【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体激光，尤其涉及一种具有片上滤波结构的半导体激光器及其制备方法。
技术介绍
1、半导体激光器具有高效紧凑、低成本、长寿命、波长范围广和易于集成等优势，是泵浦、激光手术、光纤通信和激光雷达等众多领域的理想光源。近年来，为满足市场需求，如何进一步提高半导体激光器的亮度，即提升输出功率、降低光束发散，成为研发的热点。
2、常见的高功率脊型半导体激光器存在大量侧向模式，具有典型的多瓣和大发散侧向远场，工作电流的增加则会进一步使光束质量恶化，在应用时增加了耦合难度，需要后续复杂的光学设计。常用的角度腔、外腔、相位控制结构等方法无论是从设计、工艺，还是功率方面都存在一定瓶颈和局限性。
技术实现思路
1、为解决现有技术中的上述问题，本专利技术提供一种具有片上滤波结构的半导体激光器及其制备方法，可以实现高功率输出并有效改善侧向远场特征。
2、本专利技术的一个方面提供一种具有片上滤波结构的半导体激光器，包括：由下至上依次叠设的n面电极、n型衬底、缓冲层、n型限制层、下波导层、有源区、上波导层、p型限制层，其中，p型限制层的中部呈凸台形状且两侧开设有台阶结构，凸台形状的上表面覆盖有盖层，台阶结构的上表面和侧面均覆盖有绝缘层，盖层和绝缘层露出的区域覆盖有p面电极层，p型限制层的中部凸出区域和盖层构成半导体激光器的脊条；沟槽结构，形成于脊条内，包括多个齿状沟槽和多个条状沟槽，多个齿状沟槽和多个条状沟槽均沿着半导体激光器的出光方向排列。
3、在本专利技术
4、在本专利技术的一些示例性实施例中，所述齿状沟槽121设置在所述脊条靠近所述半导体激光器前腔面一侧、所述脊条靠近所述半导体激光器后腔面一侧和/或所述脊条上表面两侧，且关于半导体激光器出光腔面的横向中心线和/或纵向中心线对称。
5、在本专利技术的一些示例性实施例中，齿状沟槽沿着半导体激光器的出光方向呈周期排列；其中，每个周期之间具有固定间隙，每个周期内包含多个相同横截面形状的独立齿状沟槽，横截面形状包括三角形、半圆形、半椭圆形。在本专利技术的一些示例性实施例中，多个条状沟槽从盖层和p面电极层的接触面垂直向下开设，开设的最低位置在p型限制层和盖层的接触面与p型限制层和上波导层的接触面之间，开设深度为1～3μm。
6、在本专利技术的一些示例性实施例中，条状沟槽呈直线设置，形成在脊条上表面沿着半导体激光器出光方向两侧边缘，且关于半导体激光器出光腔面的横向中心线和/或纵向中心线对称，多个条状沟槽与多个齿状沟槽齿底一侧设有间距，且最小间距为零。
7、在本专利技术的一些示例性实施例中，齿状沟槽中任一处沟槽两边之间的跨度值设为0.5～10μm；条状沟槽中任一处沟槽两边之间的跨度值设为0.5～10μm。
8、在本专利技术的一些示例性实施例中，多个齿状沟槽中刻蚀部分与未刻蚀部分的比例范围为2∶8～8∶2。
9、在本专利技术的一些示例性实施例中，p面电极的材料包括ti、pt、au；盖层的材料为p型重掺杂的gasb；绝缘层的材料为sio2或si3n4；p型限制层的材料为p型掺杂的al0.5gaassb；有源区包含n个量子阱和n-1个势垒层，其中n为正整数，量子阱的材料为in0.18gasb，势垒层的材料为al0.25gaassb；上波导层和下波导层的材料相同，为非掺杂的al0.25gaassb；n型限制层的材料为n型掺杂的al0.5gaassb；缓冲层的材料为n型掺杂的gasb；n型衬底的材料为gasb；以及n面电极的材料包括ni、auge、au。
10、本专利技术的另一个方面提供一种具有片上滤波结构的半导体激光器的制备方法，包括：步骤s1，生长外延结构，在n型衬底上依次生长缓冲层、n型限制层、下波导层、有源区、上波导层、p型限制层和盖层；步骤s2，在半导体激光器台面两边刻蚀掉盖层和部分p型限制层形成脊条；步骤s3，在脊条内分别刻蚀沟槽结构中的齿状沟槽和条状沟槽；步骤s4，在p型限制层的台阶结构的上表面和外侧面生长绝缘层；步骤s5，在脊条和绝缘层上形成p面电极，经过减薄抛光后在n型衬底背面形成n面电极。
11、本专利技术实施例提供的具有片上滤波结构的半导体激光器及其制备方法，具有以下有益效果：
12、(1)可灵活调整刻蚀比例，结合不同脊条宽度调整齿状沟槽位置，依据载流子密度分布峰值位置调整边缘沟槽位置，进行精准调控。
13、(2)高阶模式光场传输过程中在沟槽处发生多次散射和反射，基模能量几乎不受齿状结构影响，使近场束腰收缩，实现模式增益调控，增加高阶模式的激射阈值，从而减小侧向发散。
14、(3)齿状沟槽还可有效改善侧向载流子累积和侧向电流扩散，与条形沟槽实现双重抑制作用，缓解在脊条边缘由于侧向载流子累积导致的高阶模式额外增益的问题，提高注入效率，减小阈值电流，实现高亮度输出。
15、(4)该结构可减小慢轴方向热梯度，减少丝状效应。在窄脊波导中应用，可实现更宽输出孔径下的单横模输出，增加单横模输出的工作电流范围，提高器件功率。
16、(5)作为一个整体而言，齿状沟槽和条状沟槽组成的沟槽结构适用范围广，不仅应用于窄脊条，也能应用于宽脊条，同时该结构可与dfb结构、taper结构等进行组合单片集成于单个器件，实现高模式纯度高功率器件。
17、(6)该沟槽结构对光刻精度要求低，可与大尺寸图形同步光刻形成。
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1.一种具有片上滤波结构的半导体激光器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述齿状沟槽(121)从所述盖层(2)和所述P面电极层(1)的接触面垂直向下开设，开设的最低位置在所述P型限制层(4)和所述盖层(2)的接触面与所述P型限制层(4)和所述上波导层(5)的接触面之间，开设深度为1～3μm。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述齿状沟槽(121)设置在所述脊条靠近所述半导体激光器前腔面一侧、所述脊条靠近所述半导体激光器后腔面一侧和/或所述脊条上表面两侧，且关于所述半导体激光器出光腔面的横向中心线和/或纵向中心线对称。
4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，所述齿状沟槽(121)沿着所述半导体激光器的出光方向呈周期排列；其中，
5.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述多个条状沟槽(122)从所述盖层(2)和所述P面电极层(1)的接触面垂直向下开设，开设的最低位置在所述P型限制层(4)和所述盖层(2)的接触面与所述P型限制层(4)和所述上波导层(5)的接触
6.根据权利要求5所述的半导体激光器，其特征在于，所述条状沟槽(122)呈直线设置，形成在所述脊条上表面沿着所述半导体激光器出光方向两侧边缘，且关于所述半导体激光器出光腔面的横向中心线和/或纵向中心线对称，所述多个条状沟槽(122)与所述多个齿状沟槽(121)齿底一侧设有间距，且最小间距为零。
7.根据权利要求6所述的半导体激光器，其特征在于，所述齿状沟槽(121)中任一处沟槽两边之间的跨度值设为0.5～10μm；
8.根据权利要求7所述的半导体激光器，其特征在于，所述多个齿状沟槽(121)中刻蚀部分与未刻蚀部分的比例范围为2∶8～8∶2。
9.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述P面电极(1)的材料包括Ti、Pt、Au；
10.一种根据权利要求1～9中任一项所述半导体激光器的制备方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种具有片上滤波结构的半导体激光器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述齿状沟槽(121)从所述盖层(2)和所述p面电极层(1)的接触面垂直向下开设，开设的最低位置在所述p型限制层(4)和所述盖层(2)的接触面与所述p型限制层(4)和所述上波导层(5)的接触面之间，开设深度为1～3μm。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述齿状沟槽(121)设置在所述脊条靠近所述半导体激光器前腔面一侧、所述脊条靠近所述半导体激光器后腔面一侧和/或所述脊条上表面两侧，且关于所述半导体激光器出光腔面的横向中心线和/或纵向中心线对称。
4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，所述齿状沟槽(121)沿着所述半导体激光器的出光方向呈周期排列；其中，
5.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述多个条状沟槽(122)从所述盖层(2)和所述p面电极层(1)的接触面垂直向下开设，开设的最低位置在所述p...
【专利技术属性】
技术研发人员：石建美，牛智川，杨成奥，徐应强，张宇，倪海桥，陈益航，王天放，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：
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