[发明专利]一种具有反波导层结构的半导体激光器及其制造方法

说明书

本发明提供了一种具有反波导层的半导体激光器及其制造方法，该方案包括有衬底、外延层、侧相反波导层、前腔面和后腔面；外延层设置在衬底顶面上；前腔面设置在衬底的一侧面上；所述后腔面设置在前腔面对侧的衬底侧面上；外延层上设置有凸出的条形震荡区；条形震荡区的两侧中，至少有一侧设置有反波导层；反波导层设置在外延层上。该方案可以比现有模式控制技术在震荡区两侧更好的抑制高阶模式，从而改善光束质量，提高半导体激光器的亮度。

技术领域

本发明涉及的是半导体激光器设计制造领域，尤其是一种具有反波导层的半导体激光器及其制造方法。

背景技术

半导体激光器具有电光效率高、体积小、可靠性高等优点，在泵浦固体激光、工业加工、医疗、空间通信等领域有着重要的应用。随着泵浦高亮度光纤激光、光谱合成等新应用场景的出现，对具有高功率、高光束质量特性的新型高亮度半导体激光器，提出了更高的要求。对于最常用的宽发光区半导体激光器，提高亮度的难点在于：虽然功率较高（10～25W），但受高阶模式、丝状发光效应等因素影响，慢轴方向（附图1 中x轴方向）光束质量较差，慢轴发散角通常较大（7°～12°），限制了半导体激光器的亮度提高。从影响半导体激光器光束质量的因素分析，高阶模式数越少，光束质量越好，因此模式控制技术是高亮度半导体激光研究领域的热点。常见的半导体激光器模式控制技术包括以下几类：

1、二维电极结构。该方法是在半导体激光芯片P面制作二维电极结构来控制电流注入。2016年，中国科学院王涛等人采用二维电流注入结构控制侧向发散角，获得了36%的光束质量提高。但这种方法需要刻蚀制作周期性的3微米二维电极结构，工艺难度较大。

2、H⁺离子注入技术。该方法是用在半导体激光芯片震荡区两侧注入H⁺离子，起到控制侧向载流子积累的作用。2015年，美国通快光电公司采用H⁺离子注入方式抑制侧向载流子积累，获得慢轴发散角6.9°，从而将侧向线功率密度提高到3.5 W/mm×mrad。但这种方法需要使用较昂贵的离子注入设备，加工成本较高。

3、外腔反馈式激光器。该技术原理是通过外腔反馈控制激光器横向模式，把半导体激光器作为增益介质，将有源区作为空间滤波器滤除腔内高阶振荡模式，达到高亮度激光输出的目的。2011年，德国FBH研究所AI Bawamia等人采用该技术方案目前可实现132MW/(cm²sr)的高亮度激光输出。但这种方法需要采用加入复杂的外腔光栅反馈，增大了激光器体积，也降低了激光器的工作可靠性。

除上述技术之外，还有一些其它的提高半导体激光亮度方法，包括混合非对称外延结构，锥形激光器技术等。虽然上述方法能在一定程度上提高光束质量和激光亮度，但这些方法都不同程度的有成本高、实施复杂的缺陷。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种具有反波导层的半导体激光器及其制造方法的技术方案，该方案可以比现有模式控制技术在震荡区两侧更好的抑制高阶模式，从而改善光束质量，提高半导体激光器的亮度。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种具有反波导层的半导体激光器，包括有衬底、外延层、侧相反波导层、前腔面和后腔面；外延层设置在衬底顶面上；前腔面设置在衬底的一侧面上；所述后腔面设置在前腔面对侧的衬底侧面上；外延层上设置有凸出的条形震荡区；条形震荡区的两侧中，至少有一侧设置有反波导层；反波导层设置在外延层上。

作为本方案的优选：外延层包括有依次从下至上排布的下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、上限制层、上金属化层；所述上波导层、上限制层、上金属化层组成条形震荡区。

作为本方案的优选：反波导层设置在上波导层上，且位于条形震荡区的两侧。

作为本方案的优选：反波导层上设置有绝缘膜层。