一种基于倾斜表面光栅的大功率单侧出光半导体激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于倾斜表面光栅的大功率单侧出光半导体激光器，其采用二阶的二维倾斜表面光栅结构的PCSEL，具有多层结构，自下而上依次包括n电极层(1)、衬底层(2)、n包层(3)、n波导层(4)、量子阱或多量子阱有源层(5)、p波导层(6)、p包层(7)、欧姆接触层(8)、p电极层(9)。二维倾斜表面光栅结构被环绕在环形p电极层(9)之中，设置在欧姆接触层(8)之上，倾斜角度在0至50度之间，设有多个出射光孔，既提供水平方向的分布反馈作用，又提供垂直方向的衍射出光作用，还提供单侧出光作用。该PCSEL适用于InP基、GaAs基以及GaN基的一种或多种外延材料。料。料。

【技术实现步骤摘要】
一种基于倾斜表面光栅的大功率单侧出光半导体激光器


[0001]本专利技术属于半导体
，特别是半导体激光器
，尤其涉及一种基于倾斜表面光栅的大功率单侧出光半导体激光器。

技术介绍

[0002]半导体激光器具有体积小、质量轻、效率高、波长范围广、易集成、可靠性高、可批量化生产等优点，可以广泛应用于光通信、消费电子、医疗行业等领域。
[0003]半导体激光器可以分为两类：一类是边发射激光器，具有单器件输出功率高优点，但也有输出光束质量差、难二维集成、测试不方便等缺点；另一类是面发射激光器，具有输出光束质量高、易二维集成、测试方便等优点。面发射激光器按照谐振腔的不同可以分为水平谐振腔的PCSEL和垂直谐振腔的VCSEL。PCSEL相比于VCSEL能够输出更高的功率，因此在未来具有更大的应用潜力。
[0004]为了满足光通信、激光雷达等应用需求，以及提高输出激光利用效率，PCSEL需要满足输出功率大、输出光束单瓣、单侧出光的性能要求。2018年，Huang S C等人制作了采用垂直表面光栅的PCSEL，但输出功率较小，光束非单瓣，非单侧出光。2019年Masahiro Yoshida等人制作出了10W的PCSEL，但采用了成本较高的内置光栅实现输出功率大、输出光束单瓣，和采用成本较高的二次外延DBR方式实现单侧出光。2020年彭超等人利用一维倾斜光栅实现了光栅单侧出光。
[0005]因此，获得一种能够兼顾输出功率大、输出光束单瓣、单侧出光这些性能要求的半导体激光器就成为了现有技术中亟待解决难题。
[0006]专利技术目的
[0007]本专利技术的目的即在于解决现有技术中所面临的难题，提供一种新型的半导体激光器，采用倾斜表面光栅制作PCSEL，可同时兼顾输出功率大、输出光束单瓣、单侧出光这三个性能需求，相比于以往的方案具有独一无二的优势。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种基于倾斜表面光栅的大功率单侧出光半导体激光器，该半导体激光器为采用二阶的二维倾斜表面光栅结构的水平谐振腔的面发射激光器PCSEL，其特征在于，所述PCSEL具有多层结构，自下而上依次包括n电极层(1)、衬底层(2)、n包层(3)、n波导层(4)、量子阱或多量子阱有源层(5)、p波导层(6)、p包层(7)、欧姆接触层(8)、p电极层(9)；
[0009]所述二维倾斜表面光栅结构被环绕在p电极层(9)中，被设置在欧姆接触层(8)之上，具有多个孔，通过这些孔可出射光。
[0010]优选地，所述二维倾斜表面光栅采用正方形周期结构或者蜂窝状周期结构；所述多个孔为圆孔、方孔、三角形孔或其他多边形孔。
[0011]优选地，所述二维倾斜光栅倾斜角度在0至50度之间；所述二维倾斜光栅既提供水
平方向的分布反馈作用，又提供垂直方向的衍射出光作用，还提供单侧出光作用。
[0012]优选地，所述PCSEL适用于InP基、GaAs基以及GaN基的一种或多种外延材料。
附图说明
[0013]图1是本专利技术所述倾斜表面大功率单侧出光半导体激光器PCSEL的3D示意图和截面示意图。
[0014]图2是根据本专利技术的一个实施例的正方形周期圆形孔的倾斜表面光栅POSEL的俯视图和截面示意图。
[0015]图3是根据本专利技术的一个实施例的蜂窝状周期圆形孔的倾斜表面光栅POSEL的俯视图和截面示意图。
[0016]图4是传统形式两侧出光半导体激光器的3D示意图和截面示意图。
[0017]图5是传统形式两侧出光半导体激光器的仿真示意图。
[0018]图6是本专利技术倾斜表面大功率单侧出光半导体激光器的仿真示意图。
[0019]附图标记：1.n电极；2.衬底；3.n包层；4.n波导层；5.量子阱或多量子阱有源层；6.p波导层；7.p包层；8.欧姆接触层；9.p电极。
[0020]在本专利技术中，相同的附图标记表示相同的部件。
具体实施方式
[0021]以下结合附图，详细阐述本专利技术的实施方式，本领域技术人员应当明白，此处的实施例仅是本专利技术的优选方式，并不能被视为对本专利技术的限定，所有不脱离本专利技术主旨的变体或等效替代均应落入本专利技术的保护范围。
[0022]本专利技术提供了一种基于倾斜表面光栅的大功率单侧出光半导体激光器，该半导体激光器为采用二阶的二维倾斜表面光栅结构的水平谐振腔的面发射激光器PCSEL，该PCSEL具有多层结构，适用于InP基、GaAs基以及GaN基等多种外延材料，可用于产生不同波段、满足多种应用需求。
[0023]图1是本专利技术所述倾斜表面大功率单侧出光半导体激光器POSEL的3D示意图和截面示意图，如图1所示，该PCSEL具有多层结构，自下而上依次包括n电极层(1)、衬底层(2)、n包层(3)、n波导层(4)、量子阱或多量子阱有源层(5)、p波导层(6)、p包层(7)、欧姆接触层(8)、p电极层(9)。
[0024]以下通过两个实施例详细阐述本专利技术。
[0025]实施例1
[0026]本实施例为采用正方形周期结构和圆形孔的倾斜表面光栅POSEL，图2是本实施例的正方形周期圆形孔的倾斜表面光栅POSEL的俯视图和截面示意图，如图2所示，该二维倾斜表面光栅采用二维的正方形周期结构和圆形孔，光栅从外延片表面开始倾斜刻蚀到p波导层。
[0027]实施例2
[0028]本实施例为采用蜂窝状周期结构和圆形孔的倾斜表面光栅POSEL，图3是根据本实施例的蜂窝状周期圆形孔的倾斜表面光栅POSEL的俯视图和截面示意图，如图3所示，该二维倾斜表面光栅采用二维的蜂窝状周期结构和圆形孔，光栅从外延片表面开始倾斜刻蚀到
p波导层。
[0029]比较例
[0030]图4是传统形式两侧出光的半导体激光器的截面示意图。如图4所示，采用垂直表面光栅，从外延片表面开始刻蚀到p波导层。
[0031]图5是传统两侧出光垂直表面光栅半导体激光器的仿真图，图6是本专利技术实施例1的单侧出光倾斜表面光栅POSEL的仿真图，比较可知，本专利技术所述单侧出光倾斜表面光栅POSEL的输出功率远高于传统的两侧出光垂直表面出光的半导体激光器。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含倾斜表面光栅的单侧出光面发射半导体激光器，该半导体激光器为采用二阶的二维倾斜表面光栅结构的水平谐振腔的面发射激光器PCSEL，其特征在于，所述PCSEL具有多层结构，自下而上依次包括n电极层(1)、衬底层(2)、n包层(3)、n波导层(4)、量子阱或多量子阱有源层(5)、p波导层(6)、p包层(7)、欧姆接触层(8)、p电极层(9)；所述二维倾斜表面光栅结构被环绕在p电极层(9)中，被设置在欧姆接触层(8)之上，具有多个孔，通过这些孔可出射光。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝智彪，杨钊，王健，汪莱，罗毅，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：