【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及边发射半导体激光器，具体涉及一种单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列及制备方法。
技术介绍
1、talbot光学效应由于其著名的光学“自再现”现象而被广泛研究，但多是针对无源相干激光领域。随着进一步的研究，其作为一种外腔镜结构，被应用于边发射激光阵列锁相领域，这种结构具有结构简单、稳定性高、鲁棒性强等特点。
2、近年来，各式单片集成talbot腔边发射激光阵列方案被提出，这种结构兼顾了传统边发射激光器的小体积、易集成特点，并基于talbot衍射强耦合方式，大大提升了激光阵列的光束质量。
3、尽管该方法有诸多优势，但无法在低损耗情况下实现良好的超模识别仍是其难以克服的问题，这也是该类器件目前无法成功商品化的问题之一。因此，高效、高功率、高光束质量的激光光源的开发仍是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列及制备方法，该激光阵列重构了传统talbot光场效应，使光场聚焦于阵列中心，实现了低损耗超模识别，解决了高效率、高功率及高光束质量光源问题。
2、本专利技术公开了一种单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列，包括：半导体衬底；
3、所述半导体衬底上表面形成有半导体外延层；
4、所述半导体外延层上表面设有倾斜波导区、电隔离沟道、分数阶talbot冷腔区和半反射半透射dbr光栅；
5、所述倾斜波导区包括一个中心波导以及在中心波导
6、所述电隔离沟道形成于倾斜波导区与分数阶talbot冷腔区之间，所述分数阶talbot冷腔区长度满足分数阶talbot距离，且对通过的光既无增益也无损耗；
7、所述倾斜波导区上表面的后侧设有高反射率dbr光栅，所述分数阶talbot冷腔区上表面的前侧设有半反射半透射dbr光栅；
8、所述倾斜波导区和分数阶talbot冷腔区上表面自下而上依次设有电极窗口和p金属电极；
9、所述半导体衬底下表面设有n金属电极。
10、作为本专利技术的进一步改进，所述半导体外延层自下而上依次为：n限制层、n波导层、有源层、p波导层、过渡层、阻挡层、p限制层和p高掺层，其中，所述n波导层的厚度大于所述p波导层的厚度，且所述n波导层和p波导层的总厚度小于等于基横模截止条件：
11、
12、式中，d为n波导层和p波导层的总厚度，λ为自由空间光波长，n2为n波导层和p波导层的总厚度的等效折射率，n1为n限制层和p限制层的等效折射率，m为正整数。
13、作为本专利技术的进一步改进，
14、所述半导体衬底选自：砷化镓、磷化铟或氮化镓；
15、所述p金属电极包括钛、铂和金中的一种或多种，厚度为300nm～1000nm；
16、所述n金属电极包括镍、锗和金中的一种或多种，厚度为300nm～500nm。
17、作为本专利技术的进一步改进，所述倾斜波导区的中心波导截面为矩形，其余倾斜波导截面为平行四边形。
18、作为本专利技术的进一步改进，所述倾斜波导区内中心波导个数为1个，倾斜波导个数为2～100个，长度为1000μm～4000μm，周期为4μm～10μm，宽度为2μm～3μm，且需满足基侧模截止条件：
19、
20、式中，w为垂直于波导截面宽度，neff1为倾斜波导区内波导间隔处等效折射率，neff2为倾斜波导区内波导区域处等效折射率；
21、倾斜波导的倾斜角度满足公式：
22、θj＝arctan(id/jzt)
23、式中，i表示第i个倾斜波导，i＝1，2，3，…；d表示倾斜波导阵列周期，j表示j分数阶talbot距离，j＝1/m，1/2，1/3，…；zt表示talbot距离。
24、作为本专利技术的进一步改进，所述分数阶talbot冷腔区的宽度为10μm～1000μm，
25、长度满足：
26、jzt＝2neff3d2/mλ
27、式中，zt表示talbot距离，j表示j分数阶talbot距离，j＝1/m，1/2，1/3，…；neff3为分数talbot冷腔区等效折射率，m为正整数，λ为自由空间光波长，d表示倾斜波导中心处阵列周期。
28、作为本专利技术的进一步改进，
29、所述高反射率dbr光栅的刻蚀深度为0.5μm～1μm，宽为2μm～3μm，周期为70nm～100nm，占空比为0.5，共30～40对；
30、所述高反射率高透射dbr光栅的刻蚀深度为0.5μm～1μm，宽为2μm～3μm，周期为70nm～100nm，占空比为0.5，共6～10对。
31、作为本专利技术的进一步改进，所述电隔离沟道的刻蚀深度大于所述p高掺层的厚度但不能刻穿阻挡层，长度为2μm～3μm，宽度为10μm～1000μm。
32、作为本专利技术的进一步改进，所述电极窗口分为两部分，一部分为所述倾斜波导区中倾斜波导和中心波导上表面形成的电极窗口，长度为990μm～3990μm，宽度为1μm～2μm，另一部分为所述分数阶talbot冷腔区上表面形成的电极窗口，宽度为9μm～990μm，长度比所述分数阶talbot冷腔区短5μm～10μm；
33、所述电极窗口内部填充所述p金属电极材料，两侧为电绝缘层；所述电绝缘层选用氧化硅或氮化硅材料形成，厚度为200nm～500nm。
34、本专利技术还公开了一种单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列的制备方法，包括：
35、选取半导体衬底；
36、在半导体衬底上表面生长半导体外延层；
37、在半导体外延层上表面刻蚀倾斜波导区并形成分数阶talbot冷腔区；
38、在半导体外延层上表面，倾斜波导区和分数阶talbot冷腔区之间刻蚀电隔离沟道；
39、在半导体外延层上表面沉积电绝缘层并刻蚀倾斜波导区和分数阶talbot冷腔区上表面电绝缘层形成电极窗口，以及刻蚀高反射率dbr光栅以及半反射半透射dbr光栅所在区域上方的电绝缘层；
40、在电极窗口上表面溅射p金属电极，并剥离电隔离沟道、高反射率dbr光栅以及半反射半透射dbr光栅所在区域上表面的p金属电极；
41、在高反射率dbr光栅以及半反射半透射dbr光栅所在区域上表面刻蚀得到高反射率dbr光栅以及半反射半透射dbr光栅；
42、在半导体衬底下表面溅射n金属电极。
43、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
44、本专利技术在外延层上表面依次设有倾斜波导区、电隔离沟道和分数阶talbot冷腔区，通过设计倾斜波导区中倾斜波导的倾斜角度，以实现其在往返分数阶talbot冷腔区后本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列，其特征在于，包括：半导体衬底；
2.如权利要求1所述的单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列，其特征在于，所述半导体外延层自下而上依次为：N限制层、N波导层、有源层、P波导层、过渡层、阻挡层、P限制层和P高掺层，其中，所述N波导层的厚度大于所述P波导层的厚度，且所述N波导层和P波导层的总厚度小于等于基横模截止条件：
3.如权利要求1或2所述的单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列，其特征在于，
4.如权利要求1所述的单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列，其特征在于，所述倾斜波导区的中心波导截面为矩形，其余倾斜波导截面为平行四边形。
5.如权利要求4所述的单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列，其特征在于，所述倾斜波导区内中心波导个数为1个，倾斜波导个数为2～100个，长度为1000μm～4000μm，周期为4μm～10μm，宽度为2μm～3μm，且需满足基侧模截止条件：
6.如权利要求1所述的单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列，其特征在于，所述分数阶Talbot冷腔区的宽度为10
7.如权利要求1所述的单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列，其特征在于，
8.如权利要求2所述的单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列，其特征在于，所述电隔离沟道的刻蚀深度大于所述P高掺层的厚度但不能刻穿阻挡层，长度为2μm～3μm，宽度为10μm～1000μm。
9.如权利要求1所述的单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列，其特征在于，所述电极窗口分为两部分，一部分为所述倾斜波导区中倾斜波导和中心波导上表面形成的电极窗口，长度为990μm～3990μm，宽度为1μm～2μm，另一部分为所述分数阶Talbot冷腔区上表面形成的电极窗口，宽度为9μm～990μm，长度比所述分数阶Talbot冷腔区短5μm～10μm；
10.一种如权利要求1～9中任一项所述的单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列的制备方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列，其特征在于，包括：半导体衬底；
2.如权利要求1所述的单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列，其特征在于，所述半导体外延层自下而上依次为：n限制层、n波导层、有源层、p波导层、过渡层、阻挡层、p限制层和p高掺层，其中，所述n波导层的厚度大于所述p波导层的厚度，且所述n波导层和p波导层的总厚度小于等于基横模截止条件：
3.如权利要求1或2所述的单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列，其特征在于，
4.如权利要求1所述的单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列，其特征在于，所述倾斜波导区的中心波导截面为矩形，其余倾斜波导截面为平行四边形。
5.如权利要求4所述的单片集成外冷腔型自聚焦边发射激光阵列，其特征在于，所述倾斜波导区内中心波导个数为1个，倾斜波导个数为2～100个，长度为1000μm～4000μm，周期为4μm～10μm，宽度为2μm～3μm，且需满足基侧模截止条件：
6.如权利要求1所...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。