[發明專利]一種多有源區級聯的半導體激光器

有效

• 申請號: 202010526713.7
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111641109B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 王俊;肖垚;譚少陽;劉恒;李泉靈
• 申請（專利權）人: 蘇州長光華芯光電技術股份有限公司;蘇州長光華芯半導體激光創新研究院有限公司
• 主分類號: H01S5/187
• 分類號: H01S5/187;H01S5/34;H01S5/42
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 向森

本發明涉及半導體光電子技術領域，具體涉及一種多有源區級聯的半導體激光器。所述多有源區級聯的半導體激光器包括：若干級聯有源區，每一所述級聯有源區包括多個有源區；隧道結，在所述級聯有源區的至少一側設置，與所述級聯有源區電連接；其中，在所述級聯有源區中，至少一組相鄰的所述有源區之間通過勢壘層連接。這樣周期性增益結構中可增加更多的有源區，提高了器件的內量子效率，同時也降低了載流子的密度，從而獲得更多的增益。勢壘層連接不具有引入新的pn結的特性，因此該層不會提高器件工作的開啟的電壓，同時外延生長也較隧道結簡單。

技術領域

本發明涉及半導體光電子技術領域，具體涉及一種多有源區級聯的半導體激光器。

背景技術

垂直腔面發射激光器是一種半導體微腔激光器，相較于傳統的邊發射激光器，垂直腔面發射激光器由于具有低閾值電流、體積小、圓對稱光斑易于光纖耦合、高光束質量、單縱模、面發射易于集成等優勢，使其在近年來得到了迅猛的發展，廣泛應用于人臉識別等三維傳感、光通信、激光雷達、無人駕駛等領域中。

目前，一種垂直腔面發射激光器的結構包括：上下的反射面形成諧振器、量子阱結構堆疊的增益區以及電流限制層(如氧化限制層，離子注入限制層等)。上述垂直腔面發射激光器通過一組量子阱堆疊形成的增益區，該類垂直腔面發射激光器單點功率為一般10mW(10mA驅動電流)，效率一般接近50％，多應用于所需功率較小的智能設備上，利用三維結構光技術進行近距離的人臉識別。但是，對于在大型三維傳感應用場景，例如基于激光雷達的無人駕駛領域，上述結構的垂直腔面發射激光器已無法滿足需求，需要大功率和高效率的激光器。

基于這樣的需求，現有最為廣泛的方法是在垂直腔面發射激光器的結構中，增加有源區的數量來實現，從而形成多個增益區來增強器件的功率和效率。一般的量子阱必須位于周期性諧振結構的波峰位置才能產生增益，通常，對于在外部電場驅動載流子流經第一個有源區后，需要設計足夠多的量子阱堆疊數量，是載流子完全復合后，就需要通過隧道結結構將載流子重新激活，從而在下一個有源區繼續復合輻射光子，通過隧道結將多個量子阱堆疊的有源區連接起來，進而實現更高功率和效率的目的。但是，隧道結實質是很薄的重摻雜層構成的pn結，在外延生長中要實現準確的重摻雜難度大于其他普通外延層的生長，半導體級聯有源區的隧道結是反向偏置的設計在器件結構中，隧道結的引入會增加器件工作的開啟電壓，從而提高工作電壓。同時，隨著對激光器功率和效率需求的提升，受空間和散熱性能的限制，上述多個有源區的垂直腔面發射激光器越來越難以滿足對激光器功率和效率的需求。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種多有源區級聯的半導體激光器，以解決現有技術中多有源區級聯的半導體激光器效率不高的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種多有源區級聯的半導體激光器，包括：

若干級聯有源區，每一所述級聯有源區包括多個有源區；

隧道結，在所述級聯有源區的至少一側設置，與所述級聯有源區電連接；

其中，在所述級聯有源區中，至少一組相鄰的所述有源區之間通過勢壘層連接。

進一步地，在所述級聯有源區中，若干組相鄰的所述有源區均通過勢壘層連接。

進一步地，每一所述有源區中由多個量子阱堆疊成型或一個量子阱成型；或者每一所述有源區中由多個量子線堆疊成型或一個量子線成型；或者每一所述有源區中由多個量子點堆疊成型或一個量子點成型。

進一步地，在所述多個量子阱堆疊中，多個量子阱之間采用隧道結和/或勢壘層連接。

進一步地，所述級聯有源區為多個，相鄰兩所述級聯有源區之間通過所述隧道結連接。

進一步地，所述多有源區級聯的半導體激光器還包括電流限制層，所述電流限制層在所述有源區的外側設置。