[发明专利]半导体激光器及其制备方法

说明书

本发明提供一种半导体激光器及其制备方法，其中的半导体激光器包括从下至上依次层叠的N面电极、衬底、缓冲层、N型包层、激光器波导层、P型包层、P型盖层、绝缘层和P面电极，从P面电极向下刻蚀至P型包层形成两个光电调控沟道，两个光电调控沟道之间的区域形成中心波导区，两个光电调控沟道的外侧区域形成非注入区。本发明提供的半导体激光器通过光电调控沟道有效抑制高阶侧向模式，改变器件腔内的模式分布，同时光电调控沟道可以起到控制载流子注入的作用，削弱载流子侧向累积效应，改善远场稳定性，通过对载流子分布的调控及抑制FFB效应，改善光束质量。与传统脊型半导体激光器相比，具有光束质量好、远场受电流影响小、亮度高等优点。

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件技术领域，特别涉及一种高亮度的半导体激光器及其制备方法。

背景技术

半导体激光器的亮度正比于功率与光束质量的比值，反映为单位立体角下的激光功率。在实际应用中往往希望半导体激光器具有高的输出功率和优异的光束质量，即高的亮度。现存在的问题是，半导体激光器的侧向模式会降低激光器整体的亮度与光束质量，同时随着注入电流的增加，侧向光束质量迅速恶化，主要体现在侧向远场变大，称之为far-field blooming(FFB)效应。现有的改善方法大多是通过减小半导体激光器的波导宽度，以降低侧向模式的数量，或者通过外腔技术、调控载流子注入等手段达到提高光束质量的目的。但由于减小波导宽度也就减小了增益区域的面积，因此输出功率也大幅度地下降，且技术复杂、增加了系统的体积和成本，这对于工业化制备高功率半导体激光器而言是非常不利的。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种半导体激光器及其制备方法，可以有效抑制波导的高阶侧向模式，改变器件腔内的模式分布，也可以起到控制载流子注入的作用，削弱侧向载流子累积效应，从而提升半导体激光器的光电性能，提高半导体激光器的亮度，稳定远场。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供的半导体激光器，包括从下至上依次层叠的N面电极、衬底、缓冲层、N型包层、激光器波导层、P型包层、P型盖层、绝缘层和P面电极，从P面电极的表面向下刻蚀至P型包层形成两个光电调控沟道，两个光电调控沟道之间的区域形成中心波导区，两个光电调控沟道的外侧区域形成非注入区，两个光电调控沟道、中心波导区与非注入区构成表面波导。

优选地，两个光电调控沟道的深度未刻蚀至P型包层的下表面或刻蚀至P型包层的下表面；以及，当两个光电调控沟道的深度未刻蚀至P型包层的下表面时，两个光电调控沟道的底部与P型包层的下表面之间的距离小于激光器波导层的倏逝波长度。

优选地，激光器波导层的折射率大于N型包层和P型包层的折射率；以及，激光器波导层包括制备在N型包层的N型波导、制备在N型波导上的有源区和在制备在有源区上的P型波导。

优选地，每个光电调控沟道的两个侧面均为平面或自由曲面。

优选地，当两个光电调控沟道的两个侧面为自由曲面时，两个光电调控沟道向中心波导区弯曲，且两个光电调控沟道之间的间距呈周期性变化。

优选地，每个光电调控沟道的两个侧面的自由曲面均由沟槽阵列形成，且两个光电调控沟道之间的最大间距等于中心波导区的宽度。

优选地，在非注入区的内部刻蚀形成损耗微结构，用于增大非注入区的光学损耗。

本发明提供的半导体激光器的制备方法，包括如下步骤：

S1、在衬底上依次生长缓冲层、N型包层、激光器波导层、P型包层和P型盖层；

S2、从P型盖层向下刻蚀至P型包层形成两个光电调控沟道；其中，两个光电调控沟道之间的区域形成中心波导区，两个光电调控沟道的外侧区域形成非注入区，从而两个光电调控沟道、中心波导区与非注入区构成表面波导；