[发明专利]一种半导体激光器及其载流子注入方法

说明书

本发明公开了一种半导体激光器及其载流子注入方法，其中方法包括：在衬底上制备半导体激光器外延结构，获取外延结构晶圆片；在晶圆片上制备半导体激光器的脊形结构；在脊形结构上制备介质薄膜；将位于脊形结构脊面上的介质薄膜进行刻蚀处理，形成沿纵向方向的非均匀形状分布的介质薄膜；在介质薄膜上制备电极；将晶圆片进行解理，在解理面的前后两端分别制备减反薄膜及高反薄膜；从减反薄膜腔面到高反薄膜腔面进行载流子注入。通过控制脊面上介质薄膜的形状，实现电流沿脊形纵向的非均匀注入，抵消长腔长、两端腔面反射率差异引起的载流子非均匀分布，提升半导体激光器工作状态下增益沿纵向分布的均匀性，提高半导体激光器的光输出功率。

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种半导体激光器及其载流子注入方法。

背景技术

传统的半导体激光器采用载流子均匀注入的方案，将电极沿纵向均匀分布，使得整个脊形注入的载流子密度是完全一致。为了提高斜率效率及最大化输出功率，激光器的两端会分别作减反(AR)膜和高反(HR)膜处理，让激光集中在减反膜这端出射。当注入电流小于阈值电流时，半导体激光器谐振腔内的光子密度很低，因而沿纵向(AR腔面到HR腔面)呈现出均匀的分布；当注入电流大于阈值电流时，激光器开始激射，谐振腔内的光子密度会随着注入电流的增加而逐渐增加，且激光器谐振腔内的光子密度沿纵向(AR腔面到HR腔面)呈现出逐渐减小的趋势。由于受激辐射效应的影响，光子密度越高的区域，载流子的消耗速度越快，载流子的密度越低，因而载流子密度沿AR腔面到HR腔面会呈现出逐渐增加的趋势，载流子密度沿纵向的不均匀分布会引起增益在纵向的不均匀分布，导致半导体激光器性能退化、光输出功率下降。

发明内容

因此，本发明提供一种半导体激光器及其载流子注入方法，克服了现有技术中载流子密度沿纵向的不均匀分布会引起增益在纵向的不均匀分布，导致半导体激光器性能退化、光输出功率下降的不足。

第一方面，本发明实施例提供一种半导体激光器的载流子注入方法，包括：在衬底上制备半导体激光器外延结构，获取外延结构晶圆片；在晶圆片上制备半导体激光器的脊形结构；在脊形结构上制备介质薄膜；将位于脊形结构脊面上的介质薄膜进行刻蚀处理，形成沿纵向方向的非均匀形状分布的介质薄膜；在介质薄膜上制备电极；将晶圆片进行解理，并在解理面的前后两端分别制备减反薄膜及高反薄膜；从减反薄膜腔面到高反薄膜腔面进行半导体激光器的载流子注入。

在一实施例中，所述将位于脊形结构脊面上的介质薄膜进行刻蚀处理，形成沿纵向方向的非均匀形状分布的介质薄膜的步骤，包括：获取半导体激光器均匀注入电极时载流子的非线性分布曲线；根据所述载流子的非线性分布曲线，将脊形结构的脊形结构脊面分沿纵向方向分割成多段区域，每段区域中非均匀形状分布的介质薄膜的面积占比，沿减反薄膜腔面到高反薄膜腔面的方向逐渐增加。

在一实施例中，每段区域中非均匀形状分布的介质薄膜的面积不完全相同。

在一实施例中，靠近高反薄膜腔面的区域分割的长度比靠近减反薄膜腔面的区域分割的长度短。

在一实施例中，根据半导体激光器的腔长、减反薄膜腔面和高反薄膜腔面反射率、工作电流及载流子的非线性分布曲线确定每段区域中介质薄膜的长度。

第二方面，本发明提供一种半导体激光器，包括:衬底；半导体激光器外延结构，形成于所述衬底上；脊形结构，形成所述外延结构上；介质薄膜，形成于所述脊形结构上；纵向非均匀形状分布的介质薄膜，形成于脊形结构的脊面上方；电极，形成于所述介质薄膜上；减反膜和高反膜，形成于外延结构解理面的前后端面。

在一实施例中，所述纵向非均匀形状分布的介质薄膜的面积占比，沿减反薄膜腔面到高反薄膜腔面的方向逐渐增加。

在一实施例中，所述纵向非均匀形状分布的介质薄膜的面积不完全相同。

在一实施例中，所述纵向非均匀形状分布的介质薄膜的形状为多边形、圆形或椭圆形。