一种多有源区级联的半导体激光器制造技术

本发明专利技术涉及半导体光电子技术领域，具体涉及一种多有源区级联的半导体激光器。所述多有源区级联的半导体激光器包括：若干级联有源区，每一所述级联有源区包括多个有源区；隧道结，在所述级联有源区的至少一侧设置，与所述级联有源区电连接；其中，在所述级联有源区中，至少一组相邻的所述有源区之间通过势垒层连接。这样周期性增益结构中可增加更多的有源区，提高了器件的内量子效率，同时也降低了载流子的密度，从而获得更多的增益。势垒层连接不具有引入新的pn结的特性，因此该层不会提高器件工作的开启的电压，同时外延生长也较隧道结简单。

【技术实现步骤摘要】
一种多有源区级联的半导体激光器
本专利技术涉及半导体光电子
，具体涉及一种多有源区级联的半导体激光器。
技术介绍
垂直腔面发射激光器是一种半导体微腔激光器，相较于传统的边发射激光器，垂直腔面发射激光器由于具有低阈值电流、体积小、圆对称光斑易于光纤耦合、高光束质量、单纵模、面发射易于集成等优势，使其在近年来得到了迅猛的发展，广泛应用于人脸识别等三维传感、光通信、激光雷达、无人驾驶等领域中。目前，一种垂直腔面发射激光器的结构包括：上下的反射面形成谐振器、量子阱结构堆叠的增益区以及电流限制层(如氧化限制层，离子注入限制层等)。上述垂直腔面发射激光器通过一组量子阱堆叠形成的增益区，该类垂直腔面发射激光器单点功率为一般10mW(10mA驱动电流)，效率一般接近50％，多应用于所需功率较小的智能设备上，利用三维结构光技术进行近距离的人脸识别。但是，对于在大型三维传感应用场景，例如基于激光雷达的无人驾驶领域，上述结构的垂直腔面发射激光器已无法满足需求，需要大功率和高效率的激光器。基于这样的需求，现有最为广泛的方法是在垂直腔面发射激光器的结构中，增加有源区的数量来实现，从而形成多个增益区来增强器件的功率和效率。一般的量子阱必须位于周期性谐振结构的波峰位置才能产生增益，通常，对于在外部电场驱动载流子流经第一个有源区后，需要设计足够多的量子阱堆叠数量，是载流子完全复合后，就需要通过隧道结结构将载流子重新激活，从而在下一个有源区继续复合辐射光子，通过隧道结将多个量子阱堆叠的有源区连接起来，进而实现更高功率和效率的目的。但是，隧道结实质是很薄的重掺杂层构成的pn结，在外延生长中要实现准确的重掺杂难度大于其他普通外延层的生长，半导体级联有源区的隧道结是反向偏置的设计在器件结构中，隧道结的引入会增加器件工作的开启电压，从而提高工作电压。同时，随着对激光器功率和效率需求的提升，受空间和散热性能的限制，上述多个有源区的垂直腔面发射激光器越来越难以满足对激光器功率和效率的需求。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种多有源区级联的半导体激光器，以解决现有技术中多有源区级联的半导体激光器效率不高的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种多有源区级联的半导体激光器，包括：若干级联有源区，每一所述级联有源区包括多个有源区；隧道结，在所述级联有源区的至少一侧设置，与所述级联有源区电连接；其中，在所述级联有源区中，至少一组相邻的所述有源区之间通过势垒层连接。进一步地，在所述级联有源区中，若干组相邻的所述有源区均通过势垒层连接。进一步地，每一所述有源区中由多个量子阱堆叠成型或一个量子阱成型；或者每一所述有源区中由多个量子线堆叠成型或一个量子线成型；或者每一所述有源区中由多个量子点堆叠成型或一个量子点成型。进一步地，在所述多个量子阱堆叠中，多个量子阱之间采用隧道结和/或势垒层连接。进一步地，所述级联有源区为多个，相邻两所述级联有源区之间通过所述隧道结连接。进一步地，所述多有源区级联的半导体激光器还包括电流限制层，所述电流限制层在所述有源区的外侧设置。进一步地，所述电流限制层的数量为一层或多层，在所述有源区上层区域、下层区域或者中间区域设置。进一步地，所述电流限制层采用含铝和砷材料的氧化层；或者所述电流限制层采用离子注入层；或者所述电流限制层采用高电阻层。进一步地，所述多有源区级联的半导体激光器还包括抗反射层，所述抗反射层在所述半导体激光器的出光口位置设置。进一步地，所述多有源区级联的半导体激光器还包括光栅层，所述光栅层临近所述半导体激光器输出端的所述有源区设置。进一步地，所述多有源区级联的半导体激光器还包括反射层，所述反射层包括上反射层和下反射层。进一步地，所述上反射层和所述下反射层为分布式布拉格反射结构、亚波长光栅结构、金属膜反射结构和介质膜反射结构中的一种结构或任二组合结构。进一步地，所述反射层通过高低折射率材料堆叠成型，或者通过高低折射率材料堆叠，并在高低折射率材料之间存在渐变层。进一步地，所述多有源区级联的半导体激光器为多有源区垂直面发射激光器。本专利技术技术方案，具有如下优点：本专利技术提供的多有源区级联的半导体激光器中，让各个小数量的量子阱堆叠周期性的分布在周期性光场的每一个峰的中心，这样的话，每一组量子阱堆叠所占据的都是更靠近光场峰值的位置，这样就增加了腔内增益，降低了器件的阈值，也不会增加材料的内损耗，从而提高了激光器的功率和效率。相邻两所述有源区之间通过势垒层连接，进而让载流子充分复合完后，再加入隧道结结构使载流子从新被激活，继续流入下一个级联有源区继续产生增益，可以实现载流子继续在下一个有源区中复合产生光子，这样周期性增益结构中增加了更多的有源区，从而提高了器件的内量子效率，同时也降低了载流子的密度，从而获得更多的增益。势垒层连接不具有引入新的pn结的特性，因此该层不会提高器件工作的开启的电压，同时外延生长也较隧道结简单很多。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。在附图中：图1为本专利技术实施例中多有源区级联的半导体激光器的主视结构示意图。图2为图1所示多有源区级联的半导体激光器中反射层的主视结构示意图。图3为图1所示多有源区级联的半导体激光器中增益区的结构示意图，其中示意出了增益区的光场分布。图4为图1所示多有源区级联的半导体激光器中加入表面光栅实现偏振输入的结构示意图。图5为图3所示增益区的周期谐振驻波场图。图6为本专利技术实施例中量子阱堆叠的周期谐振驻波场图。图7为现有量子阱堆叠的周期谐振驻波场图。图8为本专利技术变形实施例中多有源区级联的半导体激光器结构图。图9为本专利技术另一变形实施例中多有源区级联的半导体激光器结构图，其中半导体激光器为底发射半导体激光器。其中，上述附图中的附图标记为：1、第一电极；2、衬底；3、下反射层；4、增益区；5、第一波导层；6、第一有源区；7、第一势垒层；8、第二有源区；9、第二波导层；10、隧道结；11、第三波导层；12、第三有源区；13、第二势垒层；14、第四有源区；15、第四波导层；16、电流限制层；17、上反射层；18、抗反射层；19、第二电极；20、光栅层；201、高折射率材料层；203、低折射率材料层；202、第一高低折射率材料层过渡层；204、第二高低折射率材料层过渡层。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，都属于本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多有源区级联的半导体激光器，其特征在于，包括：/n若干级联有源区，每一所述级联有源区包括多个有源区；/n隧道结(10)，在所述级联有源区的至少一侧设置，与所述级联有源区电连接；/n其中，在所述级联有源区中，至少一组相邻的所述有源区之间通过势垒层连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种多有源区级联的半导体激光器，其特征在于，包括：
若干级联有源区，每一所述级联有源区包括多个有源区；
隧道结(10)，在所述级联有源区的至少一侧设置，与所述级联有源区电连接；
其中，在所述级联有源区中，至少一组相邻的所述有源区之间通过势垒层连接。


2.根据权利要求1所述的多有源区级联的半导体激光器，其特征在于，在所述级联有源区中，若干组相邻的所述有源区均通过势垒层连接。


3.根据权利要求1所述的多有源区级联的半导体激光器，其特征在于，每一所述有源区中由多个量子阱堆叠成型或一个量子阱成型；或者每一所述有源区中由多个量子线堆叠成型或一个量子线成型；或者每一所述有源区中由多个量子点堆叠成型或一个量子点成型。


4.根据权利要求3所述的多有源区级联的半导体激光器，其特征在于，在所述多个量子阱堆叠中，多个量子阱之间采用隧道结(10)和/或势垒层连接。


5.根据权利要求1所述的多有源区级联的半导体激光器，其特征在于，所述级联有源区为多个，相邻两所述级联有源区之间通过所述隧道结(10)连接。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的多有源区级联的半导体激光器，其特征在于，所述多有源区级联的半导体激光器还包括电流限制层(16)，所述电流限制层(16)在所述有源区的外侧设置。


7.根据权利要求6所述的多有源区级联的半导体激光器，其特征在于，所述电流限制层(16)的数量为一层或多层，在所述有源区上层区域、下层区域或者中间区域设置。

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