[发明专利]一种可控横向光场的多结型半导体激光器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种可控横向光场的多结型半导体激光器及其制造方法，涉及半导体激光器技术领域，可控横向光场的多结型半导体激光器包括：衬底；多个含有PN限制层、波导层、量子阱区、电流限制层的结型结构，且多个结型结构之间均通过一隧道结进行连接；其中，隧道结为高掺反偏的PN结，隧道结包括P型隧穿层和N型隧穿层。通过本发明所示的可控横向光场的多结型半导体激光器，可选择性插入一种电流限制结构，形成一种在各结位置处的电流约束通道，从而改善多结型半导体激光器的电流扩展问题，进一步改善多结型半导体激光器的横向光场分布，使得各结有源区发光的横向宽度对称或一致，提高其近场远场光强均匀性。

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种可控横向光场的多结型半导体激光器及其制造方法。

背景技术

目前，边发射型半导体激光器由于体积小、功率高、寿命长、转化效率高等诸多优点而得到广泛应用，发展尤为迅速。其中多结型半导体激光器由于低电流、高脉冲功率特性优异，已在无人驾驶汽车、港口自动导航机器人等领域得到广泛应用。

通常情况下，边发射型半导体激光器结构包括限制层、波导层、单一有源区形式设计，并通过增大发光面积或增加腔长方式实现大功率的激光输出，但此类方式往往会增加相应的半导体激光器的体积且单位面积光功率提升性能有限。相比较的，为实现光电子器件的输出功率的倍增，将一定数量的半导体激光器结构采用隧穿结串联堆垛起来，可在不增加有源区面积或腔长的下成倍提升半导体激光器的输出功率。

然而，目前常用的多结型半导体激光器仅关注其输出功率、斜率效率的提升，却往往忽略由于结型结构堆垛导致的电流扩展效应，而引发各结发光区域在横向发散角不一致的问题；例如申请号为专利201511024496.7、专利名称为《多有源区外延结构、采用其的半导体激光器及其制造方法》该半导体激光器中，激光器腔面各结近场光斑尺寸将出现明显的宽度差异，受此影响其远场光斑边缘光场强度也存在上下不均匀问题，进而影响后期光学耦合效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可控横向光场的多结型半导体激光器，通过选择性插入一种电流限制结构，形成一种在各结位置处的电流约束通道，从而改善多结型半导体激光器的电流扩展问题，进一步改善多结型半导体激光器的横向光场分布，使得各结有源区发光的横向宽度对称或一致，提高其近场远场光强均匀性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来实现的：一种可控横向光场的多结型半导体激光器，所述可控横向光场的多结型半导体激光器包括：

衬底；

多个含有PN限制层、波导层、量子阱区、电流限制层的结型结构，且多个所述结型结构之间均通过一隧道结进行连接；

其中，所述隧道结为高掺反偏的PN结，所述隧道结包括P型隧穿层和N型隧穿层。

根据上述技术方案的一方面，所述隧道结为PN隧道结A，所述结型结构为结型结构A，所述结型结构A包括：

砷化镓衬底A；

P型砷化镓下电流限制层A，所述P型砷化镓下电流限制层A的中间设有电流通道A，并且所述P型砷化镓下电流限制层A上通过二次外延形成表面平整的N型砷化镓缓冲层A，所述P型砷化镓下电流限制层A与N型砷化镓缓冲层A相互接触；

其中，所述N型砷化镓缓冲层A上层叠设有一级结型结构A、二级结型结构A与三级结型结构A，每级所述结型结构均包括依次层叠设置的N型限制层、下波导层、量子阱区、上波导层和P型限制层；二级结型结构A的所述P型限制层与一级结型结构A的所述N型限制层、二级结型结构A的所述N型限制层与三级结型结构A的P型限制层之间均通过PN隧道结A连接。

根据上述技术方案的一方面，每级所述结型结构均包括依次层叠设置N型中铝组分铝镓砷限制层A、低铝组分铝镓砷下波导层A、铟镓砷磷量子阱区A、低铝组分铝镓砷上波导层A和中铝组分铝镓砷P型限制层A；