度之和。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明提供 的這種低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列，其垂直方向和水平方向波導(dǎo)均采用啁啾光子晶體結(jié)構(gòu)。垂直方向啁啾光子晶體結(jié)構(gòu)在保證基模具有與周期性光子晶體一樣的擴(kuò)展尺度的情況下，使得更多的基模能量局域在有源層而更多的高階模能量分布在損耗的光子晶體區(qū)域中。水平方向啁啾光子晶體結(jié)構(gòu)的脊形波導(dǎo)寬度從中心向兩邊逐漸減小。中心區(qū)為電流注入?yún)^(qū)，兩側(cè)為無源損耗區(qū)，使得基模能量主要集中在注入?yún)^(qū)而高階模能量主要集中在損耗區(qū)。在兩個(gè)方向上同時(shí)引入啁啾光子晶體結(jié)構(gòu)，既能保留周期性光子晶體結(jié)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的低發(fā)散角輸出的優(yōu)點(diǎn)，又克服了周期性光子晶體結(jié)構(gòu)所存在的模式特性不穩(wěn)定、光束質(zhì)量差的問題?？傊?，本發(fā)明提供的這種低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列具有輸出功率高、發(fā)散角窄、近衍射極限輸出、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，且制備工藝簡單，重復(fù)性好，成本低，在高亮度半導(dǎo)體激光領(lǐng)域會(huì)有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1為依照本發(fā)明的低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列輸出端面的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2(a)和圖2(b)分別為實(shí)施例1的激光器陣列在垂直、水平方向上的有效折射率分布圖。圖3(a)和圖3(b)分別為在垂直方向采用周期性光子晶體結(jié)構(gòu)獲得高限制因子比的激光器，其基模與高階模的近場分布、基模的遠(yuǎn)場分布圖。圖4(a)和圖4(b)分別為在垂直方向采用周期性光子晶體結(jié)構(gòu)獲得低發(fā)散角的激光器，其基模與高階模的近場分布、基模的遠(yuǎn)場分布圖。圖5 (a)和圖5 (b)分別為實(shí)施例1的激光器陣列在垂直方向上的基模與高階模的近場分布、基模的遠(yuǎn)場分布圖。圖6(a)和圖6(b)分別為在水平方向上采用周期性光子晶體結(jié)構(gòu)的激光器陣列，其基模(同相模)和高階模(反相模)的近場分布、基模的遠(yuǎn)場分布圖。圖7 (a)和圖7 (b)分別為實(shí)施例1的激光器陣列在水平方向上的基模(同相模)和高階模(反相模)的近場分布、基模的遠(yuǎn)場分布圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，圖1為依照本發(fā)明實(shí)施例的低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列的結(jié)構(gòu)示意圖，該激光器陣列包括:N型襯底101 ;形成于該N型襯底101之上的N型緩沖層102 ;形成于該N型緩沖層102之上的N型啁啾光子晶體波導(dǎo)103 ;形成于該N型啁啾光子晶體波導(dǎo)103之上的有源層104 ;形成于該有源層104之上的P型限制層105 ;以及形成于該P(yáng)型限制層105之上的P型蓋層106 ;其中，對(duì)該P(yáng)型蓋層106和該P(yáng)型限制層105進(jìn)行刻蝕或腐蝕在該激光器陣列表面形成一個(gè)寬度呈啁啾變化的脊形波導(dǎo)陣列，該脊形波導(dǎo)陣列位于該激光器陣列表面中間部分的是電流注入?yún)^(qū)201，位于該電流注入?yún)^(qū)201兩側(cè)的是第一無源損耗區(qū)202和第二無源損耗區(qū)203。其中，N型啁啾光子晶體波導(dǎo)103由至少兩對(duì)高折射率材料和低折射率材料交替疊置而成，且該至少兩對(duì)高折射率材料和低折射率材料的折射率分布或厚度分布各不相同，不同周期內(nèi)N型高折射率層110(或N型低折射率層111)的組分相同而厚度不同，或者厚度相同而組分不同。N型啁啾光子晶體波導(dǎo)103中相鄰高或低折射率材料的厚度或組分的差異，從靠近有源層104向靠近襯底101的方向逐漸增大。其變化方式可為任意形式，包括線性、拋物線型。通過對(duì)兩端的高、低折射率層的組分、厚度以及啁啾變化的形式進(jìn)行優(yōu)化，得到一個(gè)在靠近有源層的光子晶體中急劇衰減而在遠(yuǎn)離有源層的光子晶體中緩慢衰減的基模場分布，和一個(gè)主峰大多分布在光子晶體層的高階模場分布。此時(shí)基模的限制因子較高，模場范圍也較大，對(duì)應(yīng)的發(fā)散角較低，而高階模則因限制因子較低被抑制，從而在垂直方向上獲得低發(fā)散角近衍射極限輸出。有源層104包括中心的單層或多層量子阱，以及兩側(cè)對(duì)稱或不對(duì)稱分布的不摻雜的窄波導(dǎo)層。所述單層或多層量子阱采用的材料為任意有源介質(zhì)材料，包括II1-V族半導(dǎo)體材料和I1-VI族半導(dǎo)體材料，增益譜峰值波長范圍覆蓋近紫外到紅外波段。II1-V族半導(dǎo)體材料為 GaN/AlGaN、GaAs/AlGaAs 或 InP/InGaAsP 等，I1-VI 族半導(dǎo)體材料為 ZnO。本發(fā)明低發(fā) 散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列，其水平方向結(jié)構(gòu)從左至右為第一無源損耗區(qū)202、電流注入?yún)^(qū)201、第二無源損耗區(qū)203。電流注入?yún)^(qū)201、第一無源損耗區(qū)202或第二無源損耗區(qū)203均至少包含一個(gè)脊形波導(dǎo)。脊形寬度從電流注入?yún)^(qū)201的中心向陣列兩側(cè)逐漸減小，減小方式可以為任意形式包括線性變化和拋物線型變化。第一無源損耗區(qū)202和第二無源損耗區(qū)203相對(duì)于電流注入?yún)^(qū)201可為對(duì)稱分布，或非對(duì)稱分布。電流注入?yún)^(qū)201內(nèi)脊形波導(dǎo)204有電流注入，脊形波導(dǎo)之間的區(qū)域205沒有電流注入。所述對(duì)該P(yáng)型蓋層106和該P(yáng)型限制層105進(jìn)行刻蝕或腐蝕在該激光器陣列表面形成一個(gè)寬度呈啁啾變化的脊形波導(dǎo)陣列時(shí)，刻蝕或腐蝕深度大于該P(yáng)型蓋層106的厚度且小于該P(yáng)型蓋層106與該P(yáng)型限制層105的厚度之和。以下結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例一如圖2(a)和圖2(b)所示，分別為波長為905nm的低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列在垂直和水平方向上的折射率分布圖。圖2(a)中垂直方向啁啾光子晶體結(jié)構(gòu)包含8對(duì)Ala 22Gaa 78As/Ala 3Gaa 7As交替生長的高、低折射率層，并采用厚度線性變化的啁啾形式。最靠近有源層的一對(duì)光子晶體的低、高折射率層厚度分別為0.6μπι和0.2 μ m,而最靠近襯底的一對(duì)低、高折射率層厚度分別為0.53 μ m和0.27 μ m。相鄰高(或低)折射率層厚度差值為10nm。圖2(b)中水平方向光子晶體包含9個(gè)對(duì)稱分布的脊形波導(dǎo)，從中心到邊緣波導(dǎo)寬度分別為5、4、4、3、3μπι，相鄰波導(dǎo)間的間隔均為2μπι寬。圖3至圖7中的基模和高階模的近場分布均采用能量歸一化的形式。圖3對(duì)應(yīng)于在垂直方向采用周期性光子晶體結(jié)構(gòu)獲得高限制因子比的激光器。圖3(a)為基模與限制因子最高的高階模的近場分布圖，圖3(b)為基模的遠(yuǎn)場分布圖。其垂直方向光子晶體與實(shí)施例1的垂直方向啁啾光子晶體的材料結(jié)構(gòu)、總厚度均相同，只是低、高折射率層厚度分別為0.55μπι和0.25 μ m0雖然獲得了大的限制因子比，但是發(fā)散角(半高全寬)卻接近10°。圖4(a)和圖4(b)分別為對(duì)圖3的光子晶體各層厚度進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化而得到的結(jié)果，低、高折射率層厚度分別調(diào)整為0.5 μ m和0.3 μ m?？梢钥吹交０l(fā)散角得到了降低(7.5° )，卻犧牲了限制因子比(接近I)，這容易產(chǎn)生高階模的激射。因此可以看出周期性光子晶體結(jié)構(gòu)得到高限制因子比則犧牲了小發(fā)散角，追求發(fā)散角小則放棄了高限制因子比，難以產(chǎn)生低發(fā)散角近衍射極限輸出的激光。如圖5(a)和圖5(b)所不,實(shí)施例1的激光器陣列在垂直方向上米用厚度啁啾的形式，在保證基模場分布有較大擴(kuò)展下(發(fā)散角6.V )，其垂直方向基模和高階模的限制因子比接近6: 1，從而對(duì)高階模有很好的抑制作用，防止大電流工作時(shí)高階模激射產(chǎn)生的發(fā)散角增大的問題。啁啾光子晶體結(jié)構(gòu)兼顧了高限制因子比和低發(fā)散角，為獲得大功率下垂直方向低發(fā)散角近衍射極限輸出的激光提供了有力的途徑。圖6(a)和圖6(b)對(duì)應(yīng)于水平方向上采用周期性光子晶體結(jié)構(gòu)的激光器陣列，圖6(a)為基模和高階模近場分布圖，圖6(b)為基模的遠(yuǎn)場分布圖。如圖所示，基模擴(kuò)展范圍較大，對(duì)應(yīng)的發(fā)散角也較小。但是高階模式與基模具有非常類似的場分布，基模限制因子甚至小于高階模。即使采用選擇性注入方式，也無法消除兩個(gè)模式的競爭。最終兩個(gè)模式會(huì)同時(shí)激射，且大功率下高階模式會(huì)更占優(yōu)勢，使得遠(yuǎn)場分布表現(xiàn)為高階模的雙瓣，發(fā)散角偏大。如圖7 (a)和圖7 (b)所示，實(shí)施例1的激光器陣列在水平方向上采用啁啾光子晶體結(jié)構(gòu)，調(diào)制基模和高階模 的場分布，使二者產(chǎn)生了較大的差異。基模主要集中在中心區(qū)域而高階模則主要分布在陣列的兩邊。通過在中心區(qū)域的五個(gè)寬脊形波導(dǎo)上選擇性注入電流，可以使增益主要集中在基模，而高階模則被損耗所抑制，基模和高階模的限制因子比可大于10: 1，比圖6中的周期性光子晶體陣列高一個(gè)數(shù)量級(jí)。從而使得激光器陣列的遠(yuǎn)場分布表現(xiàn)為基模的單瓣特征，且發(fā)散角很小，理論上可接近衍射極限。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列，其特征在于，包括: N型襯底(101)； 形成于該N型襯底之上的N型緩沖層(102)； 形成于該N型緩沖層之上的N型啁啾光子晶體波導(dǎo)(103)； 形成于該N型啁啾光子晶體波導(dǎo)之上的有源層(104)； 形成于該有源層之上的P型限制層(105);以及 形成于該P(yáng)型限制層之上的P型蓋層(106)； 其中，對(duì)該P(yáng)型蓋層(106)和該P(yáng)型限制層(105)進(jìn)行刻蝕或腐蝕在該激光器陣列表面形成一個(gè)寬度呈啁啾變化的脊形波導(dǎo)陣列，該脊形波導(dǎo)陣列位于該激光器陣列表面中間部分的是電流注入?yún)^(qū)(201)，位于該電流注入?yún)^(qū)(201)兩側(cè)的是第一無源損耗區(qū)(202)和第二無源損耗區(qū)(203)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列，其特征在于，所述N型啁啾光子晶體波導(dǎo)(103)由至少兩對(duì)高折射率材料和低折射率材料交替疊置而成，且該至少兩對(duì)高折射率材料和低折射率材料的折射率分布或厚度分布各不相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列，其特征在于，所述N型啁啾光子晶體波導(dǎo)(103)中相鄰高或低折射率材料的厚度或組分的差異，從靠近有源層(104)向靠近N型襯底(101)的方向逐漸增大，其變化方式為任意形式，包括線性、拋物線型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列，其特征在于，所述有源層(104)包括中心的單層或多層量子阱，以及兩側(cè)對(duì)稱或不對(duì)稱分布的不摻雜的窄波導(dǎo)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列，其特征在于，所述單層或多層量子阱采用的材料為任意有源介質(zhì)材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列，其特征在于，所述單層或多層量子阱采用的材料為II1-V族半導(dǎo)體材料或I1-VI族半導(dǎo)體材料，增益譜峰值波長范圍覆蓋近紫外到紅外波段。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列，其特征在于，所述II1-V族半導(dǎo)體材料為GaN/AlGaN、GaAs/AlGaAs或InP/InGaAsP，所述I1-VI族半導(dǎo)體材料為ZnO。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列，其特征在于，所述寬度呈啁啾變化的脊形波導(dǎo)陣列的脊形寬度由陣列中心向陣列兩側(cè)方向逐漸減少，減小方式包括線性變化或拋物線型變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列，其特征在于，所述電流注入?yún)^(qū)(201)、第一無源損耗區(qū)(202)或第二無源損耗區(qū)(203)均至少包含一個(gè)脊形波導(dǎo)，所述電流注入?yún)^(qū)(201)中脊形波導(dǎo)(204)有電流注入，脊形波導(dǎo)(204)之間區(qū)域(205)沒有電流注入。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列，其特征在于，所述對(duì)該P(yáng)型蓋層(106)和該P(yáng)型限制層(105)進(jìn)行刻蝕或腐蝕在該激光器陣列表面形成一個(gè)寬度呈啁啾變化的脊形波導(dǎo)陣列時(shí)，刻蝕或腐蝕深度大于該P(yáng)型蓋層(106)的厚度且小于該P(yáng)型 蓋層(106)與該P(yáng)型限制層(105)的厚度之和。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低發(fā)散角近衍射極限輸出啁啾光子晶體邊發(fā)射激光器陣列，包括N型襯底；形成于該N型襯底之上的N型緩沖層；形成于該N型緩沖層之上的N型啁啾光子晶體波導(dǎo)；形成于該N型啁啾光子晶體波導(dǎo)之上的有源層；形成于該有源層之上的P型限制層；以及形成于該P(yáng)型限制層之上的P型蓋層；其中，對(duì)該P(yáng)型蓋層和該P(yáng)型限制層進(jìn)行刻蝕在該激光器陣列表面形成一個(gè)寬度呈啁啾變化的脊形波導(dǎo)陣列，該脊形波導(dǎo)陣列位于該激光器陣列表面中間部分的是電流注入?yún)^(qū)，位于該電流注入?yún)^(qū)兩側(cè)的是第一無源損耗區(qū)和第二無源損耗區(qū)。利用本發(fā)明，可在提高邊激光器輸出功率的同時(shí)，降低發(fā)散角并濾除高階模式，實(shí)現(xiàn)高功率低發(fā)散角近衍射極限激光輸出。
文檔編號(hào)H01S5/22GK103219650SQ201310106019
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者鄭婉華, 劉磊, 渠紅偉, 張斯日古楞, 王海玲 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所