專利名稱：具有變折射率的放大部分的激光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的主題一般涉及半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域。
2.背景信息半導(dǎo)體激光器被應(yīng)用到各種不同的系統(tǒng)中。例如，半導(dǎo)體激光二級管一般用做光導(dǎo)纖維通信系統(tǒng)中的光源。有時，需要大功率的激光二極管，如摻鉺的光導(dǎo)纖維放大器和拉曼(Raman)光導(dǎo)纖維放大器需要大功率的激光泵激。為了泵激激光能有效地耦合到纖芯上，泵激激光器必須發(fā)射高品質(zhì)的光束?？紤]到效率、緊湊性和其他一些因素，最好使用激光二極管來泵激放大器。遺憾的是，典型地具有高品質(zhì)光束的激光二極管的功率上限約為0.5瓦，而光纖放大器可能需要2瓦或更大的功率。
參照

圖1，可以通過加寬二極管1的泵激帶2來提高激光二極管1的功率。加寬泵激帶2，減小了二極管1中的光功率密度以及生成的熱量。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)功率密度很高時，在加寬的激光二極管中產(chǎn)生的光線會在泵激帶2的整個長度上“自聚集”成細(xì)線。這種自聚集現(xiàn)象會產(chǎn)生具有強度尖峰的輸出光束，見圖1。對于大多數(shù)的光學(xué)應(yīng)用，這種質(zhì)量的輸出是不能接受的。因此，需要研制一種可以輸出高質(zhì)量激光束的大功率激光二極管。
發(fā)明概述一種具有變折射率的泵激帶部分的激光二極管。
附圖的簡要說明圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的激光二極管，圖2示出了本發(fā)明的激光二極管，圖3示出了激光二極管的不同層實施例，圖4示出了激光二極管的替換實施例，圖5示出了激光二極管的替換實施例，圖6示出了激光二極管的替換實施例。
詳細(xì)說明一種大功率激光二極管，包括其折射率在垂直于發(fā)射方向的方向上單調(diào)變化的泵激帶部分。這種變化的折射率可以減小現(xiàn)有技術(shù)中大功率激光二極管的自聚焦現(xiàn)象，從而提供高質(zhì)量的輸出光束。折射率可以從放大部分的一側(cè)變化到另一側(cè)?？梢酝ㄟ^改變放大部分的結(jié)構(gòu)特征，例如激光二極管各層中的組成、摻雜以及厚度等來改變這種折射率?？梢栽谡麄€放大部分上建立熱梯度來改變折射率。可以通過沿著放大部分的一側(cè)集成發(fā)熱元件或者通過產(chǎn)生流過放大部分的不均勻電流來產(chǎn)生所述熱梯度。
參見各附圖，更具體地說，按標(biāo)號參見各附圖，圖2示出了激光二極管10。激光二極管10包括泵激帶部分12。泵激帶部分12具有第一側(cè)14和第二側(cè)16，兩側(cè)之間分開的寬度為W。泵激帶部分12構(gòu)造成產(chǎn)生由二極管10沿著二極管的光軸0p射出的受激發(fā)射光。激光二極管10可以構(gòu)造成具有相對較寬的泵激帶部分12，泵激帶部分12能輸出功率可達(dá)5瓦的高品質(zhì)光束。
激光二極管10可以具有產(chǎn)生受激光反饋的反射表面18。或者激光二極管10可以包括結(jié)合到泵激帶部分12的單獨的分布式反饋部分(圖中未顯示)。受激發(fā)射光可以在反饋部分上產(chǎn)生并在泵激帶部分12進(jìn)一步放大。激光二極管10還可以具有在泵激帶部分12的外側(cè)的非泵激帶部分20。
如圖2所示，折射率n可以在整個泵激帶部分12上從第一側(cè)14變化到第二側(cè)16。這種折射率的變化是通過改變泵激帶部分12的結(jié)構(gòu)特征來實現(xiàn)的。例如，泵激帶部分12可以按照改變折射率的方式摻雜?？梢愿淖儽眉Р糠种幸粚踊蛘邘讓拥暮穸龋糜诟淖冋凵渎?。
所述變折射率可以減小在大功率激光器中產(chǎn)生的自聚焦效應(yīng)。結(jié)果是產(chǎn)生大功率的高品質(zhì)的光束。盡管圖中顯示了折射率的線性變化梯度，但可以理解的是，折射率可以在整個泵激帶部分12上具有非線性變化。
圖3顯示了半導(dǎo)體激光器件10的一個實施例的不同層30、32、34、36、38、40、42、44和46。可以理解的是，圖中示出和在此描述的實施例僅是示例，也可以采用用其他的層、材料和組成。激光二極管10可以包括形成在襯底30上的下覆層32。襯底30可以是n型摻雜的磷化銦(InP)或者砷化鎵(GaAs)材料。覆層32可以是n型摻雜的磷化銦(InP)或者砷化鎵(GaAs)材料。
激光二極管10還可以具有位于限制層34和38之間的多量子阱活性層。限制層34可以是n型摻雜的InGaAsP或者AlyGa1-yAs材料。限制層38可以是p型摻雜的InGaAsP或者AlyGa1-yAs材料。層40、42、44可以是包括p型摻雜材料的上覆層。例如，層40可以是p型摻雜的InGaAsP或者AlxGa1-xAs材料。層42可以是p型摻雜的InGaAsP或者AlzGa1-zAs材料。層44可以是p型摻雜的InP或者AlxGa1-xAs材料。層46可以是電接觸層，其包含p+型摻雜的InGaAs或GaAs材料。
層34、36和38形成PN結(jié)，所述PN結(jié)響應(yīng)電流的流動而產(chǎn)生受激發(fā)射光。覆層32、40、42形成引導(dǎo)光線的波導(dǎo)。電流從接觸層46流經(jīng)泵激帶部分12。電流在泵激帶部分12內(nèi)產(chǎn)生光受激發(fā)射。
可以通過最初在襯底30上形成層32、34、36和38來構(gòu)成半導(dǎo)體激光二極管10。然后在層38上順序形成保持層40、42、44和46。所有的這些層都可以采用已知的外延半導(dǎo)體加工工藝來形成。雖然圖中示出并且在此描述了具有層30、32、34、36、38、4 0、4 2、44和46的激光二極管10，但可以理解的是該實施例僅是示范性的，激光二極管10還可以有其他不同的結(jié)構(gòu)。
圖4示出了激光二極管的不同的實施例，其具有位于泵激帶部分12第一側(cè)14附近的發(fā)熱元件50。發(fā)熱元件50可以是和電源52相連的電阻條。發(fā)熱元件50可以產(chǎn)生流入泵激帶部分12內(nèi)的熱量。將位于激光二極管一側(cè)的發(fā)熱元件50位移可以在整個泵激帶部分12上產(chǎn)生溫度梯度。溫度梯度使折射率從第一側(cè)14到第二側(cè)16變化。
圖5示出了一個替換實施例，其中接觸層(圖中未顯示)和保持層被介質(zhì)層54隔開。介質(zhì)層54具有多個補償孔56。電流僅通過補償孔56流過?？?6可以位于泵激帶部分12的第一側(cè)14附近。來自第一側(cè)14的電流會在整個泵激帶部分12上形成合成的熱梯度。所述熱梯度使折射率從泵激帶部分12的第一側(cè)14到第二側(cè)16變化。
圖6示出另一個實施例，其中位于泵激帶部分12的第二側(cè)16附近的孔54R與位于泵激帶部分12的第一側(cè)14附近的孔54L以及位于泵激帶部分12中心的孔54C相比，具有更大的有效面積。位于中間的孔54C可以具有比孔54L更大的有效面積。有效面積的不同會產(chǎn)生流過泵激帶部分12的不均勻的電流。這種不均勻的電流會產(chǎn)生熱梯度，從而產(chǎn)生從泵激帶部分12的第二側(cè)16到第一側(cè)14的變化的折射率。
盡管已經(jīng)描述并在附圖中示出了一些示例性的實施例，但應(yīng)該理解的是，這些實施例對于本發(fā)明僅僅是說明性并不是限制性的，并且由于本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以做出其它的修改，因此本發(fā)明并不限定于所顯示和描述的特定結(jié)構(gòu)和配置。
權(quán)利要求
1.一種激光二極管，它包括具有變折射率的泵激帶部分；以及結(jié)合到所述泵激帶部分的光反饋部分。
2.如權(quán)利要求1所述的激光二極管，其特征在于所述泵激帶部分的結(jié)構(gòu)特征沿著基本上垂直于光軸的方向變化。
3.如權(quán)利要求1所述的激光二極管，其特征在于還包括結(jié)合到所述的泵激帶部分的加熱元件。
4.如權(quán)利要求3所述的激光二極管，其特征在于所述加熱元件位于在非泵激帶部分上。
5.如權(quán)利要求1所述的激光二極管，其特征在于還包括通過介質(zhì)材料層結(jié)合到所述泵激帶部分上的電接觸層，所述介質(zhì)材料層具有至少一個偏置孔。
6.如權(quán)利要求1所述的激光二極管，其特征在于還包括通過介質(zhì)材料層結(jié)合到所述泵激帶部分上的電接觸層，所述介質(zhì)材料層具有由一些孔形成的圖案，在所述泵激帶部分一側(cè)的所述孔的面積比在所述泵激帶部分的相對側(cè)的所述孔的面積大。
7.一種激光二極管，它包括放大部分，用于產(chǎn)生受激光發(fā)射；反饋部分，用于誘發(fā)所述產(chǎn)生的光的相干性；以及導(dǎo)引部分，用于改變所述放大部分的折射率。
8.如權(quán)利要求7所述的激光二極管，其特征在于所述導(dǎo)引部分包括所述放大部分的結(jié)構(gòu)特征變化。
9.如權(quán)利要求6所述的激光二極管，其特征在于所述導(dǎo)引部分包括加熱所述放大部分的加熱元件。
10.如權(quán)利要求7所述的激光二極管，其特征在于所述導(dǎo)引部分包括用于改變流過所述放大部分的電流密度的部分。
11.一種激光二極管，它包括具有第一側(cè)和第二側(cè)的泵激帶部分；設(shè)置在所述泵激帶部分的所述第一側(cè)附近的加熱元件；和結(jié)合到所述泵激帶部分的光反饋部分。
12.如權(quán)利要求11所述的激光二極管，其特征在于還包括連接到所述加熱元件的電源。
13.一種激光二極管，它包括泵激帶部分；結(jié)合到所述泵激帶部分的觸點；和位于所述泵激帶部分和所述觸點之間的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層具有至少一個偏置孔。
14.一種激光二極管，它包括具有第一側(cè)和第二側(cè)的泵激帶部分；結(jié)合到所述泵激帶部分的觸點；位于所述泵激帶部分和所述觸點之間的介質(zhì)材料層，所述介質(zhì)材料層具有多個孔，所述泵激帶部分第二側(cè)上的孔的面積比所述泵激帶部分第一側(cè)上的孔的面積大；以及結(jié)合到所述泵激帶部分的光反饋部分。
15.一種操作激光二極管的方法，所述方法包括在泵激帶部分中產(chǎn)生光；以及改變所述泵激帶部分的折射率。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于借助于加熱元件來改變所述折射率。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于通過改變所述泵激帶部分中電流的流動來改變所述折射率。
全文摘要
一種大功率激光二極管包括具有變折射率的泵激帶部分。所述變折射率可以減少現(xiàn)有技術(shù)中大功率激光二極管的自聚焦現(xiàn)象，從而提供高質(zhì)量的輸出光束。折射率可以從泵激帶部分的一側(cè)到另一側(cè)變化?？梢酝ㄟ^改變泵激帶部分的結(jié)構(gòu)特征，例如激光二極管各層的摻雜或者厚度來改變折射率?？梢栽谡麄€泵激帶部分上建立熱梯度，以便改變所述折射率?？梢酝ㄟ^沿著泵激帶部分一側(cè)集成發(fā)熱元件或者產(chǎn)生流過泵激帶部分的不均勻電流來建立所述熱梯度。
文檔編號H01S5/10GK1669193SQ03805248
公開日2005年9月14日 申請日期2003年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月4日
發(fā)明者J·E·昂加爾 申請人:昆特森斯光電技術(shù)公司