高功率半导体激光器的光芯片结构及其制备方法、激光器技术

本公开提供了一种高功率半导体激光器的光芯片结构及其制备方法、激光器。其中，该光芯片结构包括衬底、缓冲区、光功能区和脊波导区。缓冲区位于衬底上；光功能区位于缓冲区上，用于受激辐射产生激光；脊波导区位于光功能区上，用于控制光芯片的单模运行并引导激光光束在光芯片中的传输；其中，光芯片结构还包括插入间隔层和光牵引秤砣区。插入间隔层位于光功能区和脊波导区之间，用于控制光芯片在单模运行时脊波导的宽度，以提高光芯片的激光输出功率；和/或光牵引秤砣区位于缓冲区和光功能区之间，用于对光功能区的光场分布实现牵引，以提高光芯片的激光输出功率。借此，可实现III

【技术实现步骤摘要】
高功率半导体激光器的光芯片结构及其制备方法、激光器


[0001]本公开涉及光传感技术、光网络传输技术以及半导体技术等
，尤其涉及一种高功率半导体激光器的光芯片结构及其制备方法、激光器。

技术介绍

[0002]随着新一代光传感技术和光集成技术的蓬勃发展，相关技术迅速得以推广应用。为使得现有光传感或光集成产品的性能更加优异，提高该类产品的光芯片的输出功率成为科技研发过程中所关注的焦点，主要在于光芯片的激光输出功率将直接影响到相关产品的适用范围和功效，例如：(1)在采用同一光源的多路光栅光纤传感系统中，半导体激光器光源的激光输出功率的大小决定了可以支持多少个并联光路，和携带多少个光栅光纤传感器单元，因而直接影响到光传感系统的能效；(2)在硅光集成光路应用中，半导体激光器光源的激光输出功率的大小直接影响到硅光集成光路的规模，从而影响整个系统的冗余设计。

技术实现思路

[0003](一)要解决的技术问题
[0004]为解决传统光芯片中所存在的涉及激光输出功率的技术问题至少之一，本公开提供了一种可实现III
‑
V族脊波导半导体激光器光芯片超高激光输出功率的光芯片结构及其制备方法、激光器。
[0005](二)技术方案
[0006]本公开的一个方面提供了一种高功率半导体激光器的光芯片结构，包括衬底、缓冲区、光功能区和脊波导区。缓冲区位于衬底上；光功能区位于缓冲区上，用于受激辐射产生激光；脊波导区位于光功能区上，用于控制光芯片的单模运行并引导激光光束在光芯片中的传输；r/>[0007]其中，光芯片结构还包括插入间隔层和光牵引秤砣区。插入间隔层位于光功能区和脊波导区之间，用于控制光芯片在单模运行时脊波导的宽度，以提高光芯片的激光输出功率；和/或光牵引秤砣区位于缓冲区和光功能区之间，用于对光功能区的光场分布实现牵引，以提高光芯片的激光输出功率。
[0008]根据本公开的实施例，衬底、缓冲区和光牵引秤砣区的制备材料为n型掺杂材料；插入间隔层和脊波导区的制备材料为p型掺杂材料。
[0009]根据本公开的实施例，缓冲区的折射率小于光芯片结构的光功能区和光牵引秤砣区的折射率。
[0010]根据本公开的实施例，光功能区还包括阻挡层、量子有源区和光束缚区。
[0011]阻挡层位于光牵引秤砣区上，用于阻挡光功能区的载流子溢出，防止光功能区的光能量损耗；量子有源区位于阻挡层上，用于受激辐射产生激光；光束缚区位于量子有源区上，用于对光功能区的光辐射进行束缚。
[0012]根据本公开的实施例，量子有源区包括量子阱结构、量子线结构或者量子点结构。
[0013]根据本公开的实施例，光牵引秤砣区包括多个光牵引层，多个光牵引层在缓冲区和光功能区的阻挡层之间依次叠层排列；其中，在相邻的两个光牵引层中，靠近缓冲区的光牵引层的折射率小于靠近阻挡层的光牵引层的折射率。
[0014]根据本公开的实施例，光牵引秤砣区的折射率在自缓冲区到阻挡层的方向上线性递增。
[0015]根据本公开的实施例，光束缚区包括多个光束缚层，多个光束缚层在量子有源区和插入间隔层之间依次叠层排列；其中，在相邻的两个光束缚层中，靠近量子有源区的光束缚层的折射率大于靠近插入间隔层的光束缚层的折射率。
[0016]根据本公开的实施例，光束缚区的折射率在自量子有源区到插入间隔层的方向上线性递减。
[0017]根据本公开的实施例，光芯片结构还包括刻蚀阻挡层，刻蚀阻挡层位于插入间隔层和脊波导区之间，用于在形成脊波导区的过程中控制脊波导区的形成厚度。
[0018]本公开的另一个方面还提供了一种上述的高功率半导体激光器的光芯片结构的制备方法，包括：形成衬底，在衬底上形成缓冲区；在缓冲区上形成光功能区，光功能区用于受激辐射产生激光；在光功能区上形成脊波导区，脊波导区用于控制光芯片的单模运行并引导激光光束在光芯片中的传输；其中，方法还包括：在形成脊波导区之前，在光功能区上形成插入间隔层，插入间隔层用于控制光芯片在单模运行时脊波导的宽度，以提高光芯片的激光输出功率；和/或在形成光功能区之前，在缓冲区上形成光牵引秤砣区，光牵引秤砣区用于对光功能区的光场分布实现牵引，以提高光芯片的激光输出功率。
[0019]本公开的又一个方面还提供了一种的激光器，其中，包括上述的高功率半导体激光器的光芯片结构，可应用于光传感和光集成等众多领域。
[0020](三)有益效果
[0021]本公开提供了一种高功率半导体激光器的光芯片结构及其制备方法、激光器。其中，该光芯片结构包括衬底、缓冲区、光功能区和脊波导区。缓冲区位于衬底上；光功能区位于缓冲区上，用于受激辐射产生激光；脊波导区位于光功能区上，用于控制光芯片的单模运行并引导激光光束在光芯片中的传输；其中，光芯片结构还包括插入间隔层和光牵引秤砣区。插入间隔层位于光功能区和脊波导区之间，用于控制光芯片在单模运行时脊波导的宽度，以提高光芯片的激光输出功率；和/或光牵引秤砣区位于缓冲区和光功能区之间，用于对光功能区的光场分布实现牵引，以提高光芯片的激光输出功率。借此，可实现III
‑
V族脊波导半导体激光器光芯片的超高激光功率输出。
附图说明
[0022]图1示意性示出了根据本公开实施例的高功率半导体激光器的光芯片结构的基本组成图；
[0023]图2示意性示出了根据本公开实施例的高功率半导体激光器的一光芯片结构的光强
‑
折射率沿晶体生长层垂直方向的分布图；
[0024]图3示意性示出了根据本公开实施例的高功率半导体激光器的另一光芯片结构的光强
‑
折射率沿晶体生长层垂直方向的分布图；
[0025]图4示意性示出了根据本公开实施例的高功率半导体激光器的又一光芯片结构的
光强
‑
折射率沿晶体生长层垂直方向的分布图；
[0026]图5示意性示出了根据本公开实施例的高功率半导体激光器的再一光芯片结构的光强
‑
折射率沿晶体生长层垂直方向的分布图；
[0027]图6示意性示出了根据本公开实施例的高功率半导体激光器的还一光芯片结构的光强
‑
折射率沿晶体生长层垂直方向的分布图；以及
[0028]图7示意性示出了根据本公开实施例的高功率半导体激光器的光芯片结构的制备方法的流程图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。
[0030]需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属
中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
[0031]还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功率半导体激光器的光芯片结构，包括：衬底，缓冲区，位于所述衬底上；光功能区，位于所述缓冲区上，用于受激辐射产生激光；脊波导区，位于所述光功能区上，用于控制所述光芯片的单模运行并引导所述激光光束在光芯片中的传输；其中，所述光芯片结构还包括：插入间隔层，位于所述光功能区和所述脊波导区之间，用于控制光芯片在单模运行时脊波导的宽度，以提高所述光芯片的激光输出功率；和/或光牵引秤砣区，位于所述缓冲区和所述光功能区之间，用于对所述光功能区的光场分布实现牵引，以提高所述光芯片的激光输出功率。2.根据权利要求1所述的光芯片结构，其中，所述衬底、缓冲区和光牵引秤砣区的制备材料为n型掺杂材料；所述插入间隔层和所述脊波导区的制备材料为p型掺杂材料。3.根据权利要求1所述的光芯片结构，其中，所述缓冲区的折射率小于所述光芯片结构的光功能区和光牵引秤砣区的折射率。4.根据权利要求1所述的光芯片结构，其中，所述光功能区还包括：阻挡层，位于所述光牵引秤砣区上，用于阻挡所述光功能区的载流子溢出，防止所述光功能区的光能量损耗；量子有源区，位于所述阻挡层上，用于受激辐射产生激光；光束缚区，位于所述量子有源区上，用于对所述光功能区的光辐射进行束缚。5.根据权利要求4所述光芯片结构，其中，所述量子有源区包括量子阱结构、量子线结构或者量子点结构。6.根据权利要求4所述的光芯片结构，其中，所述光牵引秤砣区包括：多个光牵引层，在所述缓冲区和所述光功能区的阻挡层之间依次叠层排列；其中，在相邻的两个光牵引层中，靠近所述缓冲区的光牵引层的折射率小于靠近所述阻挡层的光牵引层的折射率。7.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：章雅平，
申请(专利权)人：山东中芯光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：