一种非对称脊实现光滤波的半导体激光器制造技术

本发明专利技术涉及半导体激光器技术领域，具体公开一种非对称脊实现光滤波的半导体激光器。该激光器的P限制层的上表面具有两条平行分布的凹槽，所述凹槽之间的部分形成脊波导，所述凹槽的两侧形成肩部；所述脊波导的前部分与后部分的连接处为错位连接，即形成了前后为非对称分布的脊波导错位区域。本发明专利技术通过脊波导偏离之后基模模场的耦合积分效率来控制高阶模式的耦合损耗，对激光器中的高阶光场进行滤除，提升了基模输出纯净度，优化了光斑质量。优化了光斑质量。优化了光斑质量。

【技术实现步骤摘要】
一种非对称脊实现光滤波的半导体激光器


[0001]本专利技术涉及半导体激光器
，具体涉及一种非对称脊实现光滤波的半导体激光器。

技术介绍

[0002]本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]半导体激光器是各类光电子设备的核心，被广泛应用于信息存储、激光显示、工业和医疗设备等领域。650nm半导体激光器因其光束质量高、性价比高和光电转换率高的优势，被广泛用于激光指示、激光加工、光学传感、光通信和医疗领域中。随着技术的更新发展，激光器提高发射光束质量、提升基模运转纯净度成为现有半导体激光器研发的主要方向。传统脊波导边发射半导体激光器由于其外延生长控制手段限制，加之光刻刻蚀工艺精度影响、有源层材料缺陷效应的影响，导致器件输出光束质量差，使其在光光通信、激光加工等对光束质量要求较高的应用中严重受限，继而限制了激光器产业的发展和进步。
[0004]为高效解决边发射激光器现有困境，目前主要有两种设计思路：一是在边发射激光器芯片位于谐振腔位置或外延层状结构内部设置能够实现模式滤波的几何结构或额外材料，补偿或减少激光器谐振时的高阶模式，增加基模纯净度实现高质量基模高斯光斑输出；二是在激光器腔面位置，通过高精度镀膜、增加表面波导结构进行滤波。其中前者主要局限性在于激光器内部设置的滤波结构将会增加激光器谐振损耗，降低激光器电流密度，进而降低激光器效率，同时对管芯生产工艺精度控制要求较高。后者提出的高精度镀膜或者腔面滤波结构对光刻和镀膜工艺的精度提出了非常苛刻的要求，同时也对器件成本与芯片良率提出了挑战，不适用于大规模生产领域。
[0005]中国专利文献CN111525391A公开了具有三个槽型设计的半导体激光器。虽然此设计初衷是为了通过多个槽部的作用改善激光器远场FFP光斑快慢轴比例，实现接近圆形光斑的输出。其第二槽部借助贯穿有源层的深槽设计，也可实现光斑滤除。不同槽部结构需要贯穿有源层，间距较小，同时多次套刻工艺也会增加光刻步骤的复杂程度。第二、第三槽部在脊波导出光侧，金属层结构激光器光斑的改善同时以牺牲激光器光电转换效率和经济性为代价。
[0006]中国专利文献CN111641104A公开了一种半导体激光器。该专利利用若干电流注入分离电极优化激光场，每个分离电极均需与下方电流注入层对准，大大增加了光刻步骤的复杂程度。同时，电注入电流扩散区域较大，即导致热扩散区域较大，若通过离散电极降低电流密度形成补偿结构，必须将离散电极之间间隔做的很大，将会严重减小电流注入效率，降低器件效率。
[0007]中国专利文献CN113937616A公开了一种脊波导半导体激光器。该专利介绍了在外延结构上刻蚀有脊波导，在脊波导上靠近激光器后腔面的位置刻蚀有光栅，光栅包括与激
光器后腔面平行的模式选择区和与激光器后腔面形成预设角度的模式过滤区，模式选择区用于将被选定的横模反射回激光器谐振腔内进行振荡放大；模式过滤区用于将未被选定的横模反射出激光器谐振腔。该专利提供的半导体激光器单管通过对光栅尺寸及形貌的设计选择出特定的横模，滤除其他模式，达到改善光场的目的。但如同其他光栅结构一样，按照半导体材料折射率，计算得到的光栅周期较小，处于波长量级，对光刻工艺和刻蚀工艺提出了严苛的要求。此外，该专利需在制作出脊波导光栅结构后需要覆盖绝缘层，而绝缘层在垂直面覆盖效果较差，将大大增大器件短路风险，降低良率，不适合大批量生产。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种非对称脊实现光滤波的半导体激光器。本专利技术通过脊波导偏离之后基模模场的耦合积分效率来控制高阶模式的耦合损耗，对激光器中的高阶光场进行滤除，提升了基模输出纯净度，优化了光斑质量。为实现上述目的，本专利技术公开如下所示技术方案。
[0009]一种非对称脊实现光滤波的半导体激光器，其P限制层的上表面具有两条平行分布的凹槽，所述凹槽之间的部分形成脊波导，所述凹槽的两侧形成肩部。所述脊波导的前部分与后部分的连接处为错位连接。
[0010]进一步地，所述前部分与后部分的错位宽度为0.1～3μm。优选地，所述错位宽度的宽度随脊波导宽度的增加而增加。
[0011]进一步地，所述脊波导的上表面上覆盖有欧姆接触层。
[0012]进一步地，所述脊波导区域外的P限制层上覆盖有绝缘层，且所述绝缘层与脊波导不接触，所述所述欧姆接触层、绝缘层以及所述不接触区域处的P限制层上覆盖有P面金属层，以便于P面金属层与欧姆接触层之间形成导电接触区。
[0013]进一步地，所述脊波导的脊宽范围为1μm～200μm，脊波导的长度与半导体激光器单管的腔长相同，脊波导的高度或者所述凹槽的深度为 0.1μm～5μm。
[0014]进一步地，所述半导体激光器还包括由下至上依次设置的：衬底、N 限制层、N波导层、量子肼有源层、P波导层，所述P限制层覆盖在P波导层上。
[0015]进一步地，所述衬底的材质包括GaAs、InP、Si中的至少一种。
[0016]进一步地，所述N限制层的材质包括AlInP、AlGaInP、AlGaAs、AlGaAsP 中的至少一种。可选地，所述N限制层中掺杂剂为Si，其掺杂浓度为 1E16～1E19/cm3。可选地，所述N限制层的厚度为1μm～3μm。
[0017]进一步地，所述N波导层的材质包括AlInP、AlGaInP、AlGaAs、AlGaAsP 等中的至少一种。可选地，所述N波导层的厚度为0.05μm～3μm。
[0018]进一步地，所述量子肼有源层材料为GaInP、AlGaInP、GaInP形成的三明治层状结构。可选地，所述量子肼有源层的厚度为1nm～40nm。
[0019]进一步地，所述P波导层的材质包括AlInP、AlGaInP、AlGaAs、AlGaAsP 等中的至少一种。可选地，所述P波导层的厚度为0.05μm～3μm。
[0020]进一步地，所述P限制层的材质包括AlInP、AlGaInP、AlGaAs、AlGaAsP 等中的至少一种。可选地，所述P限制层中掺杂剂为Mg，其掺杂浓度为 1E15～1E20/cm3。可选地，所述P限制层的厚度为1μm～3.0μm。
[0021]进一步地，所述P面金属层材质均包括钛、铂、金、镍、锗、铬、锡等中的至少两种。可选地，所述P面金属层的厚度均为200nm～900nm。
[0022]进一步地，所述绝缘层的材质包括SiO2、Si3N4、AlN等中任意一种。可选地，所述绝缘层的厚度为50nm～1000nm。
[0023]进一步地，所述半导体激光器单管的腔长为250μm～1000μm，宽度为 150μm～450μm，厚度为100μm～300μm。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]半导体激光器基模运转时对脊波导的宽度和激光器结构尺寸要求较为苛刻，同时由于生产过程中加工工艺稳定性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非对称脊实现光滤波的半导体激光器，其特征在于，该激光器的P限制层的上表面具有两条平行分布的凹槽，所述凹槽之间的部分形成脊波导，所述凹槽的两侧形成肩部；所述脊波导的前部分与后部分的连接处为错位连接。2.根据权利要求1所述的非对称脊实现光滤波的半导体激光器，其特征在于，所述前部分与后部分的错位宽度为0.1～3μm；优选地，所述错位宽度的宽度随脊波导宽度的增加而增加。3.根据权利要求1所述的非对称脊实现光滤波的半导体激光器，其特征在于，所述脊波导的上表面上覆盖有欧姆接触层。4.根据权利要求3所述的非对称脊实现光滤波的半导体激光器，其特征在于，所述脊波导区域外的P限制层上覆盖有绝缘层，且所述绝缘层与脊波导不接触，所述所述欧姆接触层、绝缘层以及所述不接触区域处的P限制层上覆盖有P面金属层；优选地，所述P面金属层的材质均包括钛、铂、金、镍、锗、铬、锡中的至少两种；更优选地，所述P面金属层的厚度均为200nm～900nm。5.根据权利要求1所述的非对称脊实现光滤波的半导体激光器，其特征在于，所述脊波导的脊宽范围为1μm～200μm，脊波导的长度与半导体激光器单管的腔长相同，脊波导的高度或者所述凹槽的深度为0.1μm～5μm。6.根据权利要求1
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5任一项所述的非对称脊实现光滤波的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器还包括由下至上依次设置的：衬底、N限制层、N波导层、量子肼有源层、P波导层，所述P限制层覆盖在P波导层上。7.根据权利要求6所述的非对称脊实现光滤波的半导体激光器，其特征在于，所述衬底的材质包括GaAs、InP、Si中的至少一种；或者，所述N限制层的材质包括GaAs、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓东，肖成峰，刘琦，夏伟，
申请(专利权)人：山东华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：