[发明专利]一种小发散角半导体激光器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种小发散角半导体激光器及其制备方法，该小发散角半导体激光器包括半导体激光器本体以及设置在半导体激光器本体出光端的一侧或者两侧的模斑转换器，在模斑转换器区域设置有模场扩展层，该模场扩展层设置在有源层的上方，激光器本体和模斑转换器具有相同的有源层，模场扩展层仅设置在模斑转换器区域，模场扩展层将激光器模式扩大，从而降低发散角。该小发散角半导体激光器仅仅在模斑转换器区域设置有模场扩展层，同时该模场扩展层设置在有源层上方，不对有源层进行刻蚀，对激光器的性能影响很小的条件下获得小发散角。

技术领域

本发明属于半导体激光器技术领域，具体涉及一种小发散角半导体激光器及其制备方法。

背景技术

模斑变换器可以将半导体激光器的输出模式扩大，降低发散角，提高与光纤的耦合效率。常见的制作方法包括：

1、对接耦合生长，先生长激光器材料，然后将模斑转换器区域的激光器材料去除，在去除部分选择外延生产模斑转换器区域需要的材料，这种方法制作的模斑转换器发散角小，效果好，但是需要多次外延，外延工艺复杂，同时该方法对有源层进行了刻蚀，可能对可靠性有影响；

2、双波导层设计，分为上层有源区波导和下层无源波导，在模斑转换区域激光器有源区的条宽逐渐缩小，上层有源区的波导模式逐步转换到下层的无源区波导，这种设计一般只需要一次外延，但是下波导层的加入会劣化激光器性能；

3、选择外延生长，典型的掩膜材料为SiO2，掩膜的形状一般为两条平行的SiO2长条，长条之间相隔一定的间隙，在间隙区（选择外延生长区）的生长速率高于无掩膜覆盖的平面区域的生长速率，从而在间隙区和平面区形成不同厚度的外延材料，厚度薄的区域模场得到扩展，从而降低发散角，该方法同样需要复杂的外延工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种小发散角半导体激光器及其制备方法，该小发散角半导体激光器仅仅在模斑转换器区域设置有模场扩展层，模场扩展层将激光器模式扩大，从而降低发散角，同时该模场扩展层设置在有源层上方，不对有源层进行刻蚀，对激光器的性能影响很小的条件下获得小发散角。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种小发散角半导体激光器，包括半导体激光器本体以及设置在半导体激光器本体出光端的一侧或者两侧的模斑转换器，在模斑转换器区域设置有模场扩展层，该模场扩展层设置在有源层的上方，激光器本体和模斑转换器具有相同的有源层，模场扩展层仅设置在模斑转换器区域。

进一步地，所述半导体激光器本体包括衬底以及从下至上依次制作在衬底上的缓冲层、N 型AlInAs下限制层、下波导层、多量子阱层、上波导层、P 型AlInAs 上限制层、P型InP上限制层、接触层，所述模斑转换器包括衬底以及从下至上依次制作在衬底上的缓冲层、N 型AlInAs下限制层、下波导层、多量子阱层、上波导层、P 型AlInAs 上限制层、第一P型InP上限制层、模场扩展层、第二P型InP上限制层、接触层；模斑转换器的第一P型InP上限制层、模场扩展层、第二P型InP上限制层的总厚度与半导体激光器本体的P型InP上限制层总厚度相同。

进一步地，半导体激光器本体长度100-500um，模斑转换器长度10-50um。

模场扩展层采用P型InGaAsP材料；模场扩展层的厚度为0.01-0.5um；模场扩展层以下P型InP限制层的厚度为0.1-2um之间；

衬底采用N型InP材料；缓冲层采用N 型InP材料，下波导层采用Al_xGa_yIn_1-x-yAs 材料,多量子阱层采用 AlGaInAs/ AlGaInAs材料，上波导层采用Al_xGa_yIn_1-x-yAs材料。