一种半导体激光器的制作方法

本技术属于半导体激光器，涉及一种半导体激光器。

背景技术：

1、半导体激光器具有波长范围广、体积小、效率高、成本低、寿命长等优点，自其问世便成为信息领域的核心光源，并随着其功率提高还在泵浦、材料加工、传感、生物医疗、国防等许多领域具有非常重要的应用。与激光能量相关的应用通常要求激光具有一定能量密度，即要求高功率的同时兼具高的光束质量，以获得高的亮度。然而半导体激光器受自身结构特点限制，面临发散角大、光束质量差、亮度低的难题，限制了其直接应用。

2、传统的宽区半导体激光器虽然具有高功率、高效率的优点，但其侧向模式易受局域增益和折射率变化的影响，如刻蚀台面或沟槽产生的内建折射率、侧向载流子泄漏与集聚、热透镜效应、纵向非均匀效应、光丝效应及应力等，工作在复杂的多侧模模式，远场宽度随电流增大迅速展宽，光束质量非常差，导致输出激光亮度很低。

3、针对这些效应，大量的方法被提出，来控制半导体激光器的侧向模式，如反热透镜效应、台面边缘质子注入、锥形波导、倾斜波导、外腔结构、侧向谐振反导引结构、集成模式过滤结构等，采用这些方法可以一定程度上改善半导体激光器的侧向光束质量，但通常会引起明显的功率和效率亏损，而且会影响器件的可靠性与工艺制备良率。另外，目前的方法通常只针对单一效应进行器件结构优化，难以在保持高功率输出下实现极高的光束质量，激光器亮度受到限制。

4、综上所述，如何实现高功率、高光束质量的半导体激光器，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种半导体激光器，用于提高半导体激光器的功率和光束质量。

2、为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、一种半导体激光器，其特征在于，从下至上依次包括：n面电极、衬底、缓冲层、n型包层、n型波导层、有源区、第一p型波导层、刻蚀阻挡层、电流注入调控层、第二p型波导层、p型包层、盖层、p面电极，其中，所述电流注入调控层为n型高掺杂材料；所述电流注入调控层包括至少一个增益区及一个非增益区，所述非增益区位于每一个所述增益区的四周；所述的增益区为通过刻蚀掉电流注入区域对应的所述电流注入调控层形成的。

4、优先的，所述增益区的形状包括圆、椭圆或多边形。

5、优先的，每一个所述增益区的尺寸和间隔不同。

6、优先的，所述增益区的形状为矩形。

7、优先的，所述矩形增益区的宽度由所述电流注入调控层的中心向两侧递减。

8、优先的，所述电流注入调控层的材料不含铝组分，所述电流注入调控层的折射率高于所述第一p型波导层的折射率。

9、优先的，所述刻蚀阻挡层的材料与所述电流注入调控层的材料不同，所述刻蚀阻挡层的材料为不包含铝的p型掺杂材料。

10、优先的，所述刻蚀阻挡层的厚度在10-30nm之间，包括端点值。

11、优先的，所述电流注入调控层的宽度在20-100nm之间，包括端点值。

12、优先的，所述第一p型波导层的厚度大于所述第二p型波导层的厚度。

13、优先的，所述衬底为gaas、inp、gasb和gan中的任意一种。

14、一种半导体激光器制备方法，应用于如上述任一项所述的半导体激光器，包括：

15、在衬底的上表面依次生长缓冲层、n型包层、n型波导层、有源区、第一p型波导层、刻蚀阻挡层、电流注入调控层；

16、在所述电流注入调控层表面进行光刻、刻蚀，将增益区部分的电流注入调控层完全刻掉，在刻蚀阻挡层终止；

17、晶圆表面清洗、预处理后，放入外延设备中进行二次生长，依次沉积第二p型波导层、p型包层、盖层；

18、在盖层表面沉积绝缘层，然后光刻、刻蚀掉中心增益区绝缘层，开电极窗口；沉积p面电极，合金；将所述衬底减薄、抛光，在衬底下表面沉积n面电极，合金；沿前后腔面将晶圆解理为激光器巴条，前腔面蒸镀增透膜、后腔面蒸镀高反膜；将巴条解理为单管，以得到半导体激光器。

19、本实用新型公开的上述技术方案，通过二次外延生长在半导体激光器中引入电流注入调控层，非增益区形成p-n-p电流阻挡反偏层，可以有效的抑制侧向载流子扩展及集聚，同时激光器不需要刻蚀台面，可以降低内建折射率差及波导效应，减少激射模式，从而提高激光器的光束质量；为抑制热透镜效应及纵向烧孔效应，在电流注入调控层中刻蚀多个增益区，通过调控电流注入分布来改善载流子、温度或光场分布的均匀性，抑制高阶侧模的产生；同时，电流注入调控层具有高的折射率，非增益区保留有电流注入调控层，不仅电流无法有效注入到有源区，还会耦合光场泄漏到高掺杂盖层中，可降低高阶侧模增益、提高高阶侧模损耗，从而增强侧向模式分辨，在不损失功率前提下降低侧向激射模式数，提高侧向光束质量。该激光器后续制备工艺不需要刻蚀台面，可以降低封装等引入的应变，提高输出激光的偏振度，在合束应用方面具有很大优势。总之，这种激光器可实现高功率、高光束质量、高亮度的激光输出，具有很好的应用前景。

技术特征：

1.一种半导体激光器，其特征在于，从下至上依次包括：n面电极、衬底、缓冲层、n型包层、n型波导层、有源区、第一p型波导层、刻蚀阻挡层、电流注入调控层、第二p型波导层、p型包层、盖层、p面电极，其中，所述电流注入调控层为n型高掺杂材料；所述电流注入调控层包括至少一个增益区及一个非增益区，所述非增益区位于每一个所述增益区的四周；所述的增益区为通过刻蚀掉电流注入区域对应的所述电流注入调控层形成的。

2.根据权利要求1所述一种半导体激光器，其特征在于，所述增益区的形状包括圆、椭圆或多边形。

3.根据权利要求1所述一种半导体激光器，其特征在于，每一个所述增益区的尺寸和间隔不同。

4.根据权利要求2所述一种半导体激光器，其特征在于，所述增益区的形状为矩形。

5.根据权利要求4所述一种半导体激光器，其特征在于，所述矩形增益区的宽度由所述电流注入调控层的中心向两侧递减。

6.根据权利要求1所述一种半导体激光器，其特征在于，所述电流注入调控层的材料不含铝组分，所述电流注入调控层的折射率高于所述第一p型波导层的折射率。

7.根据权利要求1所述一种半导体激光器，其特征在于，所述刻蚀阻挡层的材料与所述电流注入调控层的材料不同，所述刻蚀阻挡层的材料为不包含铝的p型掺杂材料。

8.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述刻蚀阻挡层的厚度在10-30nm之间，包括端点值。

9.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述电流注入调控层的宽度在20-100nm之间，包括端点值。

10.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述第一p型波导层的厚度大于所述第二p型波导层的厚度。

11.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述衬底为gaas、inp、gasb和gan中的任意一种。

技术总结
本技术公开了一种半导体激光器，从下至上依次包括：N面电极、衬底、缓冲层、N型包层、N型波导层、有源区、第一P型波导层、刻蚀阻挡层、电流注入调控层、第二P型波导、P型包层、盖层和P面电极，所述电流注入调控层包括至少一个增益区及一个非增益区，通过选择性刻蚀电流注入调控层与二次外延生长，可实现载流子的完全控制，仅使增益区的电流注入到有源区，非增益区会形成p‑n‑p电流阻挡反偏层，可很好的限制载流子扩散、集聚、热透镜等效应，增大高阶侧模的光损耗及降低高阶侧模的增益，有效降低激射侧模数量，并可解决传统工艺步骤中台面刻蚀等产生的应力问题，实现高功率、高光束质量、高亮度激光输出。

技术研发人员：汪丽杰,佟存柱,刘亚楠,彭航宇
受保护的技术使用者：吉光半导体科技有限公司
技术研发日：20230105
技术公布日：2024/1/12