[发明专利]半导体激光器及其激光谐振腔、光学限制结构

说明书

本发明公开了一种半导体激光器及其激光谐振腔、光学限制结构。其中，光学限制结构包括波导层和设于波导层表面上的包覆层，包覆层的折射率小于波导层的折射率，包覆层用于反射从波导层射入包覆层的光线，包覆层为铝铟镓氮四元合金。激光谐振腔包括了上述的两个光学限制结构，两个光学限制结构的波导层彼此面对，从而实现沿激光器的生长方向上的光学限制。半导体激光器包括衬底和上述的激光谐振腔。本发明解决了现有技术中光学限制层结构难以具有较高的光学限制作用的同时，保持稳定的结构的问题。

技术领域

本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种半导体激光器及其激光谐振腔、光学限制结构。

背景技术

随着激光器的工作波长的增加，采用1～10％铝组分铝镓氮和0-6％In组分的铟镓氮所形成的光学限制结构对光的限制作用会降低。原因是由铝镓氮构成的包覆层和由铟镓氮构成的波导层的折射率会随波长的增加而降低，但是相对而言波导层的折射率会降低的更多，这就导致限制层和波导层之间的折射率差减小，从而导致光场限制作用减弱。为了解决上述问题，现有的一种方案是大幅度提高两种材料的厚度，另一种方案是分别增加两种材料中的铝组分和铟组分，两种方法都可以在一定程度上提高光学限制作用，避免光场泄露(漏模)现象的产生。

然而上述方法会带来包覆层和波导层之间的晶格失配加剧的问题。氮化镓基激光器基于生长在氮化镓衬底上一系列外延层构成，其中铝镓氮和铟镓氮材料与氮化镓衬底的晶格参数不同，所以外延过程中铝镓氮和铟镓氮材料都会因为晶格失配而产生应力，具体来说铝镓氮会受到张应力，铟镓氮会受到压应力。随着铝镓氮和铟镓氮材料组分或者厚度的增加，应力也会增加，最终导致铝镓氮层产生裂纹，或者铟镓氮中产生失配位错。这些缺陷的产生都会对器件性能产生不利的影响。

发明内容

为了达到上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明的一方面提供了一种用于形成激光谐振腔的光学限制结构，包括波导层和设于所述波导层表面上的包覆层，所述包覆层的折射率小于所述波导层的折射率，所述包覆层用于反射从所述波导层射入所述包覆层的光线，其中，所述包覆层为铝铟镓氮四元合金。

优选地，构成所述包覆层的铝铟镓氮四元合金中，铝的摩尔组分小于20％，且铟的摩尔组分小于10％，当组分大于上述范围会带来外延生长的困难，无法获得高质量材料。

优选地，所述包覆层的生长温度为700℃～900℃、生长压力为200mbar～500mbar、生长速率为0.01nm/s～0.5nm/s，在此生长范围内才能克服铝氮和铟氮材料固有的外延生长窗口差异。

本发明的另一方面提供了一种激光谐振腔，包括第一光学限制结构和第二光学限制结构，所述第一光学限制结构和所述第二光学限制结构均为上述的光学限制结构，所述第一光学限制结构的波导层与所述第二光学限制结构的波导层彼此面对设置。

优选地，所述第一光学限制结构的所述波导层与所述包覆层之间的折射率差值的绝对值大于所述第二光学限制结构的所述波导层与所述包覆层之间的折射率差值的绝对值。

优选地，所述第二光学限制结构的所述波导层与所述包覆层之间设有电子阻挡层。

本发明的又一方面提供了一种半导体激光器，包括衬底和上述的激光谐振腔，所述激光谐振腔的所述第一光学限制结构的包覆层设于所述衬底上，所述第一光学限制结构的波导层与所述第二光学限制结构的波导层之间设有量子阱有源层。

优选地，所述量子阱有源层包括叠层的量子阱单层和量子阱垒单层，其中，所述量子阱单层朝向所述第一光学限制结构，所述量子阱垒单层朝向所述第二光学限制结构。

优选地，所述衬底与所述第一光学限制结构的包覆层之间设有N型氮化镓层。

优选地，所述第二光学限制结构的包覆层的背向于所述波导层的一侧表面上依序叠层设有P型氮化镓层和接触层。