一种半导体激光器及其载流子注入方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体激光器及其载流子注入方法，其中方法包括：在衬底上制备半导体激光器外延结构，获取外延结构晶圆片；在晶圆片上制备半导体激光器的脊形结构；在脊形结构上制备介质薄膜；将位于脊形结构脊面上的介质薄膜进行刻蚀处理，形成沿纵向方向的非均匀形状分布的介质薄膜；在介质薄膜上制备电极；将晶圆片进行解理，在解理面的前后两端分别制备减反薄膜及高反薄膜；从减反薄膜腔面到高反薄膜腔面进行载流子注入。通过控制脊面上介质薄膜的形状，实现电流沿脊形纵向的非均匀注入，抵消长腔长、两端腔面反射率差异引起的载流子非均匀分布，提升半导体激光器工作状态下增益沿纵向分布的均匀性，提高半导体激光器的光输出功率。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光器及其载流子注入方法
本专利技术涉及半导体激光器
，具体涉及一种半导体激光器及其载流子注入方法。
技术介绍
传统的半导体激光器采用载流子均匀注入的方案，将电极沿纵向均匀分布，使得整个脊形注入的载流子密度是完全一致。为了提高斜率效率及最大化输出功率，激光器的两端会分别作减反(AR)膜和高反(HR)膜处理，让激光集中在减反膜这端出射。当注入电流小于阈值电流时，半导体激光器谐振腔内的光子密度很低，因而沿纵向(AR腔面到HR腔面)呈现出均匀的分布；当注入电流大于阈值电流时，激光器开始激射，谐振腔内的光子密度会随着注入电流的增加而逐渐增加，且激光器谐振腔内的光子密度沿纵向(AR腔面到HR腔面)呈现出逐渐减小的趋势。由于受激辐射效应的影响，光子密度越高的区域，载流子的消耗速度越快，载流子的密度越低，因而载流子密度沿AR腔面到HR腔面会呈现出逐渐增加的趋势，载流子密度沿纵向的不均匀分布会引起增益在纵向的不均匀分布，导致半导体激光器性能退化、光输出功率下降。
技术实现思路
因此，本专利技术提供一种半导体激光器及其载流子注入方法，克服了现有技术中载流子密度沿纵向的不均匀分布会引起增益在纵向的不均匀分布，导致半导体激光器性能退化、光输出功率下降的不足。第一方面，本专利技术实施例提供一种半导体激光器的载流子注入方法，包括：在衬底上制备半导体激光器外延结构，获取外延结构晶圆片；在晶圆片上制备半导体激光器的脊形结构；在脊形结构上制备介质薄膜；将位于脊形结构脊面上的介质薄膜进行刻蚀处理，形成沿纵向方向的非均匀形状分布的介质薄膜；在介质薄膜上制备电极；将晶圆片进行解理，并在解理面的前后两端分别制备减反薄膜及高反薄膜；从减反薄膜腔面到高反薄膜腔面进行半导体激光器的载流子注入。在一实施例中，所述将位于脊形结构脊面上的介质薄膜进行刻蚀处理，形成沿纵向方向的非均匀形状分布的介质薄膜的步骤，包括：获取半导体激光器均匀注入电极时载流子的非线性分布曲线；根据所述载流子的非线性分布曲线，将脊形结构的脊形结构脊面分沿纵向方向分割成多段区域，每段区域中非均匀形状分布的介质薄膜的面积占比，沿减反薄膜腔面到高反薄膜腔面的方向逐渐增加。在一实施例中，每段区域中非均匀形状分布的介质薄膜的面积不完全相同。在一实施例中，靠近高反薄膜腔面的区域分割的长度比靠近减反薄膜腔面的区域分割的长度短。在一实施例中，根据半导体激光器的腔长、减反薄膜腔面和高反薄膜腔面反射率、工作电流及载流子的非线性分布曲线确定每段区域中介质薄膜的长度。第二方面，本专利技术提供一种半导体激光器，包括:衬底；半导体激光器外延结构，形成于所述衬底上；脊形结构，形成所述外延结构上；介质薄膜，形成于所述脊形结构上；纵向非均匀形状分布的介质薄膜，形成于脊形结构的脊面上方；电极，形成于所述介质薄膜上；减反膜和高反膜，形成于外延结构解理面的前后端面。在一实施例中，所述纵向非均匀形状分布的介质薄膜的面积占比，沿减反薄膜腔面到高反薄膜腔面的方向逐渐增加。在一实施例中，所述纵向非均匀形状分布的介质薄膜的面积不完全相同。在一实施例中，所述纵向非均匀形状分布的介质薄膜的形状为多边形、圆形或椭圆形。本专利技术技术方案，具有如下优点：本专利技术提供的半导体激光器其载流子注入方法，通过控制脊面上方介质薄膜的形状，控制实际电流注入的区域，实现电流沿脊形纵向的非均匀注入，从而抵消长腔长、两端腔面反射率差异引起的载流子非均匀分布，提升半导体激光器工作状态下增益沿纵向分布的均匀性，提高半导体激光器的光输出功率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的半导体激光器的载流子注入方法一个示例流程图；图2为本专利技术实施例提供的衬底及外延结构晶圆片的示意图；图3为本专利技术实施例提供的脊形结构的示意图；图4为本专利技术实施例提供的介质薄膜的示意图；图5为本专利技术实施例提供的非均匀形状分布的介质薄膜的示意图；图6为本专利技术实施例提供的电极结构的示意图；图7为本专利技术实施例提供的AR腔面及HR腔面的示意图；图8为本专利技术实施例提供的形成非均匀形状分布的介质薄膜的一个示例流程图；图9为本专利技术实施例提供的均匀注入电极时载流子的为非线性分布曲线图的示意图；图10为本专利技术实施例提供的非均匀形状分布的介质薄膜的剖视图；图11为本专利技术实施例提供的将脊面进行等长度划分及非等长度划分载流子浓度的纵向分布的对比图；图12为本专利技术实施例提供的半导体激光器的结构示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。实施例1本专利技术实施例提供一种半导体激光器的载流子注入方法，如图1所示，包括：步骤S1：在衬底上制备半导体激光器外延结构，获取外延结构晶圆片。在本专利技术实施例中，可以使用现有的MOCVD、MBE等设备在衬底上生长半导体激光器外延结构，如图2所示，得到激光器外延结构晶圆片。步骤S2：在晶圆片上制备半导体激光器的脊形结构。在本专利技术实施例中，通过光刻刻蚀在晶圆片上制备出脊形结构，如图3所示，脊形结构可以为中间部分高与两边的梯形结构，仅以此举例，不以此为限，在其他实施例中可以为其他形状的脊形结构。步骤S3：在脊形结构上制备介质薄膜。在本专利技术实施例中，介质薄膜的材料可以为SiO2或SiN，如图4所示，制备的介质薄膜覆盖整个脊形结构表面。步骤S4：将位于脊形结构脊面上的介质薄膜进行刻蚀处理，形成沿纵向方向的非均匀形状分布的介质薄膜。在本专利技术实施例中，脊形结构脊面上对介质薄膜进行光刻刻蚀，使得位于脊面上介质薄膜非均匀形状分布，使得其在载流子注入时可以均分分布，在脊面上形成的非均匀形状分布的介质薄膜如图5所示。步骤S5：在介质薄膜上制备电极。本专利技术实施例中，如图6所示，通过沉积的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体激光器的载流子注入方法，其特征在于，包括：/n在衬底上制备半导体激光器外延结构，获取外延结构晶圆片；/n在晶圆片上制备半导体激光器的脊形结构；/n在脊形结构上制备介质薄膜；/n将位于脊形结构脊面上的介质薄膜进行刻蚀处理，形成沿纵向方向的非均匀形状分布的介质薄膜；/n在介质薄膜上制备电极；/n将晶圆片进行解理，并在解理面的前后两端分别制备减反薄膜及高反薄膜；/n从减反薄膜腔面到高反薄膜腔面进行半导体激光器的载流子注入。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器的载流子注入方法，其特征在于，包括：
在衬底上制备半导体激光器外延结构，获取外延结构晶圆片；
在晶圆片上制备半导体激光器的脊形结构；
在脊形结构上制备介质薄膜；
将位于脊形结构脊面上的介质薄膜进行刻蚀处理，形成沿纵向方向的非均匀形状分布的介质薄膜；
在介质薄膜上制备电极；
将晶圆片进行解理，并在解理面的前后两端分别制备减反薄膜及高反薄膜；
从减反薄膜腔面到高反薄膜腔面进行半导体激光器的载流子注入。


2.根据权利要求1所述的半导体激光器的载流子注入方法，其特征在于，所述将位于脊形结构脊面上的介质薄膜进行刻蚀处理，形成沿纵向方向的非均匀形状分布的介质薄膜的步骤，包括：
获取半导体激光器均匀注入电极时载流子的非线性分布曲线；
根据所述载流子的非线性分布曲线，将脊形结构的脊形结构脊面分沿纵向方向分割成多段区域，每段区域中非均匀形状分布的介质薄膜的面积占比，沿减反薄膜腔面到高反薄膜腔面的方向逐渐增加。


3.根据权利要求2所述的半导体激光器的载流子注入方法，其特征在于，每段区域中非均匀形状分布的介质薄膜的面积不完全相同。


4.根据权利要求3所述的半导体激...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，赵智德，谭少阳，程洋，
申请(专利权)人：苏州长光华芯半导体激光创新研究院有限公司，苏州长光华芯光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32