一种可控横向光场的多结型半导体激光器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种可控横向光场的多结型半导体激光器及其制造方法，涉及半导体激光器技术领域，可控横向光场的多结型半导体激光器包括：衬底；多个含有PN限制层、波导层、量子阱区、电流限制层的结型结构，且多个结型结构之间均通过一隧道结进行连接；其中，隧道结为高掺反偏的PN结，隧道结包括P型隧穿层和N型隧穿层。通过本发明专利技术所示的可控横向光场的多结型半导体激光器，可选择性插入一种电流限制结构，形成一种在各结位置处的电流约束通道，从而改善多结型半导体激光器的电流扩展问题，进一步改善多结型半导体激光器的横向光场分布，使得各结有源区发光的横向宽度对称或一致，提高其近场远场光强均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种可控横向光场的多结型半导体激光器及其制造方法
本专利技术涉及半导体激光器
，具体涉及一种可控横向光场的多结型半导体激光器及其制造方法。
技术介绍
目前，边发射型半导体激光器由于体积小、功率高、寿命长、转化效率高等诸多优点而得到广泛应用，发展尤为迅速。其中多结型半导体激光器由于低电流、高脉冲功率特性优异，已在无人驾驶汽车、港口自动导航机器人等领域得到广泛应用。通常情况下，边发射型半导体激光器结构包括限制层、波导层、单一有源区形式设计，并通过增大发光面积或增加腔长方式实现大功率的激光输出，但此类方式往往会增加相应的半导体激光器的体积且单位面积光功率提升性能有限。相比较的，为实现光电子器件的输出功率的倍增，将一定数量的半导体激光器结构采用隧穿结串联堆垛起来，可在不增加有源区面积或腔长的下成倍提升半导体激光器的输出功率。然而，目前常用的多结型半导体激光器仅关注其输出功率、斜率效率的提升，却往往忽略由于结型结构堆垛导致的电流扩展效应，而引发各结发光区域在横向发散角不一致的问题；例如申请号为专利201511024496.7、专利名称为《多有源区外延结构、采用其的半导体激光器及其制造方法》该半导体激光器中，激光器腔面各结近场光斑尺寸将出现明显的宽度差异，受此影响其远场光斑边缘光场强度也存在上下不均匀问题，进而影响后期光学耦合效率。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种可控横向光场的多结型半导体激光器，通过选择性插入一种电流限制结构，形成一种在各结位置处的电流约束通道，从而改善多结型半导体激光器的电流扩展问题，进一步改善多结型半导体激光器的横向光场分布，使得各结有源区发光的横向宽度对称或一致，提高其近场远场光强均匀性。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种可控横向光场的多结型半导体激光器，所述可控横向光场的多结型半导体激光器包括：衬底；多个含有PN限制层、波导层、量子阱区、电流限制层的结型结构，且多个所述结型结构之间均通过一隧道结进行连接；其中，所述隧道结为高掺反偏的PN结，所述隧道结包括P型隧穿层和N型隧穿层。根据上述技术方案的一方面，所述隧道结为PN隧道结A，所述结型结构为结型结构A，所述结型结构A包括：砷化镓衬底A；P型砷化镓下电流限制层A，所述P型砷化镓下电流限制层A的中间设有电流通道A，并且所述P型砷化镓下电流限制层A上通过二次外延形成表面平整的N型砷化镓缓冲层A，所述P型砷化镓下电流限制层A与N型砷化镓缓冲层A相互接触；其中，所述N型砷化镓缓冲层A上层叠设有一级结型结构A、二级结型结构A与三级结型结构A，每级所述结型结构均包括依次层叠设置的N型限制层、下波导层、量子阱区、上波导层和P型限制层；二级结型结构A的所述P型限制层与一级结型结构A的所述N型限制层、二级结型结构A的所述N型限制层与三级结型结构A的P型限制层之间均通过PN隧道结A连接。根据上述技术方案的一方面，每级所述结型结构均包括依次层叠设置N型中铝组分铝镓砷限制层A、低铝组分铝镓砷下波导层A、铟镓砷磷量子阱区A、低铝组分铝镓砷上波导层A和中铝组分铝镓砷P型限制层A；与P型金属层A相邻的三级结型结构A中，所述三级结型结构A还包括高掺杂砷化镓接触层A，所述高掺杂砷化镓接触层A与所述P型金属层A接触。根据上述技术方案的一方面，所述隧道结为PN隧道结B，所述结型结构为结型结构B，所述结型结构B包括：砷化镓衬底B，N型砷化镓缓冲层B，设于所述砷化镓衬底B之上，并且N型砷化镓缓冲层B的表面保持平整；其中，所述N型砷化镓缓冲层B上层叠设有一级结型结构B、二级结型结构B与三级结型结构B，每级所述结型结构均包括依次层叠设置的N型限制层、下波导层、量子阱区、上波导层、P型限制层；二级结型结构B的所述P型限制层与一级结型结构B的所述N型限制层、二级结型结构B的所述N型限制层与三级结型结构B的P型限制层之间均通过PN隧道结B连接。根据上述技术方案的一方面，靠近所述砷化镓衬底B的一、二级结型结构B均包括：层叠设置的N型中铝组分铝镓砷限制层B、低铝组分铝镓砷下波导层B、铟镓砷磷量子阱区B、低铝组分铝镓砷上波导层B、中铝组分铝镓砷P型限制层B与高铝组分铝镓砷上电流限制层B；其中，一级结型结构B与二级结型结构B之间、二级结型结构B与三级结型结构B之间均设有高铝组分铝镓砷上电流限制层B，所述高铝组分铝镓砷上电流限制层B设于所述中铝组分铝镓砷P型限制层B和与之相邻的所述PN隧道结B之间，并且所述高铝组分铝镓砷上电流限制层B的中间设有电流通道B。根据上述技术方案的一方面，靠近所述P型金属层B的三级结型结构B包括：N型中铝组分铝镓砷限制层B、低铝组分铝镓砷下波导层B、铟镓砷磷量子阱区B、低铝组分铝镓砷上波导层B、中铝组分铝镓砷P型限制层B与高掺杂砷化镓接触层B；其中，所述高掺杂砷化镓接触层B与所述P型金属层B接触。基于同样的目的，本专利技术提供了一种可控横向光场的多结型半导体激光器的制造方法，用于制备上述技术方案中所述的可控横向光场的多结型半导体激光器，所述方法包括以下步骤：S101、在衬底上形成一层平整的N型缓冲层及一级结型结构A，一级结型结构A包括依次生长的N型限制层、下波导层、量子阱区、上波导层和P型限制层，一级结型结构A为一级完整发光区；S102、在一级结型结构A上形成一个高掺反偏的PN隧道结A；S103、在高掺反偏的PN隧道结A上再次形成二级结型结构A，该二级结型结构A包括依次生长的N型限制层、下波导层、量子阱区、上波导层和P型限制层，上述二级结型结构A为该半导体激光器的二级完整发光区；或者，S201、在衬底上形成一层平整的N型缓冲层及一级结型结构B，一级结型结构B包括依次生长的N型限制层、下波导层、量子阱区、上波导层和P型限制层，一级结型结构B为一级完整发光区；S202、在一级结型结构B上形成一个高掺反偏的PN隧道结B；S203、在高掺反偏的PN隧道结B上再次形成二级结型结构B，二级结型结构B包括依次生长的N型限制层、下波导层、量子阱区、上波导层和P型限制层，二级结型结构B为二级完整发光区。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的半导体激光器设有多个结型结构，并且相邻的两个结型结构之间均通过隧道结连接，从而有效控制激光器横向电流扩展效应，从而改善激光器横向光场分布，使其对称均匀、一致，从而有效提升多结型半导体激光器光束质量。本专利技术的附加方面与优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述与/或附加的方面与优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显与容易理解，其中：图1为本专利技术第一实施例中多结型半导体激光器的结构示意图；图2为本专利技术第一实施例中多结型半导体激光器的外延结构示意图；图3为本专利技术第三实施例中多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可控横向光场的多结型半导体激光器，其特征在于，所述可控横向光场的多结型半导体激光器包括：/n衬底；/n多个含有PN限制层、波导层、量子阱区、电流限制层的结型结构，且多个所述结型结构之间均通过一隧道结进行连接；/n其中，所述隧道结为高掺反偏的PN结，所述隧道结包括P型隧穿层和N型隧穿层。/n

【技术特征摘要】
1.一种可控横向光场的多结型半导体激光器，其特征在于，所述可控横向光场的多结型半导体激光器包括：
衬底；
多个含有PN限制层、波导层、量子阱区、电流限制层的结型结构，且多个所述结型结构之间均通过一隧道结进行连接；
其中，所述隧道结为高掺反偏的PN结，所述隧道结包括P型隧穿层和N型隧穿层。


2.根据权利要求1所述的可控横向光场的多结型半导体激光器，其特征在于，所述隧道结为PN隧道结A，所述结型结构为结型结构A，所述结型结构A包括：
砷化镓衬底A；
P型砷化镓下电流限制层A，所述P型砷化镓下电流限制层A的中间设有电流通道A，并且所述P型砷化镓下电流限制层A上通过二次外延形成表面平整的N型砷化镓缓冲层A，所述P型砷化镓下电流限制层A与N型砷化镓缓冲层A相互接触；
其中，所述N型砷化镓缓冲层A上层叠设有一级结型结构A、二级结型结构A与三级结型结构A，每级所述结型结构均包括依次层叠设置的N型限制层、下波导层、量子阱区、上波导层和P型限制层；二级结型结构A的所述P型限制层与一级结型结构A的所述N型限制层、二级结型结构A的所述N型限制层与三级结型结构A的P型限制层之间均通过PN隧道结A连接。


3.根据权利要求2所述的可控横向光场的多结型半导体激光器，其特征在于：
每级所述结型结构均包括依次层叠设置N型中铝组分铝镓砷限制层A、低铝组分铝镓砷下波导层A、铟镓砷磷量子阱区A、低铝组分铝镓砷上波导层A和中铝组分铝镓砷P型限制层A；
与P型金属层A相邻的三级结型结构A中，所述三级结型结构A还包括高掺杂砷化镓接触层A，所述高掺杂砷化镓接触层A与所述P型金属层A接触。


4.根据权利要求1所述的可控横向光场的多结型半导体激光器，其特征在于，所述隧道结为PN隧道结B，所述结型结构为结型结构B，所述结型结构B包括：
砷化镓衬底B，
N型砷化镓缓冲层B，设于所述砷化镓衬底B之上，并且N型砷化镓缓冲层B的表面保持平整；
其中，所述N型砷化镓缓冲层B上层叠设有一级结型结构B、二级结型结构B与三级结型结构B，每级所述结型结构均包括依次层叠设置的N型限制层、下波导层、量子阱区、上波导层、P型限制层；二级结型结构B的所述P型限制层与一级结型结构B的所述N型限制层、二级结型结构B的所述N型限制层与三级结型结构B的P型限制层...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋锴，李春勇，舒凯，仇伯仓，柯毛龙，徐化勇，冯欧，
申请(专利权)人：江西铭德半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36