半导体激光器

本发明涉及激光器领域，特别涉及一种半导体激光器。

背景技术：

1、半导体激光器由于具有体积小、可靠性高、转换效率高、技术成熟等优点，被广泛应用于固体或光纤激光器泵浦、直接材料加工、医疗美容等领域。普通宽条激光器的输出功率高，但是输出的激光侧向模式数多导致发散角大、光束质量差，限制了激光器的耦合效率和直接应用。因此同时具有高功率输出和高光束质量成为半导体激光器发展的一个重要方向。

2、相关技术中，窄脊波导可以实现基横模工作，但脊宽较窄导致腔面光功率密度大易造成损伤，输出功率低。将窄脊波导与功率放大单元集成的锥形激光器，可以实现大功率输出，但其远场通常具有旁瓣，存在效率下降、像散等问题。目前研究的微结构激光器虽然可以改善光束质量，但没有实现基横模输出，且存在阈值电流大，效率下降等问题，限制了激光器的使用。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种半导体激光器，以实现激光的大功率基模输出。

2、作为本发明的第一个方面，提供了一种半导体激光器，包括：

3、衬底；

4、n型电极，设置于所述衬底的第一表面上；

5、n型限制层，设置于所述衬底的第二表面上；

6、n型波导层，设置于所述n型限制层上；

7、有源层，设置于所述n型波导层上；

8、p型波导层，设置于所述有源层上；

9、p型限制层，设置于所述p型波导层上，所述p型限制层上形成有间隔设置的四个凹陷区域，相邻的两个凹陷区域中间为脊波导；

10、p型欧姆接触层，形成于所述脊波导上；其中，所述脊波导与设置于所述脊波导上的p型欧姆接触层形成脊型结构，位于两端的脊型结构上形成有间隔排列的孔洞；

11、绝缘层，设置于所述凹陷区域上以及设置在位于两端的所述脊型结构上；

12、p型电极，设置于所述绝缘层上以及设置于位于中间的脊型结构上；

13、其中，在外接电场的作用下，所述有源层内的电子和空穴复合，产生激光，所述激光中的高阶模式被耦合至位于两端的脊波导中，并经所述孔洞损耗，所述激光中的基模位于中间的脊波导，并经位于中间的脊波导输出，位于两端的两个凹陷区域的凹陷深度相同，且位于两端的两个凹陷区域的凹陷深度小于位于中间的两个凹陷区域的凹陷深度。

14、根据本发明的实施例，所述孔洞贯穿所述p型限制层，并延伸至所述p型波导层上。

15、根据本发明的实施例，所述孔洞的个数为大于50个，所述孔洞的深度大于位于中间的两个凹陷区域的凹陷高度。

16、根据本发明的实施例，所述孔洞为圆柱形孔洞。

17、根据本发明的实施例，所述衬底的材料为gaas或inp；

18、所述n型限制层的材料为algaas或algainp；

19、所述n型波导层的材料为algaas或algainp。

20、根据本发明的实施例，所述有源层的材料为gaas、ingaas、gainp或者ingaasp；

21、所述p型波导层的材料为algaas或algainp；

22、所述p型限制层的材料为algaas或algainp。

23、根据本发明的实施例，位于中间的脊型结构的宽度为15-20um，位于两侧的脊型结构的宽度为5-15um。

24、根据本发明的实施例，位于中间的脊型结构和位于两侧的脊型结构的间距为4-10um。

25、根据本发明的实施例，所述填充层的材料为绝缘材料。

26、根据本发明的实施例，所述孔洞的直径为3-8um。

27、根据本发明的实施例，通过在p型限制层上形成有间隔设置的四个凹陷区域，以在相邻的两个凹陷区域中间形成脊波导，形成的脊波导使得产生的激光的光场重新分布，激光中的高阶模式被耦合至位于两端的脊波导即第一脊波导中，经过孔洞被损耗，激光中的基模位于中间的脊波导即第二脊波导并被输出，位于两端的两个凹陷区域，即第一的凹陷区域的深度小于位于中间的两个凹陷区域即第二凹陷区域的凹陷深度，以对激光的慢轴光场进行限制，进而阻止耦合至第一脊波导的高阶模式重新进入第二脊波导中。由于激光中的高阶模式被耦合至位于第一脊波导中，因此经第二脊波导可以输出功率较大的基模激光。

技术特征：

1.一种半导体激光器，包括：

2.根据权利要求1所述的双沟型半导体激光器，其中，所述孔洞贯穿所述p型限制层，并延伸至所述p型波导层上。

3.根据权利要求1所述的双沟型半导体激光器，其中，所述孔洞的个数为大于50个，所述孔洞的深度大于位于中间的两个凹陷区域的凹陷高度。

4.根据权利要求1所述的双沟型半导体激光器，其中，

5.根据权利要求1所述的双沟型半导体激光器，其中，

6.根据权利要求1所述的双沟型半导体激光器，其中，

7.根据权利要求1所述的双沟型半导体激光器，其中，位于中间的脊型结构的宽度为15-20um，位于两侧的脊型结构的宽度为5-15um。

8.根据权利要求1所述的双沟型半导体激光器，其中，位于中间的脊型结构和位于两侧的脊型结构的间距为4-10um。

9.根据权利要求1所述的双沟型半导体激光器，其中，所述填充层的材料为绝缘材料。

10.根据权利要求1所述的双沟型半导体激光器，其中，所述孔洞的直径为3-8um。

技术总结
一种半导体激光器，包括：衬底；N型电极，设置于衬底的第一表面上；N型限制层，设置于衬底的第二表面上；N型波导层，设置于N型限制层上；有源层，设置于N型波导层上；P型波导层，设置于有源层上；P型限制层，设置于P型波导层上，P型限制层上形成有间隔设置的四个凹陷区域，相邻的两个凹陷区域中间为脊波导；P型欧姆接触层，形成于脊波导上；P型电极，形成于P型欧姆接触层上以及凹陷区域上；其中，脊波导与设置于脊波导上的P型欧姆接触层形成脊型结构，位于两端的脊型结构上形成有间隔排列的孔洞，在孔洞中填充有填充层。本发明的半导体激光器能够使得激光的高阶模式损耗掉，进而输出功率较大的基模激光。

技术研发人员：郝爽,祁琼,熊聪,常津源,王婷,刘素平,韦欣,马骁宇
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1