隧道级联多有源区半导体激光器及其制备方法技术

本公开提供一种隧道级联多有源区半导体激光器的制备方法，包括：在衬底上生长缓冲层；在所述缓冲层上生长第一发光区；在所述第一发光区上生长第一反偏的PN结构；在所述的第一反偏的PN结构上生长第二发光区；在所述第二发光区上生长第二反偏的PN结构；在所述第二反偏的PN结构上生长第三发光区；以及在所述第三发光区上制作欧姆接触层，并在所述欧姆接触层和衬底表面制作电极，从而完成隧道级联多有源区半导体激光器的制备。本公开还提供一种隧道级联多有源区半导体激光器。多有源区半导体激光器。多有源区半导体激光器。

【技术实现步骤摘要】
隧道级联多有源区半导体激光器及其制备方法


[0001]本公开涉及半导体激光器
，尤其涉及一种用于激光雷达的高输出功率、低垂直发散角的隧道级联多有源区半导体激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]高功率半导体脉冲激光器以其可靠性高、体积小、价格便宜等优势，在激光测距、交通监控、智能传感、医疗器械、测绘遥感和激光雷达等一系列领域获得了广泛的应用。作为脉冲半导体激光器的典型应用，近几年急速兴起应用于无人驾驶汽车的激光雷达，以其探测精度高、范围广和速度快的三维感知能力得到了广泛的关注。作为激光雷达的关键部件，由于满足一级人眼安全标准，激射于905nm的大功率脉冲半导体激光器成为主要探测光源。在实际的应用中，要求无人驾驶汽车必须在高速运动状态下正确识别周围物体，在极短的时间内构建一张约100～200m距离内、探测精度高达2cm的三维(3D)地图，并在远至250m距离范围内创建高角分辨率的图像。这就要求激光雷达的成像系统和测距系统具有更高的紧凑性和更远的探测距离，因此对激光雷达探测光源的输出功率和光束质量提出了更高的要求。
[0003]相比于连续或者准连续方式工作的半导体激光器，脉冲半导体激光器由于工作时的占空比低至0.1％，因而会产生更少的焦耳热。器件废热的极大减小，有利于器件功率的提升，也允许人们设计更为紧凑的外延结构，以最少的外延材料实现最大的脉冲峰值功率输出，减小器件的制作成本。传统结构的激光器，在同一个外延片内的外延方向上只有一个发光区，单个发光区有限的发光面积，在较大的脉冲激光功率输出时，可能会导致器件腔面发生光学灾变损伤(COD)，从而使器件失效。要想获得更大的峰值脉冲输出功率，必须将多个分立的器件在垂直方向上焊接后使用，但这样势必会引入额外的焊接工序，且会耗费较多的外延材料。另一个方案是采用水平阵列形式的mini
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bar，需经光束整形合束之后再实现较高脉冲峰值功率的输出，但同样会面临工艺复杂(“smile”效应的影响)、需要额外光学透镜才能实现的问题，从而增加不必要的成本。
[0004]因此，如何提供一种更具性能优势、工艺优势、成本优势的激光器是一个亟待解决的技术课题。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]基于上述问题，本公开提供了一种隧道级联多有源区半导体激光器及其制备方法，以缓解现有技术中激光器工艺复杂、成本高等技术问题。
[0007](二)技术方案
[0008]本公开的一个方面，提供一种隧道级联多有源区半导体激光器的制备方法，包括：在衬底上生长缓冲层；在所述缓冲层上生长第一发光区；在所述第一发光区上生长第一反偏的PN结构；在所述的第一反偏的PN结构上生长第二发光区；在所述第二发光区上生长第
二反偏的PN结构；在所述第二反偏的PN结构上生长第三发光区；以及在所述第三发光区上制作欧姆接触层，并在所述欧姆接触层和衬底表面制作电极，从而完成隧道级联多有源区半导体激光器的制备。
[0009]根据本公开实施例，所述衬底为(100)面偏(111)方向2
°
或15
°
的N型偏角衬底；所述缓冲层为N型缓冲层。
[0010]根据本公开实施例，在所述缓冲层上生长第一发光区，包括：在所述缓冲层上依次生长N型下限制层、N型下波导层、第一量子垒层、第一量子阱层、第二量子垒层、第一P型内波导层，形成第一发光区。
[0011]根据本公开实施例，在所述第一发光区上生长第一反偏的PN结构，包括：在所述第一发光区上依次外延生长第一P型隧道结层和第一N型隧道结层，形成第一反偏的PN结构。
[0012]根据本公开实施例，在所述的第一反偏的PN结构上生长第二发光区，包括：在所述第一反偏的PN结构上依次外延生长第一N型内波导层、第三量子垒层、第二量子阱层、第四量子垒层、第二P型内波导层，形成第二发光区。
[0013]根据本公开实施例，在所述第二发光区上生长第二反偏的PN结构，包括：在所述第二发光区上依次外延生长第二P型隧道结层和第二N型隧道结层，形成第二反偏的PN结构。
[0014]根据本公开实施例，在所述第二反偏的PN结构上生长第三发光区，包括：在所述第二反偏的PN结构上依次外延生长第二N型内波导层、第五量子垒层、第三量子阱层、第六量子垒层、P型上波导层、P型上限制层，形成第三发光区。
[0015]根据本公开实施例，所述N型下限制层、N型下波导层、第一P型内波导层均采用铝镓砷材料，且N型下限制层中的铝组分高于N型下波导层、第一P型内波导层中的铝组分；所述第一量子垒层、第二量子垒层采用镓砷材料，第一量子阱层采用铟镓砷材料，形成压应变量子阱结构。
[0016]根据本公开实施例，所述第一N型内波导层、第二P型内波导层均采用铝镓砷材料，且第一N型内波导层和第二P型内波导层中的铝组分相同；所述第三量子垒层、第四量子垒层采用镓砷材料，第二量子阱层采用铟镓砷材料，形成压应变量子阱结构。
[0017]根据本公开实施例，所述第二N型内波导层、P型上波导层、P型上限制层均采用铝镓砷材料，且P型上限制层中的铝组分高于第二N型内波导层、P型上波导层中的铝组分；所述第五量子垒层、第六量子垒层采用镓砷材料，第三量子阱层采用铟镓砷材料，形成压应变量子阱结构。
[0018]本公开的另一方面，提供一种隧道级联多有源区半导体激光器，采用以上任一项所述的制备方法制备而成，所述隧道级联多有源区半导体激光器，包括：衬底；缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；第一发光区，制备于所述缓冲层上，包括：N型下限制层，制作在缓冲层上；N型下波导层，制作在N型下限制层上；第一量子垒层，制作在N型下波导层上；第一量子阱层，制作在第一量子垒层上；第二量子垒层，制作在第一量子阱层上；以及第一P型内波导层，制作在第二量子垒层上；第一反偏的PN结构，制备于所述第一发光区上，包括：第一P型隧道结层，制作在第一P型内波导层上；第一N型隧道结层，制作在第一P型隧道结层上；第二发光区，制备于所述第一反偏的PN结构上，包括：第一N型内波导层，制作在第一N型隧道结层上；第三量子垒层，制作在第一N型内波导层上；第二量子阱层，制作在第三量子垒层上；以及第四量子垒层，制作在第二量子阱层上；第二P型内波导层，制作在第四量子垒层上；第
二反偏的PN结构，制备于所述第二发光区上，包括：第二P型隧道结层，制作在第二P型内波导层上；第二N型隧道结层，制作在第二P型隧道结层上；第三发光区，制备于所述第二反偏的PN结构上，包括：第二N型内波导层，制作在第二N型隧道结层上；第五量子垒层，制作在第二N型内波导层上；第三量子阱层，制作在第五量子垒层上；第六量子垒层，制作在第三量子阱层上；P型上波导层，制作在第六量子垒层上；以及P型上限制层，制作在P型上波导层上；欧姆接触层，制作在所述P型上限制层上；P面电极，制作在欧姆接触层上；以及N面电极，制作在衬底表面。
[0019]从上述技术方案可以看出，本公开隧道级联多有源区半导体激光器及其制备方法至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道级联多有源区半导体激光器的制备方法，包括：在衬底上生长缓冲层；在所述缓冲层上生长第一发光区；在所述第一发光区上生长第一反偏的PN结构；在所述的第一反偏的PN结构上生长第二发光区；在所述第二发光区上生长第二反偏的PN结构；在所述第二反偏的PN结构上生长第三发光区；以及在所述第三发光区上制作欧姆接触层，并在所述欧姆接触层和衬底表面制作电极，从而完成隧道级联多有源区半导体激光器的制备。2.根据权利要求1所述的隧道级联多有源区半导体激光器的制备方法，所述衬底为(100)面偏(111)方向2
°
或15
°
的N型偏角衬底；所述缓冲层为N型缓冲层。3.根据权利要求1所述的隧道级联多有源区半导体激光器的制备方法，在所述缓冲层上生长第一发光区，包括：在所述缓冲层上依次生长N型下限制层、N型下波导层、第一量子垒层、第一量子阱层、第二量子垒层、第一P型内波导层，形成第一发光区。4.根据权利要求1所述的隧道级联多有源区半导体激光器的制备方法，在所述第一发光区上生长第一反偏的PN结构，包括：在所述第一发光区上依次外延生长第一P型隧道结层和第一N型隧道结层，形成第一反偏的PN结构。5.根据权利要求1所述的隧道级联多有源区半导体激光器的制备方法，在所述的第一反偏的PN结构上生长第二发光区，包括：在所述第一反偏的PN结构上依次外延生长第一N型内波导层、第三量子垒层、第二量子阱层、第四量子垒层、第二P型内波导层，形成第二发光区。6.根据权利要求1所述的隧道级联多有源区半导体激光器的制备方法，在所述第二发光区上生长第二反偏的PN结构，包括：在所述第二发光区上依次外延生长第二P型隧道结层和第二N型隧道结层，形成第二反偏的PN结构。7.根据权利要求1所述的隧道级联多有源区半导体激光器的制备方法，在所述第二反偏的PN结构上生长第三发光区，包括：在所述第二反偏的PN结构上依次外延生长第二N型内波导层、第五量子垒层、第三量子阱层、第六量子垒层、P型上波导层、P型上限制层，形成第三发光区。8.根据权利要求3所述的隧道级联多有源区半导体激光器的制备方法，其中：所述N型下限制层、N型下波导层、第一P型内波导层均采用铝镓砷材料，且N型下限制层中的铝组分高于N型下波导层、第一P型内波导层中的铝组分；所述第一量子垒层、第二量子垒层采用镓砷材料，第一量子阱层采用铟镓...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊聪，祁琼，林楠，常津源，刘素平，马骁宇，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：