准连续域束缚态电注入激光器结构及半导体激光器

本发明涉及微纳结构及半导体激光器，尤其涉及一种准连续域束缚态电注入激光器结构及半导体激光器。

背景技术：

1、窄线宽大功率半导体激光器在通讯、传感、扫描、探测等领域具备广泛的应用前景。通过在谐振腔中集成布拉格光栅作为纵模选择结构，可以压窄激光光谱线宽，如dfb激光器和dbr激光器。

2、现有技术中，窄线宽半导体激光器的光栅结构可以在一次生长芯片的有源层附近利用光刻和刻蚀手段构建出来，之后再将芯片放入外延设备中继续完成生长工艺，但是，这种二次外延光栅需要涉及到工艺中断，复杂、昂贵且耗时，同时可能会引入杂质与缺陷，影响器件的可靠性和成品性。窄线宽半导体激光器的光栅结构还可以在外延芯片p面光波导表面或侧壁直接刻蚀光栅，构造高阶表面光栅结构，避免二次外延，但是，在窄线宽激光器中，布拉格光栅沿不同方向的衍射不可避免地造成输出功率的损耗，影响半导体激光器的性能。

技术实现思路

1、针对现有技术问题，本发明提供一种准连续域束缚态电注入激光器结构及半导体激光器，用于解决现有技术中存在的制备工艺复杂及激光器沿不同方向的衍射不可避免地造成输出功率的损耗。

2、本发明实施例第一方面提供一种准连续域束缚态电注入激光器结构，包括：n面金属电极层和依次叠设于n面金属电极层表面的n型包层、有源层、p型包层、脊波导层及p面金属电极层；其中，在靠近激光器输出前端面的脊波导层的表面刻蚀有窄狭槽光栅，窄狭槽光栅的刻蚀深度不超过脊波导层的厚度；窄狭槽光栅用于基于干涉相消构造沿横向的准连续域束缚态来抑制光的横向辐射损耗。

3、根据本发明的实施例，通过调节窄狭槽光栅的宽度、刻蚀深度和周期来构造沿横向的准连续域束缚态。

4、根据本发明的实施例，窄狭槽光栅的宽度为0.996 μm-1.003 μm，刻蚀深度为1.267 μm-1.273 μm，周期为5.996 μm-6.003 μm。

5、根据本发明的实施例，准连续域束缚态电注入激光器结构的泵浦方式为电流注入。

6、根据本发明的实施例，n型包层的材料、有源层的材料和p型包层的材料均为半导体材料。

7、根据本发明的实施例，半导体材料包括ⅱ-ⅵ族体系的半导体材料或ⅲ-ⅴ族体系的半导体材料。

8、根据本发明的实施例，n型包层和p型包层的等效折射率为3.159~3.161，有源层的等效折射率为3.219~3.221。

9、根据本发明的实施例，连续域束缚态电注入激光器结构采用薄膜生长、外延生长、曝光、腐蚀中的其中之一制备而成。

10、本发明实施例第二方面提供一种半导体激光器，半导体激光器的外延结构采用上述准连续域束缚态电注入激光器结构。

11、根据本发明实施例提供的准连续域束缚态电注入激光器结构及半导体激光器，至少包括以下有益效果：

12、由于直接在靠近激光器输出前端面的脊波导层的表面刻蚀有窄狭槽光栅，通过窄狭槽光栅基于干涉相消构造沿横向的准连续域束缚态来抑制光的横向辐射损耗，从而能够提高光的输出功率，实现低阈值单模大功率输出。

13、通过调节窄狭槽光栅的宽度、刻蚀深度和周期能够构造沿横向的高q值准连续域束缚态，能够更加有效地抑制光的横向辐射损耗。通过合理设计窄狭槽光栅的宽度、刻蚀深度和周期，进一步提高光的输出功率，实现低阈值单模大功率输出。

14、由于是直接在靠近激光器输出前端面的脊波导层的表面刻蚀有窄狭槽光栅，因此准连续域束缚态电注入激光器结构可以直接采用薄膜生长、外延生长、曝光、腐蚀中的其中之一制备而成，无需二次外延，从而简化制作过程，降低生产成本。

15、此外，准连续域束缚态电注入激光器结构的泵浦方式为电流注入，有助于实验实施。

技术特征：

1.一种准连续域束缚态电注入激光器结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的准连续域束缚态电注入激光器结构，其特征在于，通过调节所述窄狭槽光栅的宽度、刻蚀深度和周期来构造沿横向的准连续域束缚态。

3.根据权利要求1或2所述的准连续域束缚态电注入激光器结构，其特征在于，所述窄狭槽光栅的宽度为0.996 μm-1.003 μm，刻蚀深度为1.267 μm-1.273 μm，周期为5.996 μm-6.003 μm。

4.根据权利要求1所述的准连续域束缚态电注入激光器结构，其特征在于，所述准连续域束缚态电注入激光器结构的泵浦方式为电流注入。

5.根据权利要求1所述的准连续域束缚态电注入激光器结构，其特征在于，所述n型包层的材料、所述有源层的材料和所述p型包层的材料均为半导体材料。

6.根据权利要求5所述的准连续域束缚态电注入激光器结构，其特征在于，所述半导体材料包括ⅱ-ⅵ族体系的半导体材料或ⅲ-ⅴ族体系的半导体材料。

7.根据权利要求1所述的准连续域束缚态电注入激光器结构，其特征在于，所述n型包层和所述p型包层的等效折射率为3.159~3.161，所述有源层的等效折射率为3.219~3.221。

8.根据权利要求1所述的准连续域束缚态电注入激光器结构，其特征在于，所述连续域束缚态电注入激光器结构采用薄膜生长、外延生长、曝光、腐蚀中的其中之一制备而成。

9.一种半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器的外延结构采用如权利要求1-8任一项所述的准连续域束缚态电注入激光器结构。

技术总结
本发明提供一种准连续域束缚态电注入激光器结构及半导体激光器，涉及微纳结构及半导体激光器技术领域，准连续域束缚态电注入激光器结构包括：N面金属电极层和依次叠设于N面金属电极层表面的N型包层、有源层、P型包层、脊波导层及P面金属电极层；其中，在靠近激光器输出前端面的脊波导层的表面刻蚀有窄狭槽光栅，窄狭槽光栅的刻蚀深度不超过脊波导层的厚度；窄狭槽光栅用于基于干涉相消构造沿横向的准连续域束缚态来抑制光的横向辐射损耗。该准连续域束缚态电注入激光器结构能够提高光的输出功率，实现低阈值单模大功率输出，并且简化了制备工艺。

技术研发人员：郑婉华,戴迎秋,王宇飞,傅廷,王学友,陈静瑄
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12