一种半导体激光器制造技术

本实用新型专利技术提供一种半导体激光器，该半导体激光器包括在外延结构上刻蚀的脊波导，在靠近半导体激光器背光端面位置的脊波导上刻蚀有光栅结构；光栅结构包括模式选择区光栅和位于模式选择区一侧的模式过滤区光栅；本实用新型专利技术的半导体激光器在常规的大功率半导体激光器脊波导上制备光栅，实现模式选择和过滤，模式选择区的光栅与模式过滤区的光栅可以独立优化调整，最终实现大功率单模稳定工作，无须额外配备复杂的散热装置；另外该方案的大功率单模半导体激光器的制备工艺简单、可靠性高。可靠性高。可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光器


[0001]本技术涉及半导体激光器
，尤其涉及是一种大功率单模半导体激光器。

技术介绍

[0002]半导体激光器具有制作成本低、使用寿命长、重量轻、体积小和效率高等优点，使它在通信、信息存储、泵浦激光器等不可或缺的重要光源，以及需要高效单模光源的光电子系统中不可替代的光学器件，被广泛的应用于军事、航空和通信等领域。
[0003]典型的大功率半导体激光器通常采用宽脊波导的方式增大有源区体积，产生大功率激光；当激光器脊波导宽度大于5 μm时，器件以多横模的形态工作，常见的大功率单管半导体激光器的脊宽大于100 μm。器件在工作时，多个横模共同激射，激光器芯片端面输出光斑为多个横模叠加而成。
[0004]实现大功率单模激光器主要有两种解决方案：一种典型的做法利用外置光栅与半导体激光器构成外腔半导体激光器；另外一种利用材料二次外延技术采用内置布拉格光栅来实现激光器波长的锁定；前面所述实现大功率单模激光器的方案存在不足：（1）使用外置光栅的激光器需要高度对准、精密复杂的外腔波长锁定系统，对环境要求比较高，还需要配备复杂的散热装置；（2）对于内置光栅激光器需要使用材料二次外延技术，会额外的引入一些缺陷，对器件的可靠性、稳定性带来影响，特别是对GaAs基半导体激光器。因此，需要提出一种大功率单模半导体激光器及其制备方法，以解决上述技术缺陷。

技术实现思路

[0005]本技术提供一种大功率单模半导体激光器及其制备方法，能够解决目前大功率单模激光器的方案存在不足的技术问题；例如（1）使用外置光栅的激光器需要高度对准、精密复杂的外腔波长锁定系统，对环境要求比较高，还需要配备复杂的散热装置；（2）对于内置光栅激光器需要使用材料二次外延技术，会额外的引入一些缺陷，对器件的可靠性、稳定性带来影响。
[0006]为解决上述问题，本技术提供的技术方案如下：
[0007]本技术提供一种半导体激光器，所述半导体激光器包括在外延结构上刻蚀的脊波导，在脊波导上刻蚀有光栅结构；所述光栅结构位于靠近所述半导体激光器背光端面位置的脊波导上；
[0008]所述光栅结构包括模式选择区光栅和模式过滤区光栅；
[0009]其中，所述模式选择区光栅的排列方向与所述激光器的腔长方向平行，且每个所述模式选择区光栅均关于所述激光器出光腔面的横向中心线或纵向中心线对称；所述模式过滤区光栅的排列方向与所述激光器的腔面方向呈预设夹角，所述预设夹角为锐角。
[0010]根据本技术一可选实施例，所述半导体激光器结构包括N型电极层、位于所述N型电极层之上的衬底、位于所述衬底之上的N型波导限制层、位于所述N型波导限制层之上
的半导体有源层、以及位于所述半导体有源层之上的P型波导限制层、波导上盖层、所述波导上盖层之上的欧姆接触层、绝缘层和P型电极层。
[0011]根据本技术一可选实施例，在所述绝缘层两侧向下刻蚀至所述P型波导限制层形成所述脊波导，所述P型电极层位于所述脊波导之上；
[0012]在所述脊波导上刻蚀有模式选择区光栅和模式过滤区光栅，其中，任一所述光栅为均匀光栅，所述光栅的周期T=mλ
B
/2n
eff
，其中m和λ
B
分别为光栅所对应阶数和布拉格波长，n
eff
为波导的有效折射率；光栅的阶数m的范围为1至100。
[0013]根据本技术一可选实施例，所述模式选择区光栅和所述模式过滤区光栅对应所述半导体激光器的腔面的位置上可以分开设置。
[0014]根据本技术一可选实施例，模式选择区和模式过滤区未设置重叠区域。
[0015]根据本技术一可选实施例，所述N型电极层和所述P型电极层的材料为钛、铂、金、镍、锗中一种金属材料或一种以上金属形成的合金材料，所述N型波导限制层的材料为AlGaAs，所述半导体有源层的材料为GaAs、GaAsP、GaAs中的一种材料或一种以上的材料，所述P型波导限制层的材料为AlGaAs，所述波导上盖层的材料为AlGaAs，所述欧姆接触层的材料为GaAs，所述绝缘层的材料为氧化硅和氮化硅中的一种材料或两种组合材料。
[0016]根据本技术一可选实施例，所述欧姆接触层的掺杂浓度1
×
10
18
~1
×
10
20
ions/cm3，掺杂的离子为N离子、P离子或B离子。
[0017]根据本技术一可选实施例，所述脊波导长度与所述半导体激光器的腔长相同，所述脊波导的宽度为100 μm至800 μm，所述脊波导的厚度为0.5 μm至6 μm，所述半导体激光器的腔长为500 μm至6000 μm，所述半导体激光器的厚度为80 μm至300 μm。
[0018]依据上述实施例中的半导体激光器，本技术还提供一种半导体激光器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
[0019]步骤S10，提供一衬底，在所述衬底之上制备N型波导限制层，在所述N型波导限制层之上制备半导体有源层，在所述半导体有源层之上制备P型波导限制层，在P型波导限制层之上制备波导上盖层，在所述波导上盖层之上制备欧姆接触层，完成激光器外延结构制备；
[0020]步骤S20，在所述欧姆接触层之上制备绝缘层，在所述绝缘层的表面进行匀胶、波导图案的套刻和显影；最后，使用干法刻蚀将波导图案转移至绝缘层中，将绝缘层中的脊波导图案转移至所述P型波导限制层，完成脊波导的制备；
[0021]步骤S30，在所述脊波导上制备光栅结构，首先将光栅结构划分为模式选择区和位于模式选择区一侧的模式过滤区，通过掩膜制备、匀胶、电子束光刻、刻蚀等工艺完成脊波导上的光栅结构的制备；
[0022]步骤S40，生长绝缘层，匀胶、光刻、显影并对绝缘层进行刻蚀完成开窗口；再次光刻并使用电子束蒸发蒸镀电极金属；进行剥离完成电极制备；
[0023]步骤S50，进行减薄、抛光、清洗，使用电子束蒸发设备制备N电极层；
[0024]步骤S60，将半导体激光器解离成巴条，对激光器的出光腔面镀增透膜和背光端面镀增反膜。
[0025]本技术的有益效果：本技术实施例提供一种半导体激光器，半导体激光器包括在外延结构上刻蚀的脊波导，在脊波导上刻蚀有光栅结构；光栅区结构包括模式选
择区光栅和位于模式选择区一侧的模式过滤区光栅；其中，模式选择区光栅的排列方向与半导体激光器的腔长方向平行，且光栅与半导体激光器的出光腔面的横向中心线或纵向中心线对称；模式过滤区光栅的排列方向与半导体激光器出光腔面方向呈预设夹角，夹角为锐角。在以上技术方案中，本技术的半导体激光器在常规的大功率半导体激光器脊波导上制备光栅实现模式选择和过滤，模式选择区的光栅与模式过滤区的光栅可以独立优化调整，最终实现大功率单模稳定工作，无须额外配备复杂的散热装置；另外该方案的大功率单模半导体激光器的制备工艺简单、可靠性高。
...

【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，包括在外延结构上刻蚀的脊波导，在脊波导上刻蚀有光栅结构；所述光栅结构位于靠近所述半导体激光器背光端面位置的脊波导上；所述光栅结构包括模式选择区光栅和模式过滤区光栅；其中，所述模式选择区光栅的排列方向与所述半导体激光器的腔长方向平行，且每个所述模式选择区光栅均关于所述半导体激光器出光腔面的横向中心线或纵向中心线对称；所述模式过滤区光栅的排列方向与所述半导体激光器的腔面方向呈预设夹角，所述预设夹角为锐角。2.如权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器结构包括N型电极层、位于所述N型电极层之上的衬底、位于所述衬底之上的N型波导限制层、位于所述N型波导限制层之上的半导体有源层、以及位于所述半导体有源层之上的P型波导限制层、波导上盖层、所述波导上盖层之上的欧姆接触层、绝缘层和P型电极层。3.如权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，在所述绝缘层两侧向下刻蚀至所述P型波导限制层形成所述脊波导，所述P型电极层位于所述脊波导之上；在所述脊波导上刻蚀有模式选择区光栅和模式过滤区光栅，其中，任一所述光栅为均匀光栅，所述光栅的周期T=mλ
B
/2n
eff
，其中m和λ
B
分别为光栅所对应阶数和布拉格波长，n
eff
为波导的有效折射率；光栅的阶数m的范围为1至100。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏斐，张意，宣扬，骆伟，祝涛，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶集团有限公司第七一七研究所，
类型：新型
国别省市：