一种高功率、窄线宽InP集成半导体激光器的制作方法

一种高功率、窄线宽inp集成半导体激光器
技术领域
1.本实用新型涉及半导体激光器的技术领域，尤其涉及一种高功率、窄线宽inp集成半导体激光器。


背景技术：

2.目前，窄线宽半导体激光器主要分为两类：内腔窄线宽、外腔窄线宽。内腔inp基窄线宽半导体激光器又分为分布反馈布拉格光栅（dfb）结构，以及分布布拉格反射器（dbr）结构。dfb和dbr内腔窄线宽半导体激光器结构通过引入布拉格光栅（bragg grating）对谐振腔内纵模进行选择。其中，dfb半导体激光器的光栅分布在整个谐振腔中，dbr半导体激光器光栅区仅在两侧（或一侧），只用来做反射器，增益区内没有光栅，它是与反射器分开的。
3.dfb和dbr内腔窄线宽半导体激光器存在二次外延生长以及制备成本高、制备工艺复杂等问题。例如专利公开号cn111313229a公开了一种分布反馈半导体激光器，所述激光器自下而上依次包括n面电极层、衬底层、缓冲层、下波导层、有源层、上波导层、二次外延光栅层、刻蚀自停止层、包层、欧姆接触层、钝化层和p面电极层；包层和欧姆接触层构成波导结构，所述波导结构为脊波导结构。由于dfb结构的半导体激光器其布拉格光栅位于有源区的下方或者上方，光栅制备完成后需要进行二次外延生长，极易带来外加污染，不但工艺制备繁琐而且良品率也更低。而dbr结构半导体激光器需要将脊型波导与光栅结构进行高精度套刻对接，这对光刻工艺条件要求极高。


技术实现要素：

4.针对dfb和dbr结构中布拉格光栅制备工艺难度大的技术问题，本实用新型提出一种高功率、窄线宽inp集成半导体激光器，避免了二次外延和高精度对接套刻工艺，使得光谱特性与光束质量差的宽条形高功率f-p腔结构的半导体激光器也能够实现窄线宽、高光束质量输出。
5.为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
6.一种高功率、窄线宽inp集成半导体激光器，包括自下到上依次设置的下电极、衬底、下限制层、有源层和上限制层，所述上限制层上刻蚀有布拉格光栅和长条形的电流注入层，所述布拉格光栅位于电流注入层两侧，布拉格光栅与电流注入层垂直，电流注入层与两侧的布拉格光栅之间设有隔离槽。
7.所述布拉格光栅刻的刻蚀深度小于上限制层厚度，避免增加器件的阈值电流以及降低器件的输出功率。
8.所述隔离槽的深度与布拉格光栅刻的刻蚀深度相等。
9.所述布拉格光栅结构为矩形光栅，且布拉格光栅在电流注入层两侧对称分布。
10.布拉格光栅的占空比为0.5~0.8。
11.优选的，所述布拉格光栅的占空比为0.5，降低工艺制备难度。
12.所述布拉格光栅由低折射率材料和高折射率材料构成，所述低折射率材料位于，
高折射率材料形成的条形缝隙中，所述高折射率材料与上限制层的材料相同。
13.所述低折射率材料为sio2。
14.所述下电极的材料为au-ge-ni。
15.所述电流注入层的顶部还包括由下向上依次设置的欧姆接触层和p面电极，欧姆接触层为重掺杂材料。
16.所述p面电极的材料为ti-pt-au。
17.本实用新型的有益效果：本技术所述半导体激光器采用侧向深刻蚀表面替代原来的dfb和dbr结构，避免了二次外延和高精度对接套刻工艺。使得光谱特性与光束质量差的宽条形高功率f-p腔结构的半导体激光器也能够实现窄线宽、高光束质量输出。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为半导体激光器的结构示意图；
20.图2为半导体激光器的俯视图；
21.图中：1、下电极；2、衬底；3、下限制层；4、上限制层；5、有源层；6、布拉格光栅；7、电流注入层；8、隔离槽。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.实施例1
24.一种高功率、窄线宽inp集成半导体激光器，如图1和图2，包括自下到上依次设置的下电极1（n面电极）、衬底2、下限制层3（n面限制层）、有源层5和上限制层4（p面限制层），有源层5的结构采用多量子阱结构。所述上限制层4上刻蚀有布拉格光栅6和长条形的电流注入层7，电流注入层7的宽度根据器件具体要求进行制备。所述布拉格光栅6位于电流注入层7两侧，布拉格光栅6与电流注入层7垂直，即布拉格光栅6均沿半导体激光器谐振腔方向分布，所述半导体激光器谐振腔方向为沿着半导体激光器自然解理面方向。电流注入层7与两侧的布拉格光栅6之间设有隔离槽8，隔离槽8宽度根据具体器件性能进行优选，隔离槽8的作用有两个，一是将布拉格光栅6和电流注入层7分离，避免因电流注入引起载流子浓度变化，进而对布拉格光栅6折射率造成变化。这是由于布拉格光栅6折射率变化后对应的布拉格波长也会随之变化，在高功率、窄线宽inp集成半导体激光器输出光谱的上的特点主要是波长发生变化，甚至将出现多纵模的不利情况。二是改善半导体激光器的散热，隔离槽8的作用可类似于微通道结构，改善器件的散热。
25.实施例2
26.一种高功率、窄线宽inp集成半导体激光器，如图1和图2，所述布拉格光栅6在电流注入层7两侧对称分布，布拉格光栅6刻的刻蚀深度小于上限制层4厚度，光栅刻蚀深度超过有源层5后将造成很高的损耗，极大的增加了器件的阈值电流以及降低器件的输出功率。所述隔离槽8的深度与布拉格光栅6刻的刻蚀深度相等。所述布拉格光栅6结构为矩形光栅，布拉格光栅6的占空比为0.3~0.8，结合工艺制备难度优选布拉格光栅6的占空比为0.5。
27.所述布拉格光栅6由低折射率材料和高折射率材料构成，所述低折射率材料位于，高折射率材料形成的条形缝隙中，布拉格光栅6的周期可结合工艺进行优选。所述高折射率材料与上限制层4的材料相同，低折射率材料为sio2。布拉格光栅6主要作用机理为在靠近电流注入层7附近由于布拉格光栅6产生的周期性折射率微扰，光栅满足布拉格条件，可以对半导体激光器的波长进行选择，进而实现器件线宽压窄。
28.其他结构同实施例1。
29.实施例3
30.一种高功率、窄线宽inp集成半导体激光器，如图1和图2，所述下电极1的材料为au-ge-ni，所述电流注入层7还包括由下向上依次设置的欧姆接触层和p面电极。所述p面电极的材料为ti-pt-au；欧姆接触层为重掺杂材料（一般掺杂浓度高于1e18cm-3
）。
31.其他结构同实施例2。
32.上述高功率、窄线宽inp集成半导体激光器的制备方法包括以下步骤：
33.（1）在衬底2上生长下限制层3、有源层5、上限制层4等结构，其中还可包括缓冲层、波导层、刻蚀停止层等。上述生长采用的方式为mocvd或mbe等。
34.（2）外延结构生长之后，对其进行工艺制备前预处理。之后进行匀胶、曝光、显影、固化。
35.（3）以光刻胶做为掩膜进行icp刻蚀，在外延片上制备出台型电流注入层7和布拉格光栅6，电流注入层与布拉格光栅6间存在隔离槽8。
36.（4）在上限制层4上沉积sio2绝缘薄膜。
37.（5）使用剥离液对电流注入层7的sio2绝缘薄膜进行lift-off工艺，并在电流注入层7上生长出p面电极。
38.（6）对高功率、窄线宽inp集成半导体激光器进行n面减薄抛光，制备n面电极。
39.（7）激光器解理bar条，并制备腔面膜。
40.（8）解理成单管并进行封装，制得高功率、窄线宽inp集成半导体激光器。
41.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。