半导体激光磊晶结构的制作方法

本发明是关于一种磊晶结构，尤其是涉及一种适合制作发散角小与出光功率大的半导体激光元件的磊晶结构。

背景技术：

1、半导体激光包含面射型激光(vertical cavity surface emitting laser，vcsel)或边射型激光(edge emitting laser，eel)。

2、eel的优点为出光功率(optical output power)大，但缺点是发散角(divergenceangle)大，如此不易与光纤耦合。虽然vcsel的发散角小且易于光纤耦合，但出光功率很小，造成光的传播距离受限。

3、光纤通讯的主要光源是出光功率大的长波长的eel，但eel有一些问题：第一，eel通常都与独立的半导体光放大器(semiconductor optical amplifier，soa)搭配使用，所以必须对eel与soa分别施加电流，导致整体的功耗较大。第二，即使不考虑制作复杂度与过高制造成本，将eel与soa一体化后，仍然有eel的发散角很大与两者对位偏差的问题。

技术实现思路

1、在本发明的一些实施例中，一种半导体激光磊晶结构包含：水平共振腔，水平共振腔用于产生光场分布；光栅层，是在该光场分布之中，以将水平方向激光改变成垂直方向激光；第一光放大区，设置于该半导体激光磊晶结构的出光面与该水平共振腔之间；第一穿隧接面层，设置于该水平共振腔与该第一光放大区之间中。

2、在本发明的一些实施例中，一种半导体激光磊晶结构包含：水平共振腔，水平共振腔用于产生光场分布；光栅层，是在该光场分布之中，以将水平方向激光改变成垂直方向激光；第一光放大区，设置于该半导体激光磊晶结构的非出光面与该水平共振腔之间；第一反射单元，设置于该非出光面与该第一光放大区之间；第一穿隧接面层，设置于该水平共振腔与该第一光放大区之间中。

3、虽然水平共振腔的激光的共振方向为平行于磊晶平面，但被放大后的激光是以垂直于磊晶平面的方式放射出去，所以半导体激光磊晶结构所制作的半导体激光元件的发散角可以落在1～3度或更小，所以其发散角远小于vcsel的发散角(vcsel的发散角约数十度)，而且其出光功率还能优于vcsel的出光功率。

4、本文提供的半导体激光磊晶结构，适合制作出应用于3d感测、光学雷达(lightdetection and ranging，lidar)或光通讯的半导体激光元件。

5、此外，本文的半导体激光磊晶结构的制造没有对位偏差问题，不但能增加良率，也降低制作的成本及制作复杂度。

技术特征：

1.一种半导体激光磊晶结构，其特征在于，包含：

2.根据权利要求1所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，该出光面为该半导体激光磊晶结构的顶面及底面的其中之一，而该半导体磊晶磊晶结构的该顶面及该底面的另一个为该半导体激光磊晶结构的非出光面。

3.根据权利要求2所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，更包含第一反射单元，该第一反射单元设置于该非出光面与该水平共振腔之间。

4.根据权利要求2所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，更包含设置于该非出光面与该水平共振腔之间的第二光放大区、第二穿隧接面层与第一反射单元，其中该第二穿隧接面层设置于该第二光放大区与该水平共振腔之间，该第一反射单元是在该非出光面与该第二光放大区之间。

5.根据权利要求1所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，该第一光放大区、该第一穿隧接面层或其组合不位于该光场分布中。

6.根据权利要求1所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，该第一光放大区包含量子井层或多重量子井层。

7.根据权利要求1所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，该第一光放大区包含两个多重量子井层与第二穿隧接面层，该第二穿隧接面层设置于该两个多重量子井层之间以电气连接该两个多重量子井层。

8.根据权利要求1所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，该光栅层包含多个高折射率介质层与多个低折射率介质层，所述多个低折射率介质层为空位、半导体材料、介电材料或光子晶体。

9.根据权利要求2所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，更包含第一反射单元与第二反射单元，该第一反射单元是在该非出光面与该第一光放大区之间，该第二反射单元是在该第一光放大区与该出光面之间，其中该第一反射单元的反射率大于该第二反射单元的反射率。

10.根据权利要求9所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，该第一光放大区、该第一穿隧接面层、该第一反射单元或上述两者以上不位于该光场分布中。

11.根据权利要求9所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，其特征在于，该第一反射单元、该第二反射单元或上述两者是分布式布拉格反射器层。

12.一种半导体激光磊晶结构，其特征在于，包含：

13.根据权利要求12所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，该非出光面为该半导体激光磊晶结构的顶面及底面的其中之一，而该半导体激光磊晶结构的该顶面及该底面的另一个为该半导体激光磊晶结构的出光面。

14.根据权利要求13所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，更包含第二光放大区与第二穿隧接面层，其中该第二光放大区与该第二穿隧接面层设置于该水平共振腔与该出光面之间，该第二穿隧接面层则设置在该第二光放大区与该水平共振腔之间。

15.根据权利要求12所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，该第一光放大区、该第一穿隧接面层或其组合不位于该光场分布中。

16.根据权利要求12所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，该第一光放大区包含量子井层或多重量子井层。

17.根据权利要求12所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，该第一光放大区包含两个多重量子井层与第二穿隧接面层，该第二穿隧接面层设置于该两个多重量子井层之间以电气连接该两个多重量子井层。

18.根据权利要求12所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，该光栅层包含多个高折射率介质层与多个低折射率介质层，所述多个低折射率介质层为空位、半导体材料、介电材料或光子晶体。

19.根据权利要求12所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，更包含第二反射单元，该第二反射单元在该第一光放大区与该出光面之间，其中该第一反射单元的反射率大于该第二反射单元。

20.根据权利要求19所述的半导体激光磊晶结构，其特征在于，该第一反射单元、该第二反射单元或上述两者是分布式布拉格反射器层。

技术总结
一种半导体激光磊晶结构，包含水平共振腔、光栅层、第一光放大区与第一穿隧接面层。水平共振腔用于产生光场分布；光栅层是位于光场分布之中，以将水平方向激光改变成垂直方向激光；第一光放大区设置于半导体激光磊晶结构的出光面与水平共振腔之间；第一穿隧接面层设置于水平共振腔跟第一光放大区之间。半导体激光磊晶结构在制造时没有对位偏差问题，不但能增加良率，也降低制作的成本及制作复杂度。

技术研发人员：戴文长,金宇中,黄朝兴,潘建宏,吴俊煌
受保护的技术使用者：全新光电科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15