一种具有小发散角的边发射半导体激光器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有小发散角的边发射半导体激光器及其制备方法，其中激光器包括：衬底；有源层，位于衬底的一侧；至少两层的模式扩展层，模式扩展层与有源层位于衬底的同一侧；相邻的两层模式扩展层之间以及有源层与模式扩展层之间设置有第一间隔层；模式扩展层用于增大有源层泄露出的光的光场强度，以在沿着有源层指向模式扩展层的方向上，扩展光场的分布。本发明专利技术增设至少两层模式扩展层，可将有源层泄漏的光限制在有源层外围，并逐级向更外层扩展，从而将激光器纵向的光场分布拉大，起到降低远场发散角的效果，代替现有技术中集成模斑转换器方法和宽波导方法，在减小了快轴的发散角的同时，改善了制备工艺复杂、光损耗过大的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种具有小发散角的边发射半导体激光器及其制备方法


[0001]本专利技术实施例涉及激光
，尤其涉及一种具有小发散角的边发射半导体激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]半导体激光器具备转换效率高、功率高、可靠性强、寿命长、体积小以及成本低等诸多优点，广泛应用于光通信、光互连、光存储高功率的应用、工业切割、测距、Lidar、医疗等领域。
[0003]半导体激光器中的边发射激光器，例如法布里
‑
珀罗(Fabry
‑
perot，FP)激光器和分布式反馈(Distributed Feedback，DFB)激光器，存在快轴1/e2发散角较大的问题，而较大的快轴发散角给应用带来一定的不便或成本增加。如光通讯领域应用的FP或DFB激光器，快轴发散角大于慢轴发散角会形成椭圆形光斑，从而降低光纤耦合效率；3D识别领域应用的高功率FP或DFB激光器快轴发散角较大时，会增加封装光束改善的成本。目前降低边发射激光器发散角的方法主要有集成模斑转换器方法和宽波导方法，以上方法存在制备工艺复杂、光损耗过大，发散角不够小等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种具有小发散角的边发射半导体激光器及其制备方法，以减小快轴的发散角的同时，改善制备工艺复杂、光损耗过大的问题。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种具有小发散角的边发射半导体激光器，包括：
[0006]衬底；
[0007]有源层，位于所述衬底的一侧；
[0008]至少两层的模式扩展层，所述模式扩展层与所述有源层位于所述衬底的同一侧；相邻的两层模式扩展层之间以及有源层与模式扩展层之间设置有第一间隔层；所述模式扩展层用于增大所述有源层泄露出的光的光场强度，以在沿着有源层指向所述模式扩展层的方向上，扩展光场的分布。
[0009]可选的，每一所述模式扩展层位于所述有源层与所述衬底之间。
[0010]可选的，所述有源层包括量子阱层以及位于所述量子阱层相对两侧的上限制层和下限制层；
[0011]所述模式扩展层的能带宽度介于所述第一间隔层的能带宽度与所述量子阱层的能带宽度之间；所述模式扩展层的折射率介于所述第一间隔层的折射率与所述量子阱层的折射率之间。
[0012]可选的，在垂直于所述衬底的方向上，所述模式扩展层中最靠近所述量子阱层的模式扩展层到量子阱层发光区的距离小于或等于1um。
[0013]可选的，相邻的两层模式扩展层之间距离的范围包括100nm～500nm；所述模式扩展层厚度的范围包括50～200nm。
[0014]可选的，具有小发散角的边发射半导体激光器还包括缓冲层，所述缓冲层与所述有源层位于所述衬底的同一侧；所述缓冲层覆盖所述衬底，所述缓冲层的材料与所述衬底的材料相同。
[0015]可选的，具有小发散角的边发射半导体激光器还包括
[0016]第二间隔层，所述第二间隔层位于所述有源层远离所述衬底的一侧；
[0017]刻蚀停止层，所述刻蚀停止层位于所述第二间隔层远离所述衬底的一侧；
[0018]脊波导结构，所述脊波导结构位于所述刻蚀停止层远离所述衬底的一侧，并覆盖部分的刻蚀停止层。
[0019]可选的，具有小发散角的边发射半导体激光器还包括：
[0020]介电层，所述介电层覆盖所述脊波导结构的侧壁以及所述脊波导结构暴露的刻蚀停止层；
[0021]第一电极层，所述第一电极层位于所述脊波导结构远离所述衬底的一侧；
[0022]第二电极层，所述第二电极层位于所述衬底远离所述有源层的一侧。
[0023]第二方面，本专利技术实施例提供了一种具有小发散角的边发射半导体激光器的制备方法，包括：
[0024]提供衬底；
[0025]形成有源层，所述有源层位于所述衬底的一侧；
[0026]形成至少两层的模式扩展层，所述模式扩展层与所述有源层位于所述衬底的同一侧；相邻的两层模式扩展层之间设置有第一间隔层；所述模式扩展层用于增大有源层泄露出的光的光场强度，以在沿有源层指向所述模式扩展层的方向上，扩展光场的分布。
[0027]可选的，每一所述模式扩展层位于所述有源层与所述衬底之间；
[0028]所述形成至少两层的模式扩展层包括：
[0029]在所述衬底的一侧依次交替形成模式扩展层和第一间隔层；其中，交替形成的模式扩展层和第一间隔层中，最靠近所述衬底的为模式扩展层，最远离所述衬底的为第一间隔层；
[0030]所述形成有源层包括：
[0031]在最远离所述衬底的第一间隔层远离所述衬底的一侧依次形成下限制层、量子阱层和上限制层；其中，所述模式扩展层的能带宽度介于所述第一间隔层的能带宽度与所述量子阱层的能带宽度之间；所述模式扩展层的折射率介于所述第一间隔层的折射率与所述量子阱层的折射率之间。
[0032]可选的，所述形成有源层之后，还包括：
[0033]形成第二间隔层，所述第二间隔层位于所述有源层远离所述衬底的一侧；
[0034]形成刻蚀停止层，所述刻蚀停止层位于所述第三间隔层远离所述衬底的一侧；
[0035]形成脊波导结构，所述脊波导结构位于所述刻蚀停止层远离所述衬底的一侧，并覆盖部分的刻蚀停止层。
[0036]本专利技术实施例提供了一种具有小发散角的边发射半导体激光器及其制备方法，其中具有小发散角的边发射半导体激光器，包括：衬底；有源层，位于衬底的一侧；至少两层的模式扩展层，模式扩展层与有源层位于衬底的同一侧；相邻的两层模式扩展层之间以及有源层与模式扩展层之间设置有第一间隔层；模式扩展层用于增大有源层泄露出的光的光场
强度，以在沿着有源层指向模式扩展层的方向上，扩展光场的分布。本专利技术在不改变有源层周围能带和折射率设计的基础上，引入多个模式扩展层，可将有源层泄漏的光限制在有源层外围，并逐级向更外层扩展，从而可将激光器纵向的光场分布拉大，进而起到降低远场发散角的效果。代替现有技术中集成模斑转换器方法和宽波导方法，在减小了快轴的发散角的同时，改善了制备工艺复杂、光损耗过大的问题。
附图说明
[0037]图1是现有技术中提供的一种边发射激光器出光近场光斑示意图；
[0038]图2是现有技术中提供的一种边发射激光器纵向光场分布示意图；
[0039]图3是现有技术中提供的一种边发射激光器部分膜层结构的导带能级示意图；
[0040]图4是图3所示膜层结构的折射率梯度示意图；
[0041]图5是本专利技术实施例提供的一种具有小发散角的边发射半导体激光器的结构示意图；
[0042]图6是本专利技术实施例提供的一种具有小发散角的边发射激光器的出光近场光斑示意图；
[0043]图7是本专利技术实施例提供的一种具有小发散角的边发射激光器的纵向光场分布示意图；
[0044]图8是本专利技术实施例提供的一种具有小发散角的边发射激光器部分膜层结构的导带能级示意图；
[0045]图9是图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有小发散角的边发射半导体激光器，其特征在于，包括：衬底；有源层，位于所述衬底的一侧；至少两层的模式扩展层，所述模式扩展层与所述有源层位于所述衬底的同一侧；相邻的两层模式扩展层之间以及有源层与模式扩展层之间设置有第一间隔层；所述模式扩展层用于增大所述有源层泄露出的光的光场强度，以在沿着有源层指向所述模式扩展层的方向上，扩展光场的分布。2.根据权利要求1所述的具有小发散角的边发射半导体激光器，其特征在于，每一所述模式扩展层位于所述有源层与所述衬底之间。3.根据权利要求2所述的具有小发散角的边发射半导体激光器，其特征在于，所述有源层包括量子阱层以及位于所述量子阱层相对两侧的上限制层和下限制层；所述模式扩展层的能带宽度介于所述第一间隔层的能带宽度与所述量子阱层的能带宽度之间；所述模式扩展层的折射率介于所述第一间隔层的折射率与所述量子阱层的折射率之间。4.根据权利要求2所述的具有小发散角的边发射半导体激光器，其特征在于，在垂直于所述衬底的方向上，所述模式扩展层中最靠近所述量子阱层的模式扩展层到量子阱层发光区的距离小于或等于1um。5.根据权利要求1所述的具有小发散角的边发射半导体激光器，其特征在于，相邻两层模式扩展层之间的距离范围包括100nm～500nm；所述模式扩展层厚度的范围包括50～200nm。6.根据权利要求1所述的具有小发散角的边发射半导体激光器，其特征在于，还包括缓冲层，所述缓冲层与所述有源层位于所述衬底的同一侧；所述缓冲层覆盖所述衬底，所述缓冲层的材料与所述衬底的材料相同。7.根据权利要求2所述的具有小发散角的边发射半导体激光器，其特征在于，还包括第二间隔层，所述第二间隔层位于所述有源层远离所述衬底的一侧；刻蚀停止层，所述刻蚀停止层位于所述第二间隔层远离所述衬底的一侧；脊波导结构，所述脊波导结构位于所述刻蚀停止层远离所述衬底的一侧，并覆盖部分的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李善文，李辉杰，李含轩，
申请(专利权)人：常州纵慧芯光半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：