半导体激光芯片外延结构制造技术

本发明专利技术公开了一种半导体激光芯片外延结构，包括：有源层以及分别位于有源层的相对两侧且与有源层堆叠排列的第一包层和第二包层，第一包层包括沿有源层与第一包层和第二包层的堆叠方向设置的至少两个第一子包层和至少一第二子包层，其中第二子包层位于两个第一子包层之间，第二子包层的折射率低于第一包层材料的折射率。通过上述方式，本发明专利技术能够同时兼顾半导体激光器的阈值电流与光束发散角，使得半导体激光器具有小阈值电流与低的光束发散角，大大改善外延材料的生长稳定性，保证半导体激光器的性能。

【技术实现步骤摘要】
半导体激光芯片外延结构
本专利技术涉及半导体激光领域，特别是涉及一种半导体激光芯片外延结构。
技术介绍
半导体激光材料通常采用分子束外延（Molecular Beam Epitaxy, MBE)或金属有 机化学气相沉积（Metal-organic Chemical Vapor Deposition，M0CVD)等方法按照预先 设计的结构在相应的衬底材料如GaAs (砷化镓）或InP (磷化铟）上生长而成。图1中a) 为一典型的基于GaAs材料的半导体激光芯片外延结构的结构示意图。半导体激光芯片外 延结构10包含η型包层12、非掺杂的有源区以及p型包层16,其中有源区包含发光的量子 阱14以及波导层13、15。图b)和图c)为对应的材料折射率沿生长方向的变化。激光外 延结构的波导核层有两种不同的结构：即图b)为分别限制异质结（Separated Confinement Heterostructure，SCH)结构，图c)渐变折射率分别限制异质结（graded-index separate-confinement heterostructure，GRINSCH)结构。SCH 结构与 GRINSCH 结构的区别 在于前者材料组分恒定，而后者渐进变化。 对于半导体激光外延结构设计而言，有两个重要的参数影响器件的最终性能，量 子阱的光场限制因子Γ和光束沿生长方向的光束发散角或者称之为垂直远场（VFF)。Γ 影响器件的阈值电流，Γ愈大，器件的阈值电流愈小。而VFF影响器件与其它光学系统比 如光纤、光学透镜等之间的耦合效率。通常来说，半导体激光器件的阈值电流与VFF越小越 好。但是在常规的外延结构设计中，不可能同时获得小的阈值电流（即要求结构具有大的 Γ)与小的光束发散角。常规的设计为了得到低光束发散角（VFF)，可以通过降低波导对光 场的限制而获得，这样器件的阈值电流不可避免地增加，而且更为严峻的是外延结构的生 长稳定性（即设计对生长工艺的容差）变差，即生长成的材料的性能与设计的性能差距可 能会非常巨大，以至于器件性能不能满足特定要求。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是，提供一种半导体激光芯片外延结构，能够同时兼顾半 导体激光器的阈值电流与光束发散角，使得半导体激光器具有小阈值电流与低的光束发散 角，大大改善外延材料的生长稳定性，保证半导体激光器的性能。 为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种半导体激光芯片外延结构，包括有源层 以及分别位于有源层的相对两侧且与有源层堆叠排列的第一包层和第二包层，其中第一包 层包括沿有源层与第一包层和第二包层的堆叠方向设置的至少两个第一子包层和至少一 第二子包层，其中第二子包层位于两个第一子包层之间，第二子包层的折射率低于第一包 层材料的折射率。 其中，沿堆叠方向，第二子包层的折射率相对于其两侧相邻的第一子包层的折射 率呈连续变化。 其中，沿堆叠方向，第二子包层的折射率呈三角形、弧形、锯齿形或梯形变化。 其中，沿堆叠方向，第二子包层的折射率相对于其两侧相邻的第一子包层的折射 率呈阶梯变化。 其中，沿堆叠方向，第二子包层的折射率保持一致。 其中，第二子包层的两侧相邻的第一子包层的折射率相同且沿堆叠方向保持一 致。 其中，第二包层包括沿堆叠方向设置的第三子包层和第四子包层，其中第四子包 层与有源层相邻设置且第四子包层的折射率大于第三子包层的折射率。 其中，沿堆叠方向，第四子包层的折射率相对于第三子包层的折射率呈阶梯变化。 其中，沿堆叠方向，第四子包层的折射率和第三子包层的折射率分别保持一致。 其中，第四子包层的折射率与第一子包层的折射率相同。 其中，有源层包括沿堆叠方向依次设置的第一波导子层、量子阱/量子点子层以 及第二波导子层。 其中，第一包层为η型包层，第二包层为P型包层。 其中，半导体激光芯片外延结构进一步包括衬底层，第一包层、有源层和第二包层 依次堆叠设置于衬底层上且第一包层与衬底层相邻设置。 通过上述方案，本专利技术的有益效果是：半导体激光芯片外延结构包括有源层以及 分别位于有源层的相对两侧且与有源层堆叠排列的第一包层和第二包层，通过第一包层包 括沿有源层与第一包层和第二包层的堆叠方向设置的至少两个第一子包层和至少一第二 子包层，其中第二子包层位于两个第一子包层之间，第二子包层的折射率低于第一包层材 料的折射率，能够同时兼顾半导体激光器的阈值电流与光束发散角，使得半导体激光器具 有小阈值电流与低的光束发散角，大大改善外延材料的生长稳定性，保证半导体激光器的 性能。 【附图说明】 图1是现有技术中基于GaAs材料的半导体激光芯片外延结构的结构示意图； 图2是本专利技术第一实施例的半导体激光芯片外延结构的结构示意图； 图3是图2中的半导体激光芯片外延结构的近场和远场分布示意图； 图4是本专利技术第二实施例的半导体激光芯片外延结构的结构示意图； 图5是本专利技术第三实施例的半导体激光芯片外延结构的结构示意图； 图6是本专利技术第四实施例的半导体激光芯片外延结构的结构示意图； 图7是本专利技术第五实施例的半导体激光芯片外延结构的结构示意图； 图8是本专利技术第六实施例的半导体激光芯片外延结构的结构示意图。 【具体实施方式】 请参阅图2,图2是本专利技术第一实施例的半导体激光芯片外延结构的结构示意图。 如图2所示，半导体激光芯片外延结构20包括有源层21以及分别位于有源层21的相对两 侧且与有源层21堆叠排列的第一包层23和第二包层22。其中第一包层23包括沿有源层 21与第一包层23和第二包层22的堆叠方向设置的至少两个第一子包层230和至少一第二 子包层231。第二子包层231位于两个第一子包层230之间，第二子包层231的折射率低 于第一包层23材料的折射率，其中，折射率为对应层的平均折射率，即通过将折射率曲线 在厚度方向上进行积分再除以对应层的总厚度得到。第二子包层231的厚度通常为几十到 几百纳米。如此能够限制光场的变化范围，从而保证了当材料生长与设计相比有较大偏差 时，光场仍然能被限制在正常工作范围，进而保证半导体激光芯片外延结构20的阈值电流 与光束发散角（VFF)的稳定性。 在本专利技术实施例中，第一包层23中的与第二子包层231的两侧相邻的第一子包层 230的折射率相同且沿堆叠方向保持一致。第二包层22包括沿堆叠方向设置的第三子包层 221和第四子包层220,其中第四子包层220与有源层21相邻设置且第四子包层220的折 射率大于第三子包层221的折射率。沿堆叠方向，第四子包层220的折射率相对于第三子 包层221的折射率呈阶梯变化，且第四子包层220的折射率和第三子包层221的折射率分 别保持一致，而第四子包层220的折射率与第一子包层230的折射率相同。即第二包层22 采用台阶型的非对称结构替代现有的对称结构或者非台阶型的非对称结构，改善了半导体 激光芯片外延结构20的性能与生长稳定性。在本专利技术的其他实施例中，第二包层22也可以 采用与第一包层23类似的结构，即沿堆叠方向设置的至少两个第一子包层和位于两个第 一子包层之间的至少一第二子包层，第二子包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光芯片外延结构，其特征在于，所述半导体激光芯片外延结构包括有源层以及分别位于所述有源层的相对两侧且与所述有源层堆叠排列的第一包层和第二包层，其中所述第一包层包括沿所述有源层与所述第一包层和所述第二包层的堆叠方向设置的至少两个第一子包层和至少一第二子包层，其中所述第二子包层位于两个第一子包层之间，所述第二子包层的折射率低于所述第一包层材料的折射率。

【技术特征摘要】
1. 一种半导体激光芯片外延结构，其特征在于，所述半导体激光芯片外延结构包括有 源层以及分别位于所述有源层的相对两侧且与所述有源层堆叠排列的第一包层和第二包 层，其中所述第一包层包括沿所述有源层与所述第一包层和所述第二包层的堆叠方向设置 的至少两个第一子包层和至少一第二子包层，其中所述第二子包层位于两个第一子包层之 间，所述第二子包层的折射率低于所述第一包层材料的折射率。2. 根据权利要求1所述的半导体激光芯片外延结构，其特征在于，沿所述堆叠方向，所 述第二子包层的折射率相对于其两侧相邻的所述第一子包层的折射率呈连续变化。3. 根据权利要求2所述的半导体激光芯片外延结构，其特征在于，沿所述堆叠方向，所 述第二子包层的折射率呈三角形、弧形、锯齿形或梯形变化。4. 根据权利要求1所述的半导体激光芯片外延结构，其特征在于，沿所述堆叠方向，所 述第二子包层的折射率相对于其两侧相邻的所述第一子包层的折射率呈阶梯变化。5. 根据权利要求4所述的半导体激光芯片外延结构，其特征在于，沿所述堆叠方向，所 述第二子包层的折射率保持一致。6. 根据权利要求1所述的半导体激光芯片外延结构，其特征在于，所述第二子包层的 两侧相邻的所述第一子包层的折射率相同且沿所述堆叠方向保持一致。7. 根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇伯仓，胡海，
申请(专利权)人：深圳瑞波光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44