[發明專利]一種雙波長單片集成面發射半導體激光器

有效

• 申請號: 202010600397.3
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111740312B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 曾麗娜;李林;李再金;李功捷;喬忠良;趙志斌;劉國軍;曲軼;彭鴻雁
• 申請（專利權）人: 海南師范大學
• 主分類號: H01S5/187
• 分類號: H01S5/187;H01S5/34
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 曹鵬飛

1.一種雙波長單片集成面發射半導體激光器，其特征在于，包括：藍寶石襯底，所述藍寶石襯底頂端自下而上依次生長有緩沖層，第一底部DBR層，第一下勢壘層，第一有源層，隧道結層，電流注入層，第一上勢壘層，第一頂部DBR層，歐姆接觸層，第二底部DBR層，第二下勢壘層，第二有源層，第二上勢壘層，第二頂部DBR層，蓋層，第三底部DBR層，第三下勢壘層，第三有源層，第三上勢壘層，第三頂部DBR層，窗口層；

雙波長單片集成面發射半導體激光器的制作方法包括以下步驟：

首先利用MOCVD外延生長設備，在襯底層上由下至上外延生長各層材料，從外延生長緩沖層開始直到窗口層，一次外延生長完成；

其次，半導體激光器經過第一次ICP刻蝕，形成第一次光刻、ICP刻蝕溝道，第一次光刻、ICP刻蝕溝道由隧道結層延伸至窗口層，第一次ICP刻蝕在隧道結層形成隧道結刻蝕區，在電流注入層形成電流注入孔徑區；第一次ICP刻蝕后，利用電化學刻蝕工藝，刻蝕溶液為強酸或強堿，調節刻蝕電壓1.5V至3V，刻蝕3至5小時后，獲得所需要的電流注入孔徑尺寸后，升高電壓至原來刻蝕電壓的2至3倍，5分鐘后反應結束，制作出面發射激光器外延片近紫外激光的電流孔徑；

然后半導體激光器經過第二次ICP刻蝕，形成第二次光刻、ICP刻蝕溝道，第二次光刻、ICP刻蝕溝道由第一底部DBR層延伸至窗口層，二次ICP刻蝕在第一底部DBR層形成第一底部DBR刻蝕區，在第一頂部DBR層形成第一頂部DBR刻蝕區，在第二底部DBR層形成第二底部DBR刻蝕區，在第二頂部DBR層形成第二頂部DBR刻蝕區，在第三底部DBR層形成第三底部DBR刻蝕區，在第三頂部DBR層形成第三頂部DBR刻蝕區；第二次ICP刻蝕后，利用電化學刻蝕工藝，刻蝕溶液為強酸或強堿，調節刻蝕電壓1.5V至3V，刻蝕5至8小時后，一次完成外延片結構中DBR的制作，實現芯片中全部諧振腔的制作；利用常規的芯片電極制備工藝，實現電泵浦激射發光；第一底部DBR刻蝕區和第一頂部DBR刻蝕區構成紫外光的諧振腔，有利于獲得紫外光激光輸出；第二底部DBR刻蝕區和第二頂部DBR刻蝕區構成藍光的諧振腔，有利于藍光激光輸出；第三底部DBR刻蝕區和第三頂部DBR刻蝕區構成綠光的諧振腔，有利于綠光激光的輸出；本發明有利于實現多級泵浦光單片集成電光混合泵浦輸出激光，首先由第一級電泵浦激射獲得紫外光，然后由第一級紫外光泵浦第二級獲得藍光激光，再由第二級藍光泵浦第三級獲得綠光激光輸出，以此類推，最終實現多級泵浦光單片集成激光；

其中，ICP刻蝕氣體為SF₆/BCl₃混合氣體，刻蝕速率為10nm/min，能獲得可控的刻蝕速率；刻蝕掩膜材料為SiO₂或Si₃N₄，和SiO₂掩膜材料相比，使用Si₃N₄掩膜材料獲得刻蝕側壁更垂直光滑。

2.根據權利要求1所述的一種雙波長單片集成面發射半導體激光器，其特征在于，半導體激光器經過第一次ICP刻蝕，形成第一次光刻、ICP刻蝕溝道，所述第一次光刻、ICP刻蝕溝道由所述隧道結層延伸至所述窗口層。

3.根據權利要求2所述的一種雙波長單片集成面發射半導體激光器，其特征在于，半導體激光器經過第二次ICP刻蝕，形成第二次光刻、ICP刻蝕溝道，所述第二次光刻、ICP刻蝕溝道由所述第一底部DBR層延伸至所述窗口層。

4.根據權利要求1所述的一種雙波長單片集成面發射半導體激光器，其特征在于，所述第一底部DBR層，為外延生長不同摻雜濃度的n型n-GaN/n⁺-GaN?DBR同質結材料，n-GaN與n⁺-GaN共20對，厚度分別為35nm和50nm，n-GaN摻雜濃度為n＝1E18/cm³，n⁺-GaN摻雜濃度為n＝1E19/cm³。