[發明專利]一種小發散角半導體激光器及其制備方法

有效

• 申請號: 202011037170.9
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112217093B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 陳志標
• 申請（專利權）人: 武漢云嶺光電有限公司
• 主分類號: H01S5/10
• 分類號: H01S5/10;H01S5/343
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 代嬋

1.一種小發散角半導體激光器，其特征在于：半導體激光器為脊形半導體激光器，包括半導體激光器本體以及設置在半導體激光器本體出光端的一側或者兩側的模斑轉換器，模斑轉換器與激光器本體具有相同的有源層，在模斑轉換器區域的有源層的上方設置有模場擴展層，模場擴展層僅設置在模斑轉換器區域，在模斑轉換區域，模場擴展層讓激光器垂直方向的光場擴展變大，模式逐漸擴大，垂直方向發散角減小；

激光器本體位于有源層的上方依次外延有 P型InP 上限制層、接觸層，模斑轉換器區域位于模場擴展層上方依次外延有 P型InP 上限制層、接觸層。

2.如權利要求1所述的小發散角半導體激光器，其特征在于：所述半導體激光器本體包括襯底以及從下至上依次制作在襯底上的緩沖層、N 型AlInAs下限制層、下波導層、多量子阱層、上波導層、P 型AlInAs 上限制層、P型InP上限制層、接觸層，所述模斑轉換器包括襯底以及從下至上依次制作在襯底上的緩沖層、N 型AlInAs下限制層、下波導層、多量子阱層、上波導層、P 型AlInAs 上限制層、第一P型InP上限制層、模場擴展層、第二P型InP上限制層、接觸層；模斑轉換器的第一P型InP上限制層、模場擴展層、第二P型InP上限制層的總厚度與半導體激光器本體的P型InP上限制層總厚度相同。

3.如權利要求1或2所述的小發散角半導體激光器，其特征在于：半導體激光器本體長度100-500um，模斑轉換器長度10-50um。

4.如權利要求1或2所述的小發散角半導體激光器，其特征在于：模場擴展層采用P型InGaAsP材料；模場擴展層的厚度為0.01-0.5um；模場擴展層以下P型InP限制層的厚度為0.1-2um之間；襯底采用N型InP材料；緩沖層采用N 型InP材料，下波導層采用Al_xGa_yIn_1-x-yAs 材料,多量子阱層采用 AlGaInAs/ AlGaInAs材料，上波導層采用Al_xGa_yIn_1-x-yAs材料。

5.如權利要求1所述的小發散角半導體激光器，其特征在于：模場擴展層刻蝕形貌為矩形或者梯形或者矩形與梯形的拼湊圖形，梯形的下底靠外，梯形的上底靠內；矩形與梯形的拼湊圖形中，矩形位于梯形的上底或/和下底。

6.如權利要求5所述的小發散角半導體激光器，其特征在于：在制作脊波導時，整條脊波導為長條型。

7.如權利要求5所述的小發散角半導體激光器，其特征在于：在制作脊波導時，脊波導在激光器本體區域為長條型，在模斑轉換器區域為梯形或者矩形與梯形的拼湊形狀，當模場擴展層刻蝕形貌為梯形或者矩形與梯形的拼湊圖形時，脊波導將模場擴展層包含在里面。

8.一種小發散角半導體激光器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

第一次外延生長，包括：先在襯底上依次生長緩沖層、N 型AlInAs下限制層、下波導層、多量子阱層、上波導層、P 型AlInAs 上限制層、部分P型InP上限制層、P型InGaAsP 模式擴展層、P型InP模式擴展層覆蓋層，形成第一外延結構；

通過光刻工藝將第一外延結構上的激光器本體區域的模場擴展層去除，僅僅保留出光端一側或兩側的模斑轉換器區域的模場擴展層；

第二次外延生長，包括：在經過光刻工藝后的第一外延結構上繼續生長剩余的P型InP上限制層、接觸層，形成第二外延結構；

在第二外延結構上制作脊波導激光器。

9.如權利要求8所述的小發散角半導體激光器的制備方法，其特征在于：經過光刻工藝后，模場擴展層刻蝕形貌為矩形或者梯形或者矩形與梯形的拼湊圖形，梯形的下底靠外，梯形的上底靠內；矩形與梯形的拼湊圖形中，矩形位于梯形的上底或/和下底。

10.如權利要求8或9所述的小發散角半導體激光器的制備方法，其特征在于：制作脊波導激光器的脊波導時，整條脊波導為長條型或者脊波導在激光器本體區域為長條型，在模斑轉換器區域為梯形或者矩形與梯形的拼湊形狀；當模場擴展層刻蝕形貌為梯形或者矩形與梯形的拼湊圖形時，脊波導將模場擴展層包含在里面。