[發明專利]抑制GaAs基激光器高階模的方法

有效

• 申請號: 201410564609.1
• 申請日: 2014-10-21
• 公開（公告）號: CN104300367B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 李翔;趙德剛;江德生;劉宗順;陳平;朱建軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及到半導體光電子器件技術領域，特別是一種抑制GaAs基激光器高階模的激光器的設計和制作方法。

背景技術

隨著半導體光電子器件的迅速發展，大功率半導體激光器應運而生。由于半導體激光器體積小、價格便宜、電光轉換效率高以及壽命長等優點，半導體激光器在光電子領域有著非常廣泛的應用。半導體激光器在工業加工領域、醫學治療領域、軍事領域以及理論研究領域都扮演著重要的角色。目前為止，與其它半導體III-V族材料相比，對砷化鎵材料的研究是最成熟的。因而，人們對砷化鎵激光器的性能要求也是最高的，這表現在砷化鎵激光器可以有很低的閾值電流、很低的垂直發散角、較高的電光轉換效率等等其它半導體激光器不可比擬的優點。

砷化鎵激光器材料層主要分為三部分：單量子阱或多量子阱形成的有源區、有源區一側為有源區提供電子的N區、有源區另一側為有源區提供空穴的P區。通過施加外加偏壓驅動電子和空穴在垂直于結平面的方向上注入到有源區進行復合并產生光。通過側面兩端的理解鏡面形成反饋腔，使得電子空穴復合產生的光在腔內不斷諧振并且形成波前平行于鏡面的駐波。如果有源區內的光增益超過了激光器結構里的光損耗，就會產生放大的受激輻射，激光便會從鏡面端面發射出來。

為了提高激光器的災變光學損傷閾值、降低內部損耗以及改善光束質量，使用超大厚度的波導層是一種常用的方法。但超大厚度的波導層會使波動方程的解存在高階模，即超大厚度的波導層會使激光器的諧振器中存在高階模。為了保證激光器的單模激射特性，可以通過提高高階模的閾值讓其難以激射。針對這個問題，有一些解決方案。比如，改變波導層和限制層的厚度來增大基模與高階模的光學限制因子的差值，還有通過引入低折射率插入層把高階模的光場移入高摻雜的限制層，提高高階模的損耗。但是，這些方法提高基模與高階模的差值是有一定限制的。

發明內容

本發明的目的在于，提出一種抑制GaAs基激光器高階模的方法。該方法是在波導層和限制層之間對稱插入相應摻雜類型的高低折射率層。低折射率層的引入是為了阻擋電子或空穴進入緊鄰的高折射率層形成的勢阱。另外，之所以對低折射率分別摻雜為n型和p型是為了避免阻擋電子和空穴注入到有源區。高折射率層的引入是為了將附近較強的高階模限制在該區域。另外，通過對高折射率層合適的摻雜來增加高階模的光學損耗，提高高階模的激射閾值。

本發明提供一種抑制GaAs基激光器高階模的方法，包括以下步驟：

步驟1：在砷化鎵襯底上依次制作n型限制層、n型高折射率插入層、n型低折射率插入層、n型波導層、量子阱有源區、p型波導層、p型低折射率插入層、p型高折射率插入層、p型限制層和p型接觸層；

步驟2：將P型接觸層和P型限制層濕法腐蝕或干法刻蝕成脊型；

步驟3：在制作成脊型的上面生長一層氧化模，并采用光刻的方法在p型接觸層的上表面制作p型歐姆電極；

步驟4：將砷化鎵襯底減薄、清洗，并在砷化鎵襯底的背面制作n型歐姆電極，形成激光器；

步驟5：進行解理，在激光器的腔面鍍膜，最后封裝在管殼上，完成制備。

本發明的有益效果為：第一，對低折射率插入層分別進行n型和p型摻雜，盡量減小n(p)型插入層對電子(空穴)注入的影響。第二，選擇合適的高低折射率插入層的位置。在該位置，基模的光場強度遠小于高階模的光場強度。因此，在摻雜的高折射率區域，高階模的光學損耗遠大于基模的光學損耗，從而高階模的激射閾值遠大于基模的激射閾值，保證了激光器的單模激射特性。

附圖說明

為了進一步說明本發明的內容，以下結合實例及附圖詳細說明如后，其中：

圖1是本發明一種抑制高階模的激光器結構示意圖。

圖2是激光器結構在生長方向的導帶示意圖，在摻雜的高折射率區域導帶較低，以此限制高階模到該區域。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發明提供一種抑制GaAs基激光器高階模的方法，包括以下步驟：

步驟1：在砷化鎵襯底10上依次制作n型限制層11、n型高折射率插入層12、n型低折射率插入層13、n型波導層14、量子阱有源區15、p型波導層16、p型低折射率插入層17、p型高折射率插入層18、p型限制層19和p型接觸層20；

步驟2：將p型接觸層20和p型限制層19濕法腐蝕或干法刻蝕脊型，該脊型刻蝕的深度到達p型限制層19內。濕法腐蝕操作比較簡單，當腐蝕深度不是很深時可以采用，但是容易造成鉆蝕，對器件的影響比較大。如果腐蝕深度很深，最好采用ICP等干法腐蝕。