[发明专利]单片集成边发射激光器及制备方法

说明书

一种单片集成边发射激光器及制备方法，其单片集成边发射激光器包括：衬底；多层结构，为由多对半导体材料层生长于所述衬底上的周期或准周期结构，每对所述半导体材料层沿垂直于所述衬底的方向依次包括低折射率材料层和第一高折射率材料层，每层所述半导体材料层的厚度不小于λ/5n，其中，λ为所述单片集成边发射激光器的工作波长，n为每层所述半导体材料层的折射率；第二高折射率材料层，形成于所述多层结构中最后生长的低折射率材料层上，所述第二高折射率材料层的折射率高于第一高折射率材料层和低折射率材料层；有源层，位于所述第二高折射率材料层中，所述有源层的厚度小于第二高折射率材料层的厚度。

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件技术领域，特别涉及单片集成边发射激光器及制备方法。

背景技术

半导体激光器广泛应用于激光雷达、光通信、光互连、激光雷达、激光照明、智能制造、消费电子等诸多领域，是现代信息社会必不可少的光源。在激光雷达中，视场角是一个重要参数，而激光雷达的视场角主要由半导体激光器的光束性能决定。激光雷达在远距离探测应用中，需要的水平视场角比较大，如100度，需要的垂直视场角较小，如15度。

半导体激光器包括面发射激光器和边发射激光器。和面发射激光器相比，边发射激光器具有输出功率更大和效率更高等优点，在具有远距离探测的激光雷达应用中占有一席之地。但是边发射激光器的输出光斑为椭圆形，快轴方向(垂直方向)的发散角约为40度，慢轴方向(水平方向)的发散角约为15度，快轴和慢轴方向的远场形貌通常为高斯状。此外，由于边发射激光器的有源区的厚度小，近场面积小，在大功率输出条件下，边发射激光器因端面容易发生光灾变损伤而失效。

在激光雷达远距离探测应用中，人们希望边发射激光器可以大功率输出，同时发射激光器的水平视场角达到100度，垂直视场角为15度。目前在激光雷达中，人们采用外加光学整形元件对普通边发射激光器的光束整形，从而调制激光雷达的视场角。因此，整个激光雷达系统的体积相对庞大，系统的稳定相对较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供单片集成边发射激光器及制备方法以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种单片集成边发射激光器，包括衬底；多层结构，为由多对半导体材料层生长于所述衬底上的周期或准周期结构，每对所述半导体材料层沿垂直于所述衬底的方向依次包括低折射率材料层和第一高折射率材料层，每层所述半导体材料层的厚度不小于λ/5n，其中，λ为所述单片集成边发射激光器的工作波长，n为每层所述半导体材料层的折射率；第二高折射率材料层，形成于所述多层结构中最后生长的低折射率材料层上，所述第二高折射率材料层的厚度与第一高折射率材料层不相等，所述第二高折射率材料层的折射率高于低折射率材料层；有源层，位于所述第二高折射率材料层中，所述有源层的厚度小于第二高折射率材料层的厚度。

作为本发明的另一个方面，提供了一种如上所述的单片集成边发射激光器的制作方法，包括以下步骤：在衬底的一表面形成周期或准周期的多层结构；在所述多层结构上形成第二高折射率材料层；在所述第二高折射率材料层中形成有源层。

从上述技术方案可以看出，本发明的单片集成边发射激光器及制备方法具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本发明提出的一种单片集成边发射激光器，将有源层(量子阱或者量子点等)设置在第二高折射率材料层中，由于有限层数的多层结构和第二高折射率材料层存在布洛赫表面模，布洛赫表面模在第二高折射率材料层具有最大光场强度，可以实现大于5％的光限制因子，有利于边发射激光器激射。同时，相对于普通边发射激光器(工作模式为类似三层平板波导的基模)，本发明提出的一种单片集成边发射激光器中布洛赫表面模展宽了光场，降低激光器出光端面的功率密度，提高了激光器腔面光灾变损伤的阈值功率，从而提高了激光器的可靠性，可以实现更高的输出功率。