一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器及其制备方法与流程

本发明涉及光电子技术领域，具体是一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器及其制备方法。

背景技术：

algainp红光半导体激光器具有价格低、寿命长的特点，在激光器指示及工业测量等领域有着广泛的应用前景。这其中很多应用对光斑质量有要求，但传统的半导体激光器由于发光区横纵方向的宽度不对称，造成激光器的远场光斑呈狭长型：平行于结平面方向上的发散角5°-20°，垂直于结平面方向上的发散角高达30°-60°，光斑整体呈椭圆形。这种不对称的远场光斑极大地限制了半导体激光器的应用，在制作点光源或者需要耦合进入光纤时，需要对半导体激光器进行光斑整形，一般通过柱透镜压缩垂直发散角。这种光学调整，不仅需要较高的精度，也增加了激光器应用的成本。

降低algainp红光半导体激光器光斑纵横模比，可以在后续使用中提高光斑耦合效率。目前的研究主要集中在以下方向，包括：(1)大光腔宽波导结构，利用较厚的波导层，提高有源区光场扩展，从而降低垂直发散角；但是厚波导会带来应变积累，增大有源区的散热难度，使结温升高，恶化性能；(2)降低垂直方向上的光限制因子，使光渗入限制层，扩大发光面积，有效增加光场宽度；但由于光场和限制层交叠，自由载流子吸收严重，导致阈值电流增大、发光效率降低。

针对上述情况，我们需要设计一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器及其制备方法，这是我们亟待解决的问题之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器及其制备方法，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器，所述激光器包括衬底，所述衬底上方自下而上分别设置有缓冲层、渐变下过渡层、下限制层、折射率反渐变下波导层、量子阱层、折射率反渐变上波导层、第一上限制层、模式扩展层、第二上限制层、腐蚀终止层、第三上限制层、上过渡层和帽层。

较优化的方案，所述折射率反渐变下波导层为(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层，其中0.4≤x3≤0.6，0.4≤y3≤0.6；所述折射率反渐变上波导层为(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层，其中0.4≤x7≤0.6，0.4≤y5≤0.6。

较优化的方案，所述模式扩展层为(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层，其中0.1≤x9≤0.45，0.4≤y7≤0.6。

较优化的方案，所述量子阱层自下而上包括：

ga1-x4inx4p第一量子阱，0.5≤x4≤0.7；

(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层，0.3≤x5≤0.6，0.4≤y4≤0.6；

ga1-x6inx6p第二量子阱，0.5≤x6≤0.7；

其中所述ga1-x4inx4p第一量子阱在折射率反渐变下波导层上生长，所述第一上限制层在ga1-x6inx6p第二量子阱上生长。

较优化的方案，所述衬底为gaas衬底，所述缓冲层为gaas缓冲层；所述帽层为gaas帽层；

所述渐变下过渡层为(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层，0.05≤x1≤0.7，0.4≤y1≤0.6；

所述下限制层为(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层，0.05≤x2≤0.4，0.4≤y2≤0.6；

所述第一上限制层为(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层，0.05≤x8≤0.4，0.4≤y6≤0.6；

所述第二上限制层为(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层，0.05≤x10≤0.4，0.4≤y8≤0.6；

所述腐蚀终止层为ga1-x11inx11p腐蚀终止层，0.4≤x11≤0.6；

所述第三上限制层为(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层，0.05≤x12≤0.4，0.4≤y9≤0.6；

所述上过渡层为ga1-x13inx13p上过渡层，0.4≤x13≤0.6。

本发明设计了一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器，其中自下而上包括gaas衬底、gaas缓冲层、(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层、(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层、(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层、ga1-x4inx4p第一量子阱、(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层、ga1-x6inx6p第二量子阱、(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层、(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层、(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层、(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层、ga1-x11inx11p腐蚀终止层、(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层、ga1-x13inx13p上过渡层和gaas帽层。

其中(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层、(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层可起到以下技术效果：

1、折射率反渐变波导层的设计反渐变可以减少垂直发散角，使得阈值电流不会明显增大，同时保证了波导层和限制层之间的光限制因子，在低阈值电流情况下扩展广场；同时折射率反渐变波导层也不需要增加波导层的厚度，避免出现增大有源区的散热难度，结温升高，恶化性能等情况的发生。

2、折射率反渐变波导层的设计能够提高量子阱局限光的能力，降低光的扩散。

同时本发明还设计了(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层，可以有效限制光的扩散，降低限制层载流子吸光产生热量导致性能退化。

较优化的方案，一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器的制备方法，包括以下步骤：

1)准备gaas衬底；

2)gaas缓冲层的生长；

3)(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层的生长；

4)(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层的生长；

5)(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层的生长；

6)量子阱层的生长；

a)ga1-x4inx4p第一量子阱的生长；

b)(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层的生长；

c)ga1-x6inx6p第二量子阱的生长；

7)(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层的生长；

8)(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层的生长；

9)(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层的生长；

10)(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层的生长；

11)ga1-x11inx11p腐蚀终止层的生长；

12)(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层的生长；

13)ga1-x13inx13p上过渡层和gaas帽层的生长；

14)封装，得到成品。

较优化的方案，包括以下步骤：

1)准备gaas衬底：将gaas衬底放在mocvd设备生长室内，h2环境下升温到710-730℃烘烤，再通入ash3，进行表面热处理；

2)gaas缓冲层的生长：降温至670-690℃，继续通入tmga和ash3，在gaas衬底上生长gaas缓冲层；

3)(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层的生长：缓慢升温至690-710℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在gaas缓冲层上生长(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层；

4)(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层的生长：保持温度为690-710℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层上生长n型(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层；

5)(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层的生长：缓慢降温至640-660℃，通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层上生长(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层；

6)量子阱层的生长：

a)ga1-x4inx4p第一量子阱的生长：保持温度为640-660℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层上生长ga1-x4inx4p第一量子阱；

b)(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层的生长：保持温度为640-660℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在ga1-x4inx4p第一量子阱上生长(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层；

c)ga1-x6inx6p第二量子阱的生长：保持温度为640-660℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层上生长ga1-x6inx6p第二量子阱；

7)(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层的生长：缓慢升温至690-710℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在ga1-x6inx6p第二量子阱上生长(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层；

8)(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层的生长：保持温度为690-710℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层上生长p型(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层；

9)(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层的生长：保持温度为690-710℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层上生长p型(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层；

10)(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层的生长：保持温度为690-710℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层上生长p型(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层；

11)ga1-x11inx11p腐蚀终止层的生长：保持温度为690-710℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层上生长p型ga1-x11inx11p腐蚀终止层；

12)(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层的生长：保持温度为690-710℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在ga1-x11inx11p腐蚀终止层上生长p型(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层；

13)ga1-x13inx13p上过渡层的生长：缓慢降温至650-670℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层上生长p型ga1-x13inx13p上过渡层；

14)gaas帽层的生长：降温至530-550℃，继续通入tmga和ash3，在ga1-x13inx13p上过渡层上生长gaas帽层；

15)封装，得到成品。

较优化的方案，包括以下步骤：

1)准备gaas衬底：将gaas衬底放在mocvd设备生长室内，h2环境下升温到710-730℃烘烤，再通入ash3，进行表面热处理；本发明中首先将gaas衬底置于h2环境下升温烘烤，可以去除gaas衬底表面的水氧，完成表面热处理，同时通入ash3，去除生长室内残留的氢气等杂质，营造生长环境；

2)gaas缓冲层的生长：降温至670-690℃，继续通入tmga和ash3，在gaas衬底上生长gaas缓冲层；本发明步骤2)中通入tmga(三甲基稼)和ash3(砷烷)，由tmga和ash3在h2环境中反应，调整温度为690-710℃，在gaas衬底上生长gaas缓冲层，可以降低gaas衬底材料的表面应力，减少直接在衬底上生长造成的缺陷，提高外延层的表面质量；

3)(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层的生长：缓慢升温至690-710℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在gaas缓冲层上生长(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层，其中0.05≤x1≤0.7，0.4≤y1≤0.6；本发明步骤3)中通入tmin(三甲基铟)、tmal(三甲基铝)、tmga和ph3(磷烷)，在h2环境中反应，在gaas缓冲层上生长(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层；

4)(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层的生长：保持温度为690-710℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层上生长n型(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层，其中0.05≤x2≤0.4，0.4≤y2≤0.6；本发明步骤4)通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层上生长n型(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层；

5)(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层的生长：缓慢降温至640-660℃，通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层上生长(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层，其中0.4≤x3≤0.6，0.4≤y3≤0.6；(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层的厚度为0.05-0.15μm，非故意掺杂；现如今常规均使用折射率正渐变下波导层，该正渐变波导层虽然能够扩展光场，但是会损害光限制因子，导致阈值电流增加，因此本发明步骤5)生长(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层，不仅能够提高量子阱层的局限光的能力，还能够在不损害光限制因子的情况下，扩展光场；

6)量子阱层的生长：

a)ga1-x4inx4p第一量子阱的生长：保持温度为640-660℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层上生长ga1-x4inx4p第一量子阱，其中0.5≤x4≤0.7；

b)(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层的生长：保持温度为640-660℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在ga1-x4inx4p第一量子阱上生长(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层，其中0.3≤x5≤0.6，0.4≤y4≤0.6；

c)ga1-x6inx6p第二量子阱的生长：保持温度为640-660℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层上生长ga1-x6inx6p第二量子阱，其中0.5≤x6≤0.7；

7)(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层的生长：缓慢升温至690-710℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在ga1-x6inx6p第二量子阱上生长(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层，其中0.4≤x7≤0.6，0.4≤y5≤0.6；(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层的厚度为0.05-0.15μm，非故意掺杂；

8)(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层的生长：保持温度为690-710℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层上生长p型(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层，其中0.05≤x8≤0.4，0.4≤y6≤0.6；本发明步骤6)-步骤7)进行(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层、(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层的生长；

9)(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层的生长：保持温度为690-710℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层上生长p型(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层，其中0.1≤x9≤0.45，0.4≤y7≤0.6；(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层的厚度为0.02-0.1μm，掺杂浓度为3e17-7e17个原子/cm³；本发明步骤9)进行(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层的生长，该模式扩展层可以降低光斑纵横模比，减少光的扩散，避免出现限制层载流子吸光产生热量导致性能退化的情况；

10)(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层的生长：保持温度为690-710℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层上生长p型(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层，其中0.05≤x10≤0.4，0.4≤y8≤0.6；

11)ga1-x11inx11p腐蚀终止层的生长：保持温度为690-710℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层上生长p型ga1-x11inx11p腐蚀终止层，其中0.4≤x11≤0.6；

12)(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层的生长：保持温度为690-710℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在ga1-x11inx11p腐蚀终止层上生长p型(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层，其中0.05≤x12≤0.4，0.4≤y9≤0.6；

13)ga1-x13inx13p上过渡层的生长：缓慢降温至650-670℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层上生长p型ga1-x13inx13p上过渡层；其中0.4≤x13≤0.6；

14)gaas帽层的生长：降温至530-550℃，继续通入tmga和ash3，在ga1-x13inx13p上过渡层上生长gaas帽层；

15)封装，得到成品。本发明步骤10)-步骤14)进行激光器各层生长，该生长步骤均为常规加工工艺；

较优化的方案，步骤3)中，(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层的厚度为0.1-0.3μm，掺杂浓度为1e18-3e18个原子/cm³；

步骤4)中，(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层的厚度为0.5-1.5μm，掺杂浓度为5e17-3e18个原子/cm³；

步骤6)中，ga1-x4inx4p第一量子阱的厚度为5-8nm，非故意掺杂；(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层的厚度为5-10nm，非故意掺杂；ga1-x6inx6p第二量子阱的厚度为5-8nm，非故意掺杂；

步骤8)中，(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层的厚度为0.05-0.15μm，掺杂浓度为3e17-7e17个原子/cm³；

步骤10)中，(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层的厚度为0.05-0.15μm，掺杂浓度为3e17-7e17个原子/cm³；

步骤11)中，ga1-x11inx11p腐蚀终止层的厚度为0.01-0.05μm，掺杂浓度为5e17-1.2e18个原子/cm³；

步骤12)中，(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层的厚度为0.5-1.2μm，掺杂浓度为5e17-1.2e18个原子/cm³；

步骤13)中，ga1-x13inx13p上过渡层的厚度为0.01-0.05μm，掺杂浓度为1e18-3e18个原子/cm³；

步骤14)中，gaas帽层的厚度为0.1-0.5μm，掺杂浓度为4e19-1e20个原子/cm³。

较优化的方案，步骤3)中，(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层的厚度为0.2μm，掺杂浓度为2e18个原子/cm³，其中0.1≤x1≤0.5，y1＝0.5；

步骤4)中，(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层的厚度为1.0μm，掺杂浓度为1e18个原子/cm³，其中x2＝0.2，y2＝0.5；

步骤5)中，(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层的厚度为0.05μm，非故意掺杂，其中0.5≤x3≤0.55，y2＝0.5；

步骤6)中，ga1-x4inx4p第一量子阱的厚度为5nm，非故意掺杂，其中x4＝0.6；(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层的厚度为8nm，非故意掺杂，其中x5＝0.4，y4＝0.5；ga1-x6inx6p第二量子阱的厚度为5nm，非故意掺杂，其中x6＝0.6；

步骤7)中，(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层的厚度为0.05μm非故意掺杂，其中0.5≤x7≤0.55，y5＝0.5；

步骤8)中，(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层的厚度为0.1μm，掺杂浓度为5e17个原子/cm³，其中x8＝0.2，y6＝0.5；

步骤9)中，(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层的厚度为0.05μm，掺杂浓度为5e17个原子/cm³，其中x9＝0.25，y7＝0.5；

步骤10)中，(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层的厚度为0.05μm，掺杂浓度为5e17个原子/cm³，其中x10＝0.2，y8＝0.5；

步骤11)中，ga1-x11inx11p腐蚀终止层的厚度为0.01μm，掺杂浓度为1e18个原子/cm³，其中x11＝0.5；

步骤12)中，(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层的厚度为0.8μm，掺杂浓度为1e18个原子/cm³，其中x12＝0.2，y9＝0.5；

步骤13)中，ga1-x13inx13p上过渡层的厚度为0.02μm，掺杂浓度为2e18个原子/cm³，其中x13＝0.5；

步骤14)中，gaas帽层的厚度为0.2μm，掺杂浓度为7e19个原子/cm³。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明公开了一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器及其制备方法，对激光器结构进行优化，设计了反渐变波导层、模式扩展层等结构，能够在不损害垂直方向光限制因子的前提下扩展光场，从而实现较薄波导层时的近圆形光斑，使得光斑的纵横模比为1.5-1.7，有利于algainp半导体激光器的进一步应用；工艺设计合理，操作简单，具体较高的实用性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器的整体结构示意图；

图2为本发明一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器及其制备方法的实施例1制备的激光器发射光斑示意图；

图3为常规激光器发射光斑示意图。

图中：1-gaas衬底、2-gaas缓冲层、3-(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层、4-(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层、5-(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层、6-ga1-x4inx4p第一量子阱、7-(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层、8-ga1-x6inx6p第二量子阱、9-(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层、10-(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层、11-(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层、12-(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层、13-ga1-x11inx11p腐蚀终止层、14-(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层、15-ga1-x13inx13p上过渡层、16-gaas帽层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

s1：准备gaas衬底1，将gaas衬底1放在mocvd设备生长室内，h2环境下升温到710℃烘烤，再通入ash3，进行表面热处理；

s2：降温至670℃，继续通入tmga和ash3，在gaas衬底1上生长gaas缓冲层2；

s3：缓慢升温至690℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在gaas缓冲层2上生长(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层3，其中x1为0.05，y1为0.4，(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层3的厚度为0.1μm，掺杂浓度为1e18个原子/cm³；

s4：保持温度为690℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层3上生长n型(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层4，其中x2为0.05，y2为0.4，(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层4的厚度为0.5μm，掺杂浓度为5e17个原子/cm³；

s5：缓慢降温至640℃，通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层4上生长(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层5，其中x3由0.6渐变至0.4，y3为0.45；(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层5的厚度为0.05μm，非故意掺杂；

s6：保持温度为640℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层5上生长ga1-x4inx4p第一量子阱6，其中x4为0.5，ga1-x4inx4p第一量子阱的厚度为5nm，非故意掺杂；

s7：保持温度为640℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在ga1-x4inx4p第一量子阱6上生长(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层7，其中x5为0.3，y4为0.4，(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层7的厚度为5nm，非故意掺杂；

s8：保持温度为640℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层7上生长ga1-x6inx6p第二量子阱8，其中x6为0.5，ga1-x6inx6p第二量子阱8的厚度为5nm，非故意掺杂；

s9：缓慢升温至690℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在ga1-x6inx6p第二量子阱8上生长(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层9，其中x7为0.4渐变至0.6，y5为0.45；(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层9的厚度为0.05μm，非故意掺杂；

s10：保持温度为690℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层9上生长p型(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层10，其中x8为0.05，y6为0.4，(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层10的厚度为0.05μm，掺杂浓度为3e17个原子/cm³；

s11：保持温度为690℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层10上生长p型(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层11，其中x9为0.1，y7为0.46；(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层11的厚度为0.02μm，掺杂浓度为3e17个原子/cm³；

s12：保持温度为690℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层11上生长p型(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层12，其中x10为0.05，y8为0.4，(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层12的厚度为0.05μm，掺杂浓度为3e17个原子/cm³；

s13：保持温度为690℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层12上生长p型ga1-x11inx11p腐蚀终止层13，其中x11为0.4，ga1-x11inx11p腐蚀终止层13的厚度为0.01μm，掺杂浓度为5e17个原子/cm³；

s14：保持温度为690℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在ga1-x11inx11p腐蚀终止层13上生长p型(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层14，其中x12为0.05，y9为0.4，(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层14的厚度为0.5μm，掺杂浓度为5e17个原子/cm³；

s15：缓慢降温至650℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层14上生长p型ga1-x13inx13p上过渡层15；其中x13为0.4，ga1-x13inx13p上过渡层15的厚度为0.01μm，掺杂浓度为1e18个原子/cm³；

s16：降温至530℃，继续通入tmga和ash3，在ga1-x13inx13p上过渡层15上生长gaas帽层16，gaas帽层16的厚度为0.1μm，掺杂浓度为4e19个原子/cm³；

s17：封装，得到成品。

实施例2：

s1：准备gaas衬底1，将gaas衬底1放在mocvd设备生长室内，h2环境下升温到720℃烘烤，再通入ash3，进行表面热处理；

s2：降温至680℃，继续通入tmga和ash3，在gaas衬底1上生长gaas缓冲层2；

s3：缓慢升温至700℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在gaas缓冲层2上生长(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层3，其中x1为0.5，y1为0.5，(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层3的厚度为0.2μm，掺杂浓度为2e18个原子/cm³；

s4：保持温度为700℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层3上生长n型(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层4，其中x2为0.3，y2为0.5，(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层4的厚度为1.0μm，掺杂浓度为5e17-3e18个原子/cm³；

s5：缓慢降温至650℃，通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层4上生长(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层5，其中x3由0.55渐变至0.4，y3为0.5；(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层5的厚度为0.1μm，非故意掺杂；

s6：保持温度为650℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层5上生长ga1-x4inx4p第一量子阱6，其中x4为0.6，ga1-x4inx4p第一量子阱的厚度为6nm，非故意掺杂；

s7：保持温度为650℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在ga1-x4inx4p第一量子阱6上生长(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层7，其中x5为0.55，y4为0.5，(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层7的厚度为8nm，非故意掺杂；

s8：保持温度为650℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层7上生长ga1-x6inx6p第二量子阱8，其中x6为0.6，ga1-x6inx6p第二量子阱8的厚度为6nm，非故意掺杂；

s9：缓慢升温至700℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在ga1-x6inx6p第二量子阱8上生长(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层9，其中x7由0.4渐变至0.55，y5为0.5；(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层9的厚度为0.10μm，非故意掺杂；

s10：保持温度为700℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层9上生长p型(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层10，其中x8为0.3，y6为0.55，(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层10的厚度为0.09μm，掺杂浓度为5e17个原子/cm³；

s11：保持温度为700℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层10上生长p型(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层11，其中x9为0.4，y7为0.55；(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层11的厚度为0.06μm，掺杂浓度为6e17个原子/cm³；

s12：保持温度为700℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层11上生长p型(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层12，其中x10为0.3，y8为0.55；(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层12的厚度为0.09μm，掺杂浓度为5e17个原子/cm³；

s13：保持温度为700℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层12上生长p型ga1-x11inx11p腐蚀终止层13，其中x11为0.45，ga1-x11inx11p腐蚀终止层13的厚度为0.03μm，掺杂浓度为9e17个原子/cm³；

s14：保持温度为700℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在ga1-x11inx11p腐蚀终止层13上生长p型(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层14，其中x12为0.2，y9为0.45，(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层14的厚度为0.8μm，掺杂浓度为8e17个原子/cm³；

s15：缓慢降温至660℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层14上生长p型ga1-x13inx13p上过渡层15；其中x13为0.55，ga1-x13inx13p上过渡层15的厚度为0.03μm，掺杂浓度为2e18个原子/cm³；

s16：降温至540℃，继续通入tmga和ash3，在ga1-x13inx13p上过渡层15上生长gaas帽层16，gaas帽层16的厚度为0.3μm，掺杂浓度为7e19个原子/cm³；

s17：封装，得到成品。

实施例3：

s1：准备gaas衬底1，将gaas衬底1放在mocvd设备生长室内，h2环境下升温到730℃烘烤，再通入ash3，进行表面热处理；

s2：降温至690℃，继续通入tmga和ash3，在gaas衬底1上生长gaas缓冲层2；

s3：缓慢升温至710℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在gaas缓冲层2上生长(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层3，其中x1为0.7，y1为0.6，(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层3的厚度为0.3μm，掺杂浓度为3e18个原子/cm³；

s4：保持温度为710℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层3上生长n型(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层4，其中x2为0.4，y2为0.6，(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层4的厚度为1.5μm，掺杂浓度为3e18个原子/cm³；

s5：缓慢降温至660℃，通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层4上生长(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层5，其中x3为由0.5渐变至0.4，y3为0.55；(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层5的厚度为0.15μm，非故意掺杂；

s6：保持温度为660℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层5上生长ga1-x4inx4p第一量子阱6，其中x4为0.7，ga1-x4inx4p第一量子阱的厚度为8nm，非故意掺杂；

s7：保持温度为660℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在ga1-x4inx4p第一量子阱6上生长(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层7，其中x5为0.6，y4为0.6，(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层7的厚度为10nm，非故意掺杂；

s8：保持温度为660℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层7上生长ga1-x6inx6p第二量子阱8，其中x6为0.7，ga1-x6inx6p第二量子阱8的厚度为8nm，非故意掺杂；

s9：缓慢升温至710℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在ga1-x6inx6p第二量子阱8上生长(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层9，其中x7为由0.4渐变至0.5，y5为0.55；(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层9的厚度为0.15μm，非故意掺杂；

s10：保持温度为710℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层9上生长p型(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层10，其中x8为0.4，y6为0.6，(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层10的厚度为0.15μm，掺杂浓度为7e17个原子/cm³；

s11：保持温度为710℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层10上生长p型(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层11，其中x9为0.45，y7为0.6；(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层11的厚度为0.1μm，掺杂浓度为7e17个原子/cm³；

s12：保持温度为710℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层11上生长p型(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层12，其中x10为0.4，y8为0.6，(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层12的厚度为0.15μm，掺杂浓度为7e17个原子/cm³；

s13：保持温度为710℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层12上生长p型ga1-x11inx11p腐蚀终止层13，其中x11为0.6，ga1-x11inx11p腐蚀终止层13的厚度为0.05μm，掺杂浓度为1.2e18个原子/cm³；

s14：保持温度为710℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在ga1-x11inx11p腐蚀终止层13上生长p型(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层14，其中x12为0.4，y9为0.6，(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层14的厚度为1.2μm，掺杂浓度为1.2e18个原子/cm³；

s15：缓慢降温至670℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层14上生长p型ga1-x13inx13p上过渡层15；其中x13为0.6，ga1-x13inx13p上过渡层15的厚度为0.05μm，掺杂浓度为3e18个原子/cm³；

s16：降温至550℃，继续通入tmga和ash3，在ga1-x13inx13p上过渡层15上生长gaas帽层16，gaas帽层16的厚度为0.5μm，掺杂浓度为1e20个原子/cm³；

s17：封装，得到成品。

实施例4：

s1：准备gaas衬底1，将gaas衬底1放在mocvd设备生长室内，h2环境下升温到720℃烘烤，再通入ash3，进行表面热处理；

s2：降温至680℃，继续通入tmga和ash3，在gaas衬底1上生长gaas缓冲层2；

s3：缓慢升温至700℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在gaas缓冲层2上生长(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层3，其中x1为0.3，y1为0.5，(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层3的厚度为0.2μm，掺杂浓度为2e18个原子/cm³；

s4：保持温度为695℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层3上生长n型(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层4，其中x2为0.2，y2为0.5，(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层4的厚度为1.0μm，掺杂浓度为1e18个原子/cm³；

s5：缓慢降温至650℃，通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层4上生长(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层5，其中x3由0.55渐变至0.5，y3为0.5；(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层5的厚度为0.05μm，非故意掺杂；

s6：保持温度为650℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层5上生长ga1-x4inx4p第一量子阱6，其中x4为0.6，ga1-x4inx4p第一量子阱的厚度为5nm，非故意掺杂；

s7：保持温度为645℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在ga1-x4inx4p第一量子阱6上生长(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层7，其中x5为0.4，y4为0.5，(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层7的厚度为8nm，非故意掺杂；

s8：保持温度为655℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层7上生长ga1-x6inx6p第二量子阱8，其中x6为0.6，ga1-x6inx6p第二量子阱8的厚度为5nm，非故意掺杂；

s9：缓慢升温至700℃，继续通入tmal、tmin、tmga和ph3，在ga1-x6inx6p第二量子阱8上生长(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层9，其中x7由0.5渐变至0.55，y5为0.55；(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层9的厚度为0.05μm，非故意掺杂；

s10：保持温度为700℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层9上生长p型(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层10，其中x8为0.2，y6为0.5，(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层10的厚度为0.1μm，掺杂浓度为5e17个原子/cm³；

s11：保持温度为695℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层10上生长p型(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层11，其中x9为0.25，y7为0.5；(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层11的厚度为0.05μm，掺杂浓度为5e17个原子/cm³；

s12：保持温度为705℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层11上生长p型(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层12，其中x10为0.2，y8为0.5，(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层12的厚度为0.05μm，掺杂浓度为5e17个原子/cm³；

s13：保持温度为695℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层12上生长p型ga1-x11inx11p腐蚀终止层13，其中x11为0.5，ga1-x11inx11p腐蚀终止层13的厚度为0.01μm，掺杂浓度为1e18个原子/cm³；

s14：保持温度为695℃，继续通入tmin、tmal、tmga和ph3，在ga1-x11inx11p腐蚀终止层13上生长p型(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层14，其中x12为0.2，y9为0.5，(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层14的厚度为0.8μm，掺杂浓度为1e18个原子/cm³；

s15：缓慢降温至665℃，继续通入tmin、tmga和ph3，在(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层14上生长p型ga1-x13inx13p上过渡层15；其中x13为0.5，ga1-x13inx13p上过渡层15的厚度为0.02μm，掺杂浓度为2e18个原子/cm³；

s16：降温至540℃，继续通入tmga和ash3，在ga1-x13inx13p上过渡层15上生长gaas帽层16，gaas帽层16的厚度为0.2μm，掺杂浓度为7e19个原子/cm³；

s17：封装，得到成品。

实验：

取实施例1-4制备得到的激光器成品与市面上的常规激光器，分别点亮发光，观察光斑形状并检测光斑的纵横模比，得到如下结论。

1、观察市面上的常规激光器发射的光斑，整体呈现狭长型，(光斑形状如图3所示)；实施例1-4所发射的光斑整体偏圆润，为圆润椭圆形(其中实施例2制备的激光器所发射的光斑形状如图2所示)。

2、常规激光器所发射的光斑的纵横模比在2.3-3.5区间内，实施例1-4所发射的光斑的纵横模比在1.5-1.7区间内，远远小于常规激光器发射的光斑纵横模比。

本发明公开了一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器及其制备方法，对激光器结构进行优化，设计了反渐变波导层、模式扩展层等结构，能够在不损害垂直方向光限制因子的前提下扩展光场，从而实现较薄波导层时的近圆形光斑，使得光斑的纵横模比为1.5-1.7，有利于algainp半导体激光器的进一步应用；工艺设计合理，操作简单，具体较高的实用性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。