[发明专利]一种高功率半导体芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高功率半导体芯片及其制备方法，该半导体芯片包括：自下至上依次设置的衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、侧向光栅层、上限制层、接触层、电流隔离介质层以及金属层；其中，侧向光栅层包括多组侧向光栅，多组侧向光栅沿第一方向依次设置，多组侧向光栅的周期各不相同，每组侧向光栅包括多条光栅，多条光栅沿第二方向排布，第一方向与第二方向相交。通过在波导内设置侧向光栅层，提高了高阶光侧向模式在波导内的传播损耗，达到了抑制高阶光侧向模式激射的目的；设置多组周期不同的光栅，抑制了由于单一光栅增益调制和折射率调制引起的强度振荡光模式的激射，达到抑制侧向光强度周期振荡的作用，消除远场双峰。

技术领域

本发明涉及半导体光电子领域，具体涉及一种高功率半导体芯片及其制备方法。

背景技术

高功率半导体激光器芯片的发展方向就是更高输出光光功率，更高亮度。增加激光器芯片的发光区宽度，制备宽波导半导体激光芯片是提高光功率的有效手段。如约100～200微米波导宽度的半导体激光芯片的功率可以达到10W以上。但发光区宽度增加带来的一个问题是芯片工作时，侧向有数十个甚至更多的高阶光模式同时激射，造成发散角增大。目前已采用的抑制高阶光侧向模式激射的方法是在宽波导内部引入多光栅结构或多个电极或波导条纹，这种引入的光散射结构的高阶模式光限制因子足够大，但这种办法会导致光增益和广场侧向强烈周期分布，引发远场多峰的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种高功率半导体芯片及其制备方法，以解决在控制抑制高阶光侧向模式激射时引发远场多峰问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种高功率半导体芯片，包括：自下至上依次设置的衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、侧向光栅层、上限制层、接触层、电流隔离介质层以及金属层；其中，侧向光栅层包括多组侧向光栅，多组侧向光栅沿第一方向依次设置，多组侧向光栅的周期各不相同，每组侧向光栅包括多条光栅，多条光栅沿第二方向排布，第一方向与第二方向相交。

可选地，第一方向为光辐射方向。

可选地，第一方向与第二方向垂直。

可选地，各组侧向光栅的周期在第一方向递进排布或随机排布。

可选地，电流隔离介质层及金属层限定形成电流注入区，侧向光栅层设置于电流注入区中。

可选地，半导体芯片的出光端面设置有抗反射镀膜层，高反射端面设置有高反射镀膜层。

可选地，多组侧向光栅的周期分别为：d_i＝2w/(m+i)；其中d_i为周期，w为上波导层的宽度，m为光模式阶数，i为大于等于1的整数。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种高功率半导体芯片的制备方法，包括：在衬底上依次形成下限制层、下波导层、有源层、上波导层；在上波导层上沿第一方向依次形成多组侧向光栅，多组侧向光栅的周期各不相同，每组侧向光栅的多条光栅沿第二方向排布，第一方向与第二方向相交；在多组侧向光栅上依次形成上限制层、接触层、电流隔离介质层以及金属层。

可选地，在上波导层上沿第一方向依次形成多组侧向光栅，包括：在上波导层上通过外延生长形成侧向光栅层；在侧向光栅层上刻蚀形成光栅条纹。

本发明实施例提供的高功率半导体芯片，通过在波导内设置侧向光栅层，使高阶光模式的抑制作用不会受到芯片波导宽度的限制。高阶光侧向模式可以与光栅结构有足够的交叠，使高阶光侧向模式受到光在非水平面上的衍射效应，引入了高阶光侧向模式在波导内的传播损耗，可以抑制高阶光侧向模式激射，提高半导体芯片的功率；同时通过设置多组周期不同的光栅，使由于增益调制和折射率调制引起的强度周期振荡的光与光栅的周期不能在第一方向保持匹配，达到了抑制其激射的效果，从而达到抑制侧向光强度周期震荡的作用，消除了远场双峰。

附图说明