专利名称：一种基于多环耦合结构的高q值半导体激光器的制作方法
技术领域：
本发明是一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器结构和工艺制备方法， 属于半导体光电子器件技术领域。
背景技术：
Q值大小、亮度、工作稳定性严重制约了环形半导体激光器的使用和发展。为 了提高Q值、亮度、工作稳定性，单环形半导体激光器结构已经被做了大量研究。单环 形结构的激光器易受前后腔面反射的影响，不但会导致Q值、亮度、工作稳定性下降， 而且会使单环形结构器件的输出特性恶化。本发明的多环形耦合结构集成器件中的各个 脊形环之间耦合连接，彼此间进行能量传递，通过环形相关参数的调整，集成器件的各 种光输出特性均有大幅提升，改善了器件的光束质量、增加了器件输出亮度、提高了器 件输出Q值及工作稳定性。本发明提出的一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器 结构、工艺简单，适合各种波长的环形集成激光器的制备。另外，由于外界电流和光场 的波动使得环形器件间相互制约，器件多环耦合双向一端输出的特点避免了因电流和光 场波动而导致的输出特性的突变，使集成器件具有了良好的抗干扰能力。本发明针对上述多环耦合、双向一端输出结构的高Q值、高亮度、高工作稳定 性半导体激光器的结构特点，提出使用多个脊形环相互耦合、双向一端输出结构，该结 构器件降低了工艺的复杂性、改善了器件的输出特性。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有环形激光器出光效率低、输出特性不稳定、输出 特性差、制备工艺难度大等问题，本发明提供一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激 光器结构和工艺方法，该结构可提高激光器的Q值、光输出特性，改善了器件的稳定 性，该方法具有工艺简单、效果好、成本低等优点。本发明一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器，其结构特征包含如下 (1)在任意波长、任意外延结构P面进行结构、工艺的设计与制备；(2)多个脊形环相互 耦合连接；(3)相互耦合的多个环内的能量通过两个四分之一脊形环结构耦合在一起， 并与直条区连接，在器件腔面一端输出；(4)输出端腔面镀制一定反射率大小的腔面保 护膜；(5)非输出端不镀膜或镀增透膜；器件的其它工艺与常规器件相同。其中结构(1)中所说的任意波长、任意外延结构ρ面，是指各种波长激光器的外 延片、各种边发射激光器外延片结构的P面。其中结构(2)中所说的多个脊形环相互耦合连接，是指脊形环个数大于等于3， 并且相互间通过共有波导连接。其中结构(3)中所说的通过两个四分之一脊形环结构耦合在一起，是指由两个 相同参数的环形结构将多个脊形环内产生的双向光能量耦合进同一直条区，在器件同一 端腔面输出。
其中步骤(4)中所说的一定反射率大小，是指反射率为0.1-25%。其中步骤(5)中所说的非输出端不镀膜或镀增透膜，是指相对于器件的输出端 腔面，器件的非输出端腔面对器件的影响可以忽略，因此可以不镀膜，也可以镀反射率 小于15%的增透膜。
为了进一步说明本发明的技术特征，以下结合附图和具体实施来进一步说明， 其中图1是一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器的结构示意图。图中，1是 脊形环1 ； 2是脊形环2 ； 3是脊形环3 ； 4是脊形环1内径区；5是脊形环2内径区；6 是脊形环3内径区；7是耦合输出脊形环内径；8是脊形环耦合处两环间宽度；9是直条 区宽度；10是直条区长度；11是器件衬底；12是下限制层；13是下波导层；14是有源 区；15是上波导层；16是上限制层。
具体实施例方式参阅图1所示，一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器的制备方法是 原始材料是边发射激光器外延片，外延片包括衬底11、下限制层12;下波导层13;有源 区14;上波导层15;上限制层16，有源区14离ρ面表面的深度为1.4-2.8微米；在激光 器外延片ρ面上用光刻的方法，光刻出环区1、环区2、环区3及直条区9，环区1、2、3 及直条区9的宽度为4-15微米，各环区宽度可以不相等，各环内半径为150-300微米； 使用腐蚀液(磷酸双氧水水=1 2 8)腐蚀出环形区高度为0.9-3.2微米，8的宽 度为2-4微米；在外延片表面生长0.25-0.5微米绝缘介质膜；用丙酮超声清洗去除环区 1、环区2、环区3、直条区9上的光刻胶及其上的绝缘介质膜层；在ρ面形成ρ面电极； η面减薄、抛光后，在η面形成η面电极；合金；解理，在出光腔面镀0.1-25%反射率的 腔面膜；非输出端腔面不镀膜或镀反射率小于15%的增透膜；形成如图1所示意的一种 基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器结构。本发明利用多环耦合双向一端输出的特点，利用多个脊形环形成一种简单有效 的高Q值、高亮度、高稳定性输出，并采用一端腔面镀膜输出，该方法工艺简单，成本 低，能提高激光器的Q值、亮度、工作稳定性。
权利要求
1.一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器，包括衬底11、下限制层12、下波 导层13、有源区14、上波导层15、上限制层16、环区1、环区2、环区3、直条区9，其 特征在于，有源区14离ρ面表面的深度为1.4-2.8微米，环区1、2、3、直条区9的宽度为 4-15微米，各环区宽度可以不相等，各环内半径为150-300微米，各脊形环高为0.9-3.2 微米，8的宽度为2-4微米，环区3通过两个四分之一圆环耦合到同一腔面端，在ρ面 形成ρ面电极，经减薄、抛光后，在η面形成η面电极，合金、解理后，在出光腔面镀 0.1-25%反射率的腔面膜增透膜，非输出端腔面不镀膜或镀反射率小于15%的增透膜。
2.根据权利要求1所述的一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器，其特征在 于，被集成环为多环，环数大于3。
3.根据权利要求1所述的一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器，其特征在 于，各环间相互耦合连接，环区是电注入区。
4.根据权利要求1所述的一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器，其特征在 于，环区3由相关参数相等的两个四分之一圆环耦合到一起，与直条区9相连，直条区9 至腔面，直条区9的长度为10-100微米，宽度为4-20微米。
5.根据权利要求1所述的一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器，其特征在 于，8的宽度为2-4微米。
6.根据权利要求1和4所述的一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器，其特征 在于，两个四分之一圆环区和直条区均为电注入区。
全文摘要
本发明公开了一种基于多环耦合结构的高Q值半导体激光器结构，由多个在半导体激光器外延片上刻蚀的脊形环相互耦合构成，由两个四分之一环耦合输出。该器件结构和工艺属于半导体光电子器件技术领域。本发明利用不同结构环形激光器的不同Q值特性，相互耦合后光束Q值特性进一步提高，器件只需在前腔面镀腔面膜，后腔面不需要镀膜或只需镀层增透膜。该结构器件结构、制备工艺简单，成本低，能提高激光器的Q值，提高了器件效率，大幅改善器件输出光束质量。该技术方案适用于各种波长的、集成的环形半导体激光器。
文档编号H01S5/22GK102013629SQ20101053733
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者乔忠良, 刘国军, 张斯钰, 曲轶, 李再金, 李占国, 李林, 李特, 李辉, 王勇, 王玉霞, 芦鹏, 薄报学, 邹永刚, 高欣 申请人:长春理工大学