半导体激光器制造技术

本公开提供了一种半导体激光器，所述半导体激光器包括在衬底表面依次生长的缓冲层、下限制层、下波导层、有源区、上波导层、上限制层、帽层、顶部电极，和形成于衬底背面的底部电极，所述上限制层、帽层和顶部电极形成脊条，所述脊条上设置有模式调控阵列结构，所述模式调控阵列结构包括沟道和箭头结构阵列，所述沟道形成于所述脊条的两侧，所述箭头结构阵列包括多个箭头结构单元，每个所述箭头结构单元包括至少一个箭头，其中，所述箭头结构阵列中的箭头结构单元形成于所述半导体激光器的侧向光场分布的N

【技术实现步骤摘要】
半导体激光器


[0001]本公开涉及半导体激光
，更具体地，涉及一种半导体激光器。

技术介绍

[0002]半导体激光器具有体积小、重量轻、高效率等优点，在材料加工、气体检测、医疗器械和光电对抗等众多领域具有重要应用，随着应用领域拓展，高功率和高光束质量成为对半导体激光器的基本要求。
[0003]在实现本公开构思的过程中，专利技术人现有技术中至少存在如下问题：传统的宽区半导体激光器具有高功率的优势，但侧向上脊宽远大于激射波长，因此会存在大量光学模式，自聚焦、热透镜、光束成丝效应等使器件发散角大，限制了整个器件的光束质量。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本公开的实施例提供了一种半导体激光器。
[0005]根据本公开的一个方面，提供了一种半导体激光器，包括在衬底表面依次生长的缓冲层、下限制层、下波导层、有源区、上波导层、上限制层、帽层、顶部电极，和形成于衬底背面的底部电极，所述上限制层、帽层和顶部电极形成脊条，所述脊条上设置有模式调控阵列结构，所述模式调控阵列结构包括沟道和箭头结构阵列，所述沟道形成于所述脊条的两侧，所述箭头结构阵列包括多个箭头结构单元，每个所述箭头结构单元包括至少一个箭头，其中，所述箭头结构阵列中的箭头结构单元形成于所述半导体激光器的侧向光场分布的N
‑
1阶模式的峰值位置，N为大于等于2的整数。
[0006]根据本公开的实施例，在每个所述箭头结构阵列中，所述箭头结构单元中箭头数量由所述脊条的中心向两侧递增。
[0007]根据本公开的实施例，所述箭头结构单元中箭头的方向与注入电流增大时所述N
‑
1阶模式的峰值位置的变化一致。
[0008]根据本公开的实施例，所述箭头的箭尾宽度为1
‑
10μm，箭头宽度为1
‑
5μm。
[0009]根据本公开的实施例，所述箭头结构阵列形成于所述脊条靠近所述半导体激光器前腔面和后腔面的两侧，或者形成于所述脊条中部，或者形成于靠近所述半导体激光器前腔面单侧，或者形成于整个脊条的上表面。
[0010]根据本公开的实施例，所述脊条的刻蚀深度位于所述上限制层的上表面和所述上波导层下表面之间。
[0011]根据本公开的实施例，所述脊条的刻蚀深度为1
‑
3μm。
[0012]根据本公开的实施例，所述模式调控结构的刻蚀深度位于所述上限制层的上表面和下表面之间。
[0013]根据本公开的实施例，所述模式调控结构的刻蚀深度为1
‑
3μm。
[0014]根据本公开的实施例，所述模式调控结构的刻蚀部分与未刻蚀部分的比例为2∶8
‑
8∶2。
[0015]根据本公开的实施例，所述模式调控结构的刻蚀部分与未刻蚀部分的比例为6∶4。
[0016]根据本公开的实施例，所述有源区包括K1个量子阱和K2个势垒层，其中，K1为大于等于1的整数，K2为大于等于0的整数。
[0017]根据本公开的实施例，所述衬底采用的材料为III
‑
V族化合物。
[0018]根据本公开的实施例，所述衬底采用的材料为GaSb。
[0019]根据本公开的实施例，所述沟道的宽度为1
‑
5μm。
[0020]从上述技术方案可以看出，本公开提供的半导体激光器的有益效果如下：
[0021]1.本公开提供的半导体激光器，通过在脊条表面设置了包括沟道和箭头结构阵列的模式调控阵列结构，其中，两侧沟道可有效抑制侧向载流子累积，箭头阵列结构可梯度抑制高阶模式，增加低阶模式在模式竞争中的优势，使能量分布更加集中，远场发散角更低；
[0022]2.本公开提供的半导体激光器，通过使箭头结构单元中箭头数量由所述脊条的中心向两侧递增，可以进一步增加高阶模式的损耗；
[0023]3.本公开提供的半导体激光器，通过使箭头的方向与注入电流增大时高模式的峰值位置的变化一致，从而实现补偿热透镜效应和改善大电流注入下侧向发散角的恶化；
[0024]4.本公开提供的半导体激光器，采用模式调控阵列结构，有利于散热，可改善热饱和现象，实现输出功率维持或进一步提高。
[0025]5.本公开提供的半导体激光器，制备工艺简单，可与规模化制备兼容。
附图说明
[0026]通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0027]图1示意性示出了本公开实施例的半导体激光器的示意图；
[0028]图2示意性示出了本公开实施例1的半导体激光器的俯视图；
[0029]图3示意性示出了本公开实施例1的半导体激光器的侧向远场图。
具体实施方式
[0030]以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
[0031]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0032]在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明
示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。
[0033]传统的宽区半导体激光器具有高功率的优势，但由于侧向上脊宽远大于激射波长，因此会存在大量光学模式，自聚焦、热透镜、光束成丝效应等使器件发散角大，具有多瓣的侧向远场，导致应用时耦合效率低，限制了整个器件的光束质量。现有改善侧向发散角的多种方案，包括外腔法、锥形波导和弯曲波导等，外腔法和锥形波导可实现高阶模式过滤，但外腔法会引起较大的光损耗，且光路调节要求精细，锥形波导存在较高像散，后续光学设计复杂，用于模式过滤的窄脊部分会限制功率的进一步提高；弯曲波导增加高阶模式损耗从而提高光束质量，但同时增加了阈值电流。
[0034]鉴于上述问题，本公开的实施例提供了一种半导体激光器，包括在衬底表面依次生长的缓冲层、下限制层、下波导层、有源区、上波导层、上限制层、帽层、顶部电极，和形成于衬底背面的底部电极，所述上限制层、帽层和顶部电极形成脊条，所述脊条上设置有模式调控阵列结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器，包括在衬底表面依次生长的缓冲层、下限制层、下波导层、有源区、上波导层、上限制层、帽层、顶部电极，和形成于衬底背面的底部电极，所述上限制层、帽层和顶部电极形成脊条，其特征在于：所述脊条上设置有模式调控阵列结构，所述模式调控阵列结构包括沟道和箭头结构阵列，所述沟道形成于所述脊条的两侧，所述箭头结构阵列包括多个箭头结构单元，每个所述箭头结构单元包括至少一个箭头，其中，所述箭头结构阵列中的箭头结构单元形成于所述半导体激光器的侧向光场分布的N
‑
1阶模式的峰值位置，N为大于等于2的整数。2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，在每个所述箭头结构阵列中，所述箭头结构单元中箭头数量由所述脊条的中心向两侧递增。3.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述箭头结构单元中箭头的方向与注入电流增大时所述N
‑
1阶模式的峰值位置的变化一致。4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，所述箭头的箭尾宽度为1
‑
10μm，箭头宽度为1
‑
5μm。5.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述箭头结构阵列形成于所述脊条靠近所述半导体激光器前腔面和后腔面的两侧，或者形成于所述脊条中部，或者形成于靠近所述半导体激光器前腔面单侧，或者形成于整个脊条的上...

【专利技术属性】
技术研发人员：石建美，牛智川，杨成奥，张宇，徐应强，倪海桥，王天放，陈益航，余红光，
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：