[發明專利]半導體激光器及其制備方法

有效

• 申請號: 201711346623.4
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN109962406B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 張韻;倪茹雪
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/32
• 分類號: H01S5/32;H01S5/323;H01S5/34;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

1.一種半導體激光器，由下至上依次包括：溝槽型圖形化襯底、n型層、有源層和p型層；其中，所述溝槽型圖形化襯底上具有多個相互平行的溝槽，通過側向外延技術在溝槽上方形成低穿透位錯區域，所述溝槽的延伸方向與激光器的光子諧振方向平行，使外延材料中低穿透位錯區域與光子諧振方向平行，實現激射閾值的降低；

其中，所述溝槽為長條狀溝槽；所述的n型層的側向外延，其內形成有多個空氣隙，部分穿透位錯隨著側向生長而向長條狀溝槽上的所述空氣隙彎曲并終止在空氣隙的界面，形成低穿透位錯區域；

其中，所述襯底、n型層、有源層和p型層構成所述激光器的外延片，通過切割所述外延片形成激光器的諧振腔，該諧振腔的兩個相互平行的腔面與長條狀溝槽的延伸方向垂直，使光子諧振方向與外延材料中低穿透位錯區域平行。

2.根據權利要求1所述的半導體激光器，其中，多個溝槽形成多個相互平行且獨立的長條狀臺面，用于材料外延；所述長條狀溝槽的寬度為10納米～100微米，長條狀臺面的高度為10納米～10微米。

3.根據權利要求1所述的半導體激光器，其中，所述溝槽型圖形化襯底為圖形化單一襯底，該單一襯底的材質為藍寶石、AlN、GaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、Ga₂O₃、Si、玻璃、或金屬；或所述溝槽型圖形化襯底為圖形化復合襯底，即在單一襯底上形成圖形化薄膜，該圖形化薄膜的材質為AlN、GaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、InGaP、InGaAlP、InGaAsP、InGaAs、InGaAsSb、Ga₂O₃、Si、或Ge，圖形化薄膜的厚度為1～10微米。

4.根據權利要求1所述的半導體激光器，其中，所述n型層為n型AlN、GaN、AlGaN、InGaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、InGaP、InGaAlP、InGaAsP、InGaAs、InGaAsSb、Ga₂O₃、Si、Ge摻雜半導體材料；所述n型層還包括n型緩沖層；所述n型層的厚度為2～15微米。

5.根據權利要求1所述的半導體激光器，其中，所述有源層的材質為A1N、GaN、AlGaN、InGaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、InGaP、InGaAlP、InGaAsP、InGaAs、InGaAsSb、Ga₂O₃、Si、或Ge，對應激光器的波長為200納米～3000微米；所述有源層中包含量子阱層，該量子阱層的厚度是50～200納米。

6.根據權利要求1所述的半導體激光器，其中，所述p型層為p型摻雜半導體材料；所述p型層還包括p型電子阻擋層；所述p型層的厚度是50～900納米。

7.一種半導體激光器的制備方法，包括以下步驟：

S1，利用刻蝕法制備溝槽型圖形化襯底，所述溝槽型圖形化襯底上具有多條相互平行的溝槽；

S2，在溝槽型圖形化襯底上外延生長激光器全結構材料；

S3，利用所述激光器全結構材料制備激光器器件；

其中，所述溝槽的延伸方向與激光器的光子諧振方向平行；

其中，所述步驟S1包括以下子步驟：

S11，在一平面襯底上制備掩膜材料，

S12，采用圖形化工藝制備所需溝槽型圖形化掩膜，

S13，利用圖形轉移工藝將掩膜圖形轉移至襯底上，以及

S14，清除掩膜；

所述步驟S3包括以下子步驟：

S31，刻蝕有源層和p型層直至n型層形成脊行條，

S32，制備n型電極和p型電極，

S33，制備絕緣層并開出n型和p型電極窗口，以及

S34，制作兩個相互平行的腔面形成激光器的諧振腔；

其中，所述諧振腔的兩個相互平行的腔面與溝槽的延伸方向垂直；

其中，所述溝槽為長條狀溝槽；所述的n型層的側向外延，其內形成有多個空氣隙，部分穿透位錯隨著側向生長而向長條狀溝槽上的所述空氣隙彎曲并終止在空氣隙的界面，形成低穿透位錯區域；

其中，所述襯底、n型層、有源層和p型層構成所述激光器的外延片，通過切割所述外延片形成激光器的諧振腔，該諧振腔的兩個相互平行的腔面與長條狀溝槽的延伸方向垂直，使光子諧振方向與外延材料中低穿透位錯區域平行。