[发明专利]一种波长锁定的高效率半导体激光器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种波长锁定的高效率半导体激光器，属于半导体激光器件的技术领域，由N型衬底层往上依次为N型下限制层、N型下波导层、量子阱有源层、P型上波导层、插入层、P型上限制层、P型接触层，其中插入层的折射率与P型波导层相同且导电类型为N型，在慢轴方向设置形成电流限制层，同时在谐振方向设置形成光栅，通过刻蚀插入层形成电流注入和光栅，然后二次外延工艺生长P型上限制层、P型接触层。激光器后腔面蒸镀高反射膜，前腔面蒸镀抗反射膜，该激光器片上集成了光栅，同时形成较好的侧向电流限制，光栅和电流限制层采用同一步工艺，简化制备流程，具有波长锁定、电‑光效率高的特点。

技术领域

本发明属于半导体激光器件的技术领域，具体而言，涉及一种波长锁定的高效率半导体激光器及其制备方法。

背景技术

半导体激光器由于具有结构紧凑、成本较低、光场易于调控等优点，被广泛应用于泵浦固体和光纤激光器、材料加工、激光医疗等方面。目前很多应用场景要求半导体激光器具有高效率、窄谱宽的特点。

影响半导体激光效率的重要因素之一是横向的电流扩展。由于P型限制层和接触层的掺杂相对较高，电导率较低，在较高的电流密度注入下容易产生横向扩展，造成电流注入效率的降低。通过将脊型两侧的材料刻蚀可抑制电流扩展，但同时带来横向发散角增大、应力增加、偏振退化等问题。

另一方面，波长的锁定可采用外腔反馈，但是存在体积增大且系统不稳定的问题，很难得到广泛应用。

采用片上制备光栅的方式可大大提高集成度，常用的方式是在制备芯片时通过刻蚀较深的沟槽形成光栅，但工艺难度大，光栅损耗较高。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种波长锁定的高效率半导体激光器及其制备方法以达到能提高芯片的效率，并能实现片上光谱锁定的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种波长锁定的高效率半导体激光器，包括衬底层，该半导体激光器还包括：

由衬底层依次往上设置的下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、插入层、上限制层和接触层，通过刻蚀插入层并由插入层与上限制层共同形成光栅，且光栅位于谐振腔方向上；

其中，该半导体激光器的前腔面与后腔面之间为谐振腔。

进一步地，所述衬底层、下限制层、下波导层以及插入层的导电类型为N型，上波导层、上限制层和接触层的导电类型为P型。

进一步地，所述插入层的折射率与上波导层的相同，在慢轴方向设置形成电流限制层，可防止横向电流的扩展。

进一步地，所述插入层的厚度为20-200nm之间，在实际应用时，可选择插入层的厚度为100nm。

进一步地，所述半导体激光器的前腔面蒸镀有抗反射膜，半导体激光器的后腔面蒸镀有高反射膜，以在前腔面和后腔面之间形成谐振腔。

进一步地，所述抗反射膜的反射率在0.0001-0.01之间，高反射膜的反射率在0.95-1.00之间。

进一步地，所述接触层的上表面和衬底层的下表面分别为P型接触电极和N型接触电极。

在本发明中还提供了一种波长锁定的高效率半导体激光器的制备方法，该制备方法如下：

S1：在衬底层上依次生长下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层和插入层，以形成第一次外延结构；

S2：在第一次外延结构的上表面蒸镀硬掩膜；

S3：定义电注入区域和光栅区域，并通过在硬掩膜上刻蚀出电注入区域和光栅区域；

S4：对应电注入区域和光栅区域刻蚀插入层并去除硬掩膜；