[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

本發明涉及一種小發散角半導體激光器及其制備方法，該小發散角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，在模斑轉換器區域設置有模場擴展層，該模場擴展層設置在有源層的上方，激光器本體和模斑轉換器具有相同的有源層，模場擴展層僅設置在模斑轉換器區域，模場擴展層將激光器模式擴大，從而降低發散角。該小發散角半導體激光器僅僅在模斑轉換器區域設置有模場擴展層，同時該模場擴展層設置在有源層上方，不對有源層進行刻蝕，對激光器的性能影響很小的條件下獲得小發散角。

技術領域

本發明屬于半導體激光器技術領域，具體涉及一種小發散角半導體激光器及其制備方法。

背景技術

模斑變換器可以將半導體激光器的輸出模式擴大，降低發散角，提高與光纖的耦合效率。常見的制作方法包括：

1、對接耦合生長，先生長激光器材料，然后將模斑轉換器區域的激光器材料去除，在去除部分選擇外延生產模斑轉換器區域需要的材料，這種方法制作的模斑轉換器發散角小，效果好，但是需要多次外延，外延工藝復雜，同時該方法對有源層進行了刻蝕，可能對可靠性有影響；

2、雙波導層設計，分為上層有源區波導和下層無源波導，在模斑轉換區域激光器有源區的條寬逐漸縮小，上層有源區的波導模式逐步轉換到下層的無源區波導，這種設計一般只需要一次外延，但是下波導層的加入會劣化激光器性能；

3、選擇外延生長，典型的掩膜材料為SiO2，掩膜的形狀一般為兩條平行的SiO2長條，長條之間相隔一定的間隙，在間隙區（選擇外延生長區）的生長速率高于無掩膜覆蓋的平面區域的生長速率，從而在間隙區和平面區形成不同厚度的外延材料，厚度薄的區域模場得到擴展，從而降低發散角，該方法同樣需要復雜的外延工藝。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之缺陷，提供了一種小發散角半導體激光器及其制備方法，該小發散角半導體激光器僅僅在模斑轉換器區域設置有模場擴展層，模場擴展層將激光器模式擴大，從而降低發散角，同時該模場擴展層設置在有源層上方，不對有源層進行刻蝕，對激光器的性能影響很小的條件下獲得小發散角。

本發明的技術方案是這樣實現的：本發明公開了一種小發散角半導體激光器，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，在模斑轉換器區域設置有模場擴展層，該模場擴展層設置在有源層的上方，激光器本體和模斑轉換器具有相同的有源層，模場擴展層僅設置在模斑轉換器區域。

進一步地，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。

進一步地，半導體激光器本體長度100-500um，模斑轉換器長度10-50um。

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。