[发明专利]片上集成半导体激光器结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种片上集成半导体激光器结构及其制备方法，该设计结构包括：依次沉积在衬底上的第一N接触层、第一N限制层、第一有源区、第一P限制层、第一P接触层、隔离层，第二N接触层、第二N限制层、第二有源区、第二P限制层和第二P接触层作为外延结构，通过光刻刻蚀该外延结构实现双波长激光器的制作；以及波导结构，包括第一激光器的波导结构和第二激光器的波导结构；光栅，设置于第一激光器的波导结构和第二激光器的波导结构两侧，实现激光模式的筛选；和电流注入窗口。本发明通过在同一片外延上实现不同波段半导体激光器外延材料生长，实现了不同波长激光器的片上集成，达到在同一激光器上激射不同波长的激光的目的。

技术领域

本发明涉及单片集成半导体激光器领域，尤其涉及一种片上集成半导 体激光器结构及其制备方法。

背景技术

半导体激光器具有输出功率高、体积小、重量轻、光电转换效率高等 优点，尤其是半导体边发射激光器在高效率、大功率和气体检测等方面具 有极大的优势。

常见的半导体激光器为一个PN结结构或PIN结结构，其激射波长受 有源区材料和结构直接影响，对其气体监测这一特殊应用要求，由于气体 本身的特征吸收峰不同，针对不同的气体的检测需要分别配置不同波长的 单模激光器实现气体的检测，不仅价格昂贵，而且配置多个单独封装的半 导体激光器会使得整套系统的体积和重量会大幅增加。

本发明中，我们在同一激光器外延片上制备了NIPINP型结构，中间 I层采用非掺杂的渐变绝缘层材料实现了外延材料良好的电隔离，利用半 导体材料激射波长覆盖范围广的优势，在同一片外延上通过改变有源区材 料组分，实现片上双波长激光，两个激光器分别有自己独立的波导结构和 光栅用于对目标波长的模式筛选，同时设计了不同的电流注入槽和隔离槽， 实现了两个PIN结电流的分别控制和注入，即在同一片外延上实现了双波 长激光激射，每个激光器具有独立的外延层结构和波导结构，他们公用一 个N面电极，可以分别对两个条形波导结构的半导体激光器进行电流的单 独调整，实现两个激光器的分别工作，由于两个激光器制备在同一个外延 片上，且距离很近，在后续的光纤耦合和光学整形时可以共用一套光路， 通过控制两个激光器分别工作实现同一激光器上激射两种单模激光，这种 片上集成结构降低了外置泵浦源和冷却装置的体积，降低了生产和制备的成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种片上集成半导体激光器结 构及其制备方法，该激光器可以实现两个波长激光的分别单模工作，实现 两个波段激光的片上集成。

为了达到上述目的，本方案提供一种片上集成半导体激光器结构及其 制备方法，其中，该激光器结构包括：

依次沉积在衬底上的第一N接触层、第一N限制层、第一有源区、 第一P限制层、第一P接触层、隔离层、第二N接触层、第二N限制层、 第二有源区、第二P限制层和第二P接触层作为外延结构；

波导结构，第一激光器的波导结构为从第二P接触层刻蚀到第二有源 区界面上，第二激光器的波导结构为从第一P接触层刻蚀到第一有源区界 面上；

光栅，设置于第一激光器的波导结构和第二激光器的波导结构两侧， 实现激光模式的筛选；

电流注入窗口，第一激光器的第一N面电流注入窗口制备在第二N 接触层上，第一激光器的第二N面电流注入窗口制备在第一N接触层上， 第一激光器的P面电流注入窗口制备在第一激光器的波导结构上，第二激 光器的P面电流注入窗口制备在第二激光器的波导上。

进一步的，该激光器结构具有电流隔离区，包括第一电流隔离区和第 二电流隔离区，其中：

第一电流隔离区设置于第一激光器的P面电流注入窗口和第二激光器 的P面电流注入窗口之间，形成电学隔离；