一种光子级联型边发射半导体激光器及制备方法

本发明涉及半导体激光器，具体涉及一种光子级联型边发射半导体激光器及制备方法。

背景技术：

1、半导体激光器是一种以一定的半导体材料为工作物质而产生激光的工作器件，其原理是：通过一定的激励方式在半导体材料的导带和价带之间实现载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。一般来说半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注入式、光泵式和高能电子束激励式，在半导体激光器中，性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注入式gaas二极管激光器。

2、半导体激光器有着许多优良的特性包括：效率高、体积小、结构简单、重量较轻且价格低。半导体激光器在各个方面都有着十分广泛的应用，包括精密加工，作为其他激光器的光源，以及在印刷业和医学领域的应用，半导体激光器所发出的光的波长为980nm，而980nm的半导体激光器在材料加工、激光医疗等诸多方向也有着非常广泛的应用。

3、固体激光器是以固体激光材料作为工作介质的一种激光器，固体激光器在军事、加工、医疗和科学研究领域都有着十分广泛的应用。它常用于测距、跟踪、制导、打孔、切割和焊接、半导体材料退火、电子器件微加工、大气检测、光谱研究、外科和眼科手术、等离子诊断、脉冲全息照相以及激光核聚变等方面，固体激光器还用作可调谐染料激光器的激励源。固体激光器的工作介质是在作为基质材料的晶体或玻璃中均匀掺入少量激活离子，比如在yag中掺入钕离子可以释放出波长为1050nm的近红外激光。固体激光器具有使用方便、输出功率比较大的优点，但是其缺点是结构较为复杂，并且价格较高。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种光子级联型边发射半导体激光器及制备方法。

2、本发明公开了一种光子级联型边发射半导体激光器，包括：激光巴条；

3、所述激光巴条的前腔面上依次设有第一高反膜和增透膜、后腔面上依次设有第一高反膜和第二高反膜；其中，第一高反膜对激光λ1高反射，第二高反膜对激光λ2高反射，增透膜对激光λ2透射；

4、所述激光巴条包括自下至上依次设置的n型gaas衬底、n型gaas缓冲层、n型下限制层、n型alx1ga1-x1as下波导层、有源区、p型alx2ga1-x2as上波导层、p型上限制层和p+型gaas欧姆接触层；其中，有源区产生激光λ1，n型alx1ga1-x1as下波导层和p型alx2ga1-x2as上波导层掺杂有相同的一种或多种稀土元素，稀土元素作为受激光λ1激发而产生激光λ2的增益介质。

5、作为本发明的进一步改进，在所述n型gaas缓冲层中，n型掺杂源包括但不限于sih4、si2h6中的一种，掺杂浓度为1×1018～1×1019/cm3。

6、作为本发明的进一步改进，

7、所述n型下限制层的材料类型包括但不限于alx3ga1-x3as、inp、alx3in1-x3as中的一种，当采用alx3ga1-x3as或alx3in1-x3as时，x3为0.3～0.5；n型掺杂源包括但不限于sih4、si2h6中的一种，掺杂浓度为1×1018～1×1019/cm3；

8、所述p型上限制层的材料类型包括但不限于alx4ga1-x4as、inp、alx4in1-x4as中的一种，当采用alx3ga1-x3as或alx3in1-x3as时，x3为0.3～0.5；p型掺杂源包括但不限于cbr4、dmzn、beme2中的一种，掺杂浓度为1×1018～1×1019/cm3。

9、作为本发明的进一步改进，

10、在所述n型alx1ga1-x1as下波导层中，x1为0.1～0.4，n型掺杂源包括但不限于sih4、si2h6中的一种，掺杂浓度为1×1016～1×1017/cm3；

11、在所述p型alx2ga1-x2as上波导层中，x2为0.1～0.4，p型掺杂源包括但不限于cbr4、dmzn、beme2中的一种，掺杂浓度为1×1016～1×1017/cm3。

12、作为本发明的进一步改进，所述n型alx1ga1-x1as下波导层或p型alx2ga1-x2as上波导层中掺杂的稀土元素包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪中的一种或多种，稀土元素的掺杂浓度在1×1019/cm3～1×1022/cm3。

13、作为本发明的进一步改进，所述有源区为多量子阱结构，所述有源区的材料类型包括但不限于inxga1-xas/gaas、inxga1-xas/alxga1-xas、inxga1-xas/gaas1-xpx、inxga1-xas/alxinyga1-x-yp中的一种。

14、作为本发明的进一步改进，在p+型gaas欧姆接触层中，p型掺杂源包括但不限于cbr4、dmzn、beme2中的一种，掺杂浓度为1×1019～1×1021/cm3。

15、作为本发明的进一步改进，所述第一高反膜对激光λ1的反射率为98％-100％，所述第一高反膜的材料包括但不限于al2o3、ta2o5、tio2、zro2、mgo、cef、sinx、sio2中的一种或多种。

16、作为本发明的进一步改进，

17、所述第二高反膜对激光λ2的反射率为98％-100％，所述第二高反膜的材料包括但不限于al2o3、ta2o5、tio2、zro2、mgo、cef、sinx、sio2中的一种或多种；

18、所述增透膜对激光λ2的反射率为0-2％，所述增透膜的材料包括但不限于al2o3、ta2o5、tio2、zro2、mgo、cef、sinx、sio2中的一种或多种。

19、本发明还公开了一种光子级联型边发射半导体激光器的制备方法，包括：

20、准备一n型gaas衬底；

21、利用mocvd或mbe外延生长技术，在所述n型gaas衬底表面制备n型gaas缓冲层，生长温度为500～700℃；

22、在所述n型gaas缓冲层表面外延生长n型下限制层，生长温度为600～800℃；

23、在所述n型下限制层表面外延生长掺杂有稀土元素的n型alx1ga1-x1as下波导层，生长温度为700～1000℃；

24、在所述n型alx1ga1-x1as下波导层表面外延生长有源区，生长温度为600～800℃；

25、在所述有源区表面外延生长掺杂有稀土元素的p型alx2ga1-x2as上波导层，生长温度为700～1000℃；

26、在所述p型alx2ga1-x2as上波导层表面外延生长p型上限制层，生长温度为600～800℃；

27、在所述p型上限制层表面外延生长p+型gaas欧姆接触层，生长温度为600～800℃；

28、将上述得到的半导体激光外延片制备为半导体激光芯片，并解理成激光巴条；

29、在所述激光巴条的前腔面和后腔面制备第一高反膜；

30、在所述激光巴条的后腔面的第一高反膜上制备第二高反膜；

31、在所述激光巴条的前腔面的第一高反膜上制备增透膜。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

33、本发明在半导体激光器的结构中加入稀土掺杂的波导层，让有源区产生的半导体激光λ1激发位于上波导层、下波导层中的稀土元素产生另一波段的激光λ2，进行输出；本发明可兼顾固体激光器可产生窄线宽、脉冲光以及半导体激光器结构简单、体积小、效率高、成本低的优势。