一种半导体激光器及其制备方法技术

本公开提供了一种半导体激光器，包括：依次生长在衬底上的第一限制层、有源层、第二限制层及波导层，其中，波导层上表面部分刻蚀形成主振荡结构，另一部分刻蚀形成功率放大结构，其中，主振荡结构与功率放大结构之间设置电隔离区，主振荡结构用于产生种子源，功率放大结构用于将种子源进行功率放大后输出；其中，主振荡结构包括至少一组光子晶体结构，和/或功率放大结构包括至少一组光子晶体结构；光子晶体结构用于将多模的种子源转换为单模的种子源。本公开还提供了一种半导体激光器的制备方法。备方法。备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光器及其制备方法


[0001]本公开涉及半导体激光器
，具体涉及一种半导体激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]半导体激光器由于具有结构灵活、插入损耗小、电光转换效率高、驱动简成、使用寿命长等一系列优点，已经广泛应用于光通信、光子集成、光泵浦、激光切割、激光显示、激光雷达等领域。近年来随着人们对通信容量、传输速率、信息整合等需求的日益增长，对系统光源性能也提出了更高的要求。对人眼安全、具有高功率、高转换效率、高调制特性、可靠性高的通信波段光源的需求变得越来越急迫。而直接调制半导体激光器由于不需要涉及复杂的计算和一系列先进格式调制，成为光通信系统、激光雷达系统的常用光源。为减少放大器的使用、提高系统性能与设计的灵活性，且为了有更远的探测距离和更精确的探测精度，需要实现大功率激光器的调制，然而由于激光器功率的利用率和带宽利用率不可同时兼得，直到随着光纤激光放大器技术的日益成熟，大功率的激光调制输出才得以实现，但同时也增加了系统的复杂性。目前商用的直接调制半导体激光器中，最常见的是分布反馈型激光器(distributed feedback，DFB)和垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)，这两种结构的材料生长涉及二次外延，电子束曝光或全息曝光等复杂工艺，成本高，产率低，且功率仅有几十毫瓦，甚至几微瓦。
[0003]因此，急需研制一种制作成本低，调制带宽大且具有高功率特性的主振荡功率放大半导体激光器。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本公开提供了一种半导体激光器及其制备方法，以解决上述技术问题。
[0005]本公开的第一个方面提供了一种半导体激光器，包括：依次生长在衬底上的第一限制层、有源层、第二限制层及波导层，其中，波导层上表面部分刻蚀形成主振荡结构，另一部分刻蚀形成功率放大结构，其中，主振荡结构与功率放大结构之间设置电隔离区，主振荡结构用于产生种子源，功率放大结构用于将种子源进行功率放大后输出；其中，主振荡结构包括至少一组光子晶体结构，和/或功率放大结构包括至少一组光子晶体结构；光子晶体结构用于将多模的种子源转换为单模的种子源。
[0006]进一步地，主振荡结构为脊型波导结构或倒锥形波导结构。
[0007]进一步地，功率放大结构为锥形波导结构或双蝶形波导结构。
[0008]进一步地，主振荡结构与功率放大结构邻近的一端宽度相等。
[0009]进一步地，光子晶体结构的刻蚀间距为1μm～15μm，周期为2μm～30μm。
[0010]进一步地，还包括：绝缘层，位于主振荡结构和功率放大结构的表面上。
[0011]进一步地，还包括：下电极层，位于衬底的下表面；上电极层，位于绝缘层的表面上。
[0012]进一步地，主振荡结构与功率放大结构采用独立的电源激励。
[0013]进一步地，还包括：高反膜，位于主振荡结构的一侧面；增透膜，位于功率放大结构的一侧面，且与高反膜相对设置。
[0014]本公开的第二个方面提供了一种半导体激光器的制备方法，包括：在衬底上依次生长形成第一限制层、有源层、第二限制层及波导层；将波导层上方部分刻蚀形成主振荡结构，另一部分刻蚀形成功率放大结构，其中，主振荡结构与功率放大结构之间刻蚀形成电隔离区，主振荡结构用于产生种子源，功率放大结构用于将种子源进行功率放大后输出；在主振荡结构和/或功率放大结构上刻蚀形成至少一组光子晶体结构，光子晶体结构用于将多模的种子源转换为单模的种子源。
[0015]本公开相比现有技术至少具备以下有益效果：
[0016](1)、本公开提供的一种半导体激光器，通过将波导层刻蚀形成主振荡结构和功率放大结构，有利于种子激光源功率提升的同时，还可以在主振荡区域加入交流信号，保证了小体积种子激光源的信号输入，有利于调制带宽的提升。
[0017](2)、通过在主振荡结构和功率放大结构之间设置电隔离区，保证里主振荡结构在小电流下实现高质量的种子源输出。
[0018](3)、在主振荡结构和/或功率放大结构上设置光子晶体结构，光子晶体结构的刻蚀区域尺寸可以大于1μm，能有效避免采用电子束曝光等高成本的加工工艺，通过普通接触式光刻制作，降低成本。
[0019](4)、本公开提供的半导体激光器的制备工艺避免了多次外延，提升了器件的鲁棒性，缩短了生产时间，提高了生产效率。
附图说明
[0020]为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
[0021]图1示意性示出了根据本公开一实施例的半导体激光器的结构立体图；
[0022]图2示意性示出了图1所示的半导体激光器的结构尺寸标记图；
[0023]图3示意性示出了根据本公开一实施例的光子晶体结构的局部放大图；
[0024]图4示意性示出了半导体激光器在不含有光子晶体结构下主振荡结构的偏置电流为110mA和功率放大结构偏置电流为3A下的光谱图；
[0025]图5示意性示出了图1所示半导体激光器在主振荡结构的偏置电流为110mA和功率放大结构偏置电流为3A下的光谱图；
[0026]图6示意性示出了图1所示的半导体激光器的输出光功率随着输入电流的变化关系图；
[0027]图7示意性示出了图1所示的半导体激光器的模式强度随着功率放大结构输出端宽度的变化关系图；
[0028]图8示意性示出了图1所示的半导体激光器的模式强度随着功率放大结构长度的变化关系图；
[0029]图9示意性示出了根据本公开另一实施例的半导体激光器的结构立体图；
[0030]图10示意性示出了根据本公开再一实施例的半导体激光器的结构立体图；
[0031]图11示意性示出了根据本公开一实施例的半导体激光器的制备方法流程图。
具体实施方式
[0032]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。
[0033]应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
[0034]本公开的实施例提供了一种半导体激光器，包括：依次生长在衬底上的第一限制层、有源层、第二限制层及波导层，其中，波导层上表面部分刻蚀形成主振荡结构，另一部分刻蚀形成功率放大结构，其中，主振荡结构与功率放大结构之间设置电隔离区，主振荡结构用于产生种子源，功率放大结构用于将种子源进行功率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器，其特征在于，包括：依次生长在衬底(20)上的第一限制层(30)、有源层(40)、第二限制层(50)及波导层(60)，其中，所述波导层(60)上表面部分刻蚀形成主振荡结构(61)，另一部分刻蚀形成功率放大结构(62)，其中，所述主振荡结构(61)与所述功率放大结构(62)之间设置电隔离区，所述主振荡结构(61)用于产生种子源，所述功率放大结构(62)用于将所述种子源进行功率放大后输出；其中，所述主振荡结构(61)包括至少一组光子晶体结构(63)，和/或所述功率放大结构(62)包括至少一组光子晶体结构(63)；所述光子晶体结构(63)用于将多模的种子源转换为单模的种子源。2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述主振荡结构(61)为脊型波导结构或倒锥形波导结构。3.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述功率放大结构(62)为锥形波导结构或双蝶形波导结构。4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，所述主振荡结构(61)与所述功率放大结构(62)邻近的一端宽度相等。5.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述光子晶体结构(63)的刻蚀间距为1μm～15μm，周期为2μm～30μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑婉华，李晶，王海玲，渠红伟，
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：