专利名称：非圆环形腔半导体激光器的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体激光器领域，涉及非圆环形腔半导体激光器。
背景技术：
圆盘型(微)腔半导体激光器是当前光电子领域最活跃的研究课题之一，与边发 射半导体激光器相比，圆盘型腔半导体激光器具有高品质因子，低激射阈值以及易于平面 工艺制备和二维光集成等优势，因此在光通讯、光互连以及光集成等方面有着广泛的应用 前景，引起了人们的极大兴趣；圆盘型腔半导体激光器的缺点是光输出没有一定的方向性， 沿着圆盘边界360度角都有。非圆的盘型腔半导体激光器则是这一类盘型腔半导体激光器 的新兴代表，以其具有定向光输出，较高输出光功率、光束质量好和易于光集成的特点在激 光通信、激光探测、基础研究、医疗等领域具有广泛的应用前景，同时器件的易于半导体器 件平面工艺制备的特点使得器件还具有制作简便、成本低等优点，有着广泛的研发前景。现 有的非圆的盘型腔半导体激光器中的谐振腔结构一般采用椭圆型，正方型等，以及新出现 的Lima^on型结构。发明人在2009年6月出版的"Applied Physics Letters"第94期第 251101-1页(APPLIEDK1YSICS LETTERS 94,2511012009)上发表了 Lima90n型结构相关器 件实验研究结果。此非圆的盘型腔半导体激光器结构，如图1、2所示，包括上电极1、上波 导层2、有源增益区3、下波导层4、衬底5、下电极6，器件的下电极6由焊料焊接到铜热沉 上；非圆的盘型腔的外边界7由极坐标方程i (伊卜i 。(l + scos(孙表示，R。为特征半径尺寸， e为形变因子，e =0.40。器件在电流注入激励方式下工作。这种非圆盘谐振腔结构的 优点是器件在耳语回廊模式下工作，器件可以实现定向性光输出，器件制作工艺简便、廉价 等。不过由于采用了这种非圆盘型腔结构，将对整个盘型区域都进行电流注入，而光的耳语 回廊模式仅在盘的边缘附近行进，盘中心部分的电流对光增益没有贡献；这样一来，将增大 激光器件的激射阈值，降低激光器件的电光转化效率，增大器件温升，降低器件的光输出功 率。因此需要一种更理想的谐振腔结构。
发明内容
为了解决已有技术存在的问题，为此，本发明提出一种非圆环形腔半导体激光器。
本发明的一种非圆环形腔半导体激光器由顺次连接的均为非圆环形的上电极、上 波导层、有源增益区、下波导层、衬底和下电极构成；所述的非圆环形腔半导体激光器的下 电极由焊料焊接到铜热沉上； 非圆环形腔的腔体可以用光刻掩模湿法刻蚀或反应离子刻蚀方法形成；非圆环形 腔的外边界由极坐标方程辨^=《(1 + 5005(伊))表示，式中的&为外特征半径，其尺寸为非 圆环形腔半导体激光器发射波长的一至一百倍量级范围，e为形变因子，e = 0.35-0.45; 非圆环形腔的内边界由极坐标方程W(勿A(l + scos(《，))表示，式中的R2为内特征半径尺 寸，其尺寸小于外边界的外特征半径^尺寸；e为形变因子，e = 0.35-0. 45 ;内外边界的 轴对称中心重合，内外边界RrR2的差为非圆环形腔半导体激光器发射波长的三至五倍至外边界&特征半径尺寸的二分之一。 非圆环形腔半导体激光器以电流注入激励方式工作。电流经过非圆环型电极、上 波导层注入有源增益区，电子和空穴进行复合，或电子从高能级向低能级跃迁，产生受激发 射，上波导层和下波导层对光在垂直方向起到限制作用，激光从非圆环形腔的外边界出射。
所述的非圆环形腔半导体激光器还可以在非圆环形腔的内边界内填充绝缘导热 材料起散热作用，如氮化铝A1N。 所述的非圆环形腔半导体激光器的非圆环形腔的内边界还可以是圆形。 有益效果本发明的一种非圆环形腔半导体激光器，采用非圆环形腔，该非圆环形
谐振腔在保证实现光定向输出的同时，与非圆的盘型腔半导体激光器相比提高电流注入效
率在20%以上，降低激光器件的激射阈值在20%以上，提高器件电光转化效率在15-20%，
提高光输出功率在10-15%，克服了现有结构的不足。本发明的一种非圆环形腔半导体激光
器可以应用于III-V族半导体材料体系，也可以应用于II-VI族半导体材料体系，还可以应
用在有机发光、激光材料体系。
图l是非圆盘型Lima( on型腔半导体激光器结构示意图主视图。图2是非圆盘型Limaeon型腔半导体激光器结构示意图俯视图。图3是非圆环形腔半导体激光器结构示意图主视图。图4是非圆环形腔半导体激光器结构示意图俯视图。 图5是非圆环形腔内边界是圆的半导体激光器结构示意图俯视图。
具体实施例方式
实施例1 如图3-4所示，非圆环形腔的上电极8为金电极、上波导层9为InGaAsP、有源增益 区10为InGaAs/InAlAs量子阱级联结构、下波导层11为InGaAsP、衬底12为InP和下电极 13为金电极，非圆环形腔外边界14的外特征尺寸&半径为100微米，形变因子为0. 4，器 件的发射波长10微米，非圆环形腔内边界15的内特征尺寸R2为70微米，形变因子为0. 4。 采用反应离子刻蚀或湿法腐蚀形成环形腔，刻蚀形成的环的内外深度相同，要露出有源增 益区IO，腐蚀过下波导层ll，接近衬底12。所述的非圆环形腔半导体激光器的下电极13由
焊料焊接到铜热沉上。
实施例2 在非圆环形腔半导体激光器的内边界15内填充绝缘导热材料A1N ;其它与实施例 l相同。 实施例3 非圆环形腔的上电极8为金电极、上波导层9为InGaAsP、有源增益区10为 InGaAs/InAlAs量子阱级联结构、下波导层11为InGaAsP、衬底12为InP和下电极13为金 电极，非圆环形腔外边界14的外特征尺寸&半径为100微米，形变因子为0. 4，器件的发射 波长10微米，非圆环形腔内边界23为圆形，如图5所示，其半径尺寸为70微米，形变因子 为0. 4。采用反应离子刻蚀或湿法腐蚀形成环形腔，刻蚀形成的环的内外深度相同，要露出
4有源增益区IO，腐蚀过下波导层ll，接近衬底12。所述的非圆环形腔半导体激光器的下电 极13由焊料焊接到铜热沉上。
实施例4 在非圆环形腔半导体激光器的圆形内边界23内填充绝缘导热材料A1N ;其它与实 施例3相同。
权利要求
非圆环形腔半导体激光器，其特征在于，由顺次连接的均为非圆环形的上电极(8)、上波导层(9)、有源增益区(10)、下波导层(11)、衬底(12)和下电极(13)构成；所述的非圆环形腔半导体激光器的下电极(13)由焊料焊接到铜热沉上；非圆环形腔的外边界(14)由极坐标方程表示，式中的R1为外特征半径，其尺寸为非圆环形腔半导体激光器发射波长的一至一百倍量级范围，ε为形变因子，ε＝0.35-0.45；非圆环形腔的内边界(15)由极坐标方程表示，式中的R2为内特征半径尺寸，其尺寸小于外边界(14)的外特征半径R1尺寸；ε为形变因子，ε＝0.35-0.45；内外边界的轴对称中心重合，内外边界R1-R2的差为非圆环形腔半导体激光器发射波长的三至五倍至外边界R1特征半径尺寸的二分之一。F2009102178864C0000011.tif,F2009102178864C0000012.tif
全文摘要
本发明提供了一种非圆环形腔半导体激光器，其采用非圆环形腔。由顺次连列的均为非圆环形的上电极(8)、上波导层(9)、有源增益区(10)、下波导层(11)、衬底(12)和下电极(13)构成；所述的非圆环形腔半导体激光器的下电极(13)由焊料焊接到铜热沉上；该非圆环形谐振腔在保证实现光定向输出的同时，与非圆的盘型腔半导体激光器相比提高电流注入效率在20％以上，降低激光器件的激射阈值在20％以上，提高器件电光转化效率在15-20％，提高光输出功率在10-15％，克服了现有结构的不足。该激光器可以应用于III-V族半导体材料体系，也可以应用于II-VI族半导体材料体系，还可以应用在有机发光、激光材料体系。
文档编号H01S5/00GK101714744SQ20091021788
公开日2010年5月26日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者冯源, 晏长岭, 邓昀, 钟景昌 申请人:长春理工大学