发明名称 高功率半导体雷射结构
摘要 本发明系关于一种高功率半导体雷射(high-power semiconductor laser)结构,其主要系在一发光半导体中形成一波导结构,且该波导结构具有可传导光波之数个波导,各个波导和该发光半导体之间的界面形成可反射光波之反射面,该发光半导体之端面处形成数个劈切面,各个劈切面系由前述之波导延伸至该发光半导体之端面所形成,且系作为反射或透射出光波之结构,但至少具有一劈切面系可透射出光波之结构。另外,各个波导的方向至少在衔接所对应之劈切面的局部区域与该劈切面之方向不互相垂直。因此,本发明之高功率半导体雷射至少可提升功率至2W,同时远比目前其它半导体雷射之绕射极限光束功率高,又具有平缓之近场分布,而可减缓加速性光学破坏之发生。
申请公布号 TWI220810 申请公布日期 2004.09.01
申请号 TW092110140 申请日期 2003.04.30
申请人 国立台湾大学 发明人 林清富;蔡家伟;蔡志宏;苏益信
分类号 H01S5/20 主分类号 H01S5/20
代理机构 代理人 洪尧顺 台北市内湖区行爱路一七六号三楼
主权项 1.一种高功率半导体雷射结构,其主要系在一发光半导体中形成一波导结构;该波导结构具有可传导光波之数个波导,各个波导的边缘可作为反射光波之反射面;该发光半导体之端面处形成数个劈切面,各个劈切面系由前述之波导延伸至该发光半导体之端面所形成,且系作为反射或透射出光波之结构,但至少具有一劈切面系可透射出光波之结构;前述之各个波导的方向至少在衔接所对应之劈切面的局部区域与该劈切面之方向不互相垂直。2.根据申请专利范围第1项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构具有可传导光波之一波导,该波导之两端延伸至该发光半导体之端面而形成二劈切面。3.根据申请专利范围第2项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构之波导的方向至少在衔接所对应之劈切面的局部区域与该劈切面之法线夹角系可以在3至50度的范围内。4.根据申请专利范围第2项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构之波导中具有一适当之转折角。5.根据申请专利范围第1项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构至少具有两个可传导光波之波导,且该发光半导体之端面形成三个劈切面,各个劈切面系由各个对应之波导所连通,使得光波可依序在各个波导中传递。6.根据申请专利范围第5项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构具有可传导光波之二波导,且该波导结构之各个波导与该劈切面之法线的夹角可在3到40度之范围内。7.根据申请专利范围第5项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构中,至少一波导具有一适当之转折角。8.根据申请专利范围第1项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构至少具有两个可传导光波之波导,且该发光半导体之端面形成四个劈切面,各个劈切面系由各个对应之波导所连通,使得光波可在各个波导中传递。9.根据申请专利范围第8项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构具有三个可传导光波之波导,各个劈切面系由各个对应之波导所连通,使得光波可依序在各个波导中传递。10.根据申请专利范围第8项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构具有四个可传导光波之波导,各个劈切面系由各个对应之波导所连通,使得光波可依序在各个波导中传递。11.根据申请专利范围第8或第9或第10项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构中,至少一波导具有一适当之转折角。12.根据申请专利范围第9项之高功率半导体雷射结构,其中,该发光半导体在两相对之端面分别形成二个劈切面,四个该劈切面系由各个对应之波导所连通,且三个波导中的两个系形成平行结构,而第三个波导则系连通前述之二波导之位于不同端面的二劈切面,使得光波可在各个波导中传递;前述相互平行之二波导与其分别对应之劈切镜面的法线夹角可在3到40度的范围内;前述之第三个波导与其对应之劈切镜面的法线夹角大小,系前述二波导结构与其分别对应之劈切镜面法线夹角之二倍。13.根据申请专利范围第9项之高功率半导体雷射结构,其中,该发光半导体在两相对之端面分别形成二个劈切面,四个该劈切面系由各个对应之波导所连通,且三个波导中的两个系形成交错结构,而第三个波导则系具有一适当之转折角并连通前述之二波导同侧但不同端面之二劈切面,使得光波可在各个波导中传递。14.根据申请专利范围第1项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构至少具有三个可传导光波之波导,且该发光半导体之端面形成五个劈切面,各个劈切面系由各个对应之波导所连通,使得光波可在波导中传递。15.根据申请专利范围第14项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构具有四个可传导光波之波导,各个劈切面系由各个对应之波导所连通,使得光波可在各个波导中传递。16.根据申请专利范围第14项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构至少具有五个可传导光波之波导,且该发光半导体之端面形成五个劈切面,各个劈切面系由各个对应之波导所连通,使得光波可在各个波导中传递。17.根据申请专利范围第14或第15或第16项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构中,至少一波导具有一适当之转折角。18.根据申请专利范围第1或第2或第5或第8或第14项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构系形成脊状波导结构。19.根据申请专利范围第18项之高功率半导体雷射结构,其中,该脊状波导结构系藉由乾蚀刻(dryetching)技术或化学蚀刻(chemical etching)技术所达成。20.根据申请专利范围第18项之高功率半导体雷射结构,其中,该脊状波导结构之两侧系蚀刻至比脊状波导结构低,而此蚀刻深度系可以至一主动层(active layer)上方200nm或至该主动层(active layer)下方。21.根据申请专利范围第1或第2或第5或第8或第14项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构系形成深埋异质介面结构(buried hetero-structure)。22.根据申请专利范围第1或第2或第5或第8或第14项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导内部的等效折射率系大于该波导结构外部的等效折射率。23.根据申请专利范围第1或第2或第5或第8或第14项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构中的各个波导系使得光波至少在其内部之反射面上的二处位置发生反射。24.根据申请专利范围第1或第2或第5或第8或第14项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构中的各个波导宽度系大于10m。25.根据申请专利范围第1或第2或第5或第8或第14项之高功率半导体雷射结构,其中,各个劈切面中除了输出光波之劈切面外,至少有一个劈切面系镀上适当之高反射率镀膜。26.根据申请专利范围第1或第2或第5或第8或第14项之高功率半导体雷射结构,其中,光波至少能经由一劈切面而入射至一外腔结构(external-cavityconfiguration)后,再反射回该发光半导体。27.根据申请专利范围第26项之高功率半导体雷射结构,其中,该外腔结构系形成一镜面结构。28.根据申请专利范围第1或第2或第5或第8或第14项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构中的波导系以较宽之波导设计。29.根据申请专利范围第28项之高功率半导体雷射结构,其中,该波导结构中的波导系以较宽之波导设计,特别系可至少超过10m以上的波导宽度。图式简单说明:第一图为显示本发明高功率半导体雷射结构之第一种实施利之剖面示意图。第二图为显示本发明高功率半导体雷射结构之第二种实施利之剖面示意图。第三图为显示本发明高功率半导体雷射结构之第三种实施利之剖面示意图。第四图为显示本发明高功率半导体雷射结构之第四种实施利之剖面示意图。第五图为显示本发明高功率半导体雷射结构之第五种实施利之剖面示意图。第六图为显示本发明高功率半导体雷射结构之第六种实施利之剖面示意图。第七图为显示本发明高功率半导体雷射结构之第七种实施利之剖面示意图。第八图为显示本发明高功率半导体雷射结构之第八种实施利之剖面示意图。第九图为显示本发明高功率半导体雷射结构之具有外腔结构之剖面示意图。第十图为显示本发明高功率半导体雷射结构在无回馈光下的光-电流关系图。第十一图为显示本发明高功率半导体雷射结构共振前,其雷射光之远场分布图。第十二图为显示本发明高功率半导体雷射结构共振前,其雷射之光谱。第十三图为显示本发明高功率半导体雷射结构共振后,其雷射光之远场分布图。第十四图为显示本发明高功率半导体雷射结构共振后,其雷射之光谱。第十五图为显示本发明高功率半导体雷射结构共振后,其一镜面发出光回馈的光-电流关系图。第十六(a)图为显示本发明高功率半导体雷射结构共振后,其雷射在有回馈光下发光远场的全角度扫描图。第十六(b)图为显示本发明高功率半导体雷射结构共振后,其雷射在有回馈光下发光远场在主要发射角附近的扫描图。第十七图为显示对应第十六(a)及(b)图之远场的近场分布图。
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