[發(fā)明專利]邊發(fā)射大功率激光器及其制造方法

在審

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• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112290384A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 柯毛龍;李春勇;舒凱;仇伯倉;徐化勇;馮歐
• 申請（專利權(quán)）人: 江西銘德半導體科技有限公司
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343;H01S5/34
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 彭琰

一種邊發(fā)射大功率激光器及其制造方法，該邊發(fā)射大功率激光器，包括：依次層疊設置的N型襯底、N型緩沖層、N型覆蓋層、下波導層、有源層、上波導層、P型覆蓋層和P型歐姆接觸層，所述下波導層和所述有源層為無摻雜；所述有源層整體呈現(xiàn)張應力，且所述張應力的值在閾值范圍內(nèi)；所述P型覆蓋層和所述P型歐姆接觸層通過蝕刻形成脊形的脊波導。本發(fā)明中的邊發(fā)射大功率激光器采用張應力的有源層，從而端面會自然形成一個無吸收的窗口，可以較好地降低端面吸收而造成的發(fā)熱，從而提高激光器端面損壞的閾值，提高激光器的輸出功率和可靠性。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體激光技術領域，特別是涉及一種邊發(fā)射大功率激光器及其制造方法。

背景技術

半導體大功率激光器在工業(yè)制造，激光雷達，傳感，通訊，航空航天等領域有著廣泛的應用。由于邊發(fā)射激光器腔長易延申的優(yōu)勢，比較適合大功率激光器的制造，目前半導體大功率激光器一般都采用邊發(fā)射結(jié)構(gòu)，即出光面為波導的端面，平行于外延層方向。

邊發(fā)射激光器的腔面一般為半導體晶體的解理面，由于晶體的解理面非常平整光滑，是很好的反光面，所以芯片的兩個平行解理端面自然形成邊發(fā)射激光器的諧振腔腔面。不過在實際運行過程中，兩個平行解理面還會進行等離子體清洗和光學鍍膜處理，一方面是為了保護端面不被污染，另外也為了通過改變腔面的反射率來優(yōu)化諧振腔性能和提高激光器發(fā)射功率。然而，隨著激光器功率的進一步提高，盡管有了端面鍍膜層的保護，激光器腔面燒毀（Catastrophic Optical Mirror Damage, COMD)仍然是個難題，制約了半導體大功率激光器的可靠性，也限制了激光器功率進一步提高。所以絕大部分大功率激光器的研發(fā)都集中在如何提高腔面燒毀（COMD）的閾值上。

影響腔面燒毀（COMD）閾值的主要愿因有二：一是腔面因吸收光而產(chǎn)生熱量；二是腔面附近因有載流子注入而發(fā)光，發(fā)熱。這兩種熱源使腔面附近的溫度急劇升高，當激光器的功率增加到一定值時，腔面會因為過熱而被燒毀。而且，實驗發(fā)現(xiàn)，決定COMD閾值的不是輸出功率本身，而是功率密度（單位面積上的光功率），即功率密度愈大，端面發(fā)熱就愈嚴重，COMD愈容易發(fā)生。單模激光器由于其波導窄，光場分布在很小的橫向面積內(nèi)，因此其功率密度隨輸出功率增加非?？臁５侥壳盀橹?，無論是單模激光器還是多模激光器，COMD仍然是困擾所有大功率激光器芯片制造廠商的難題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述狀況，有必要提供一種邊發(fā)射大功率激光器及其制造方法，以解決邊發(fā)射大功率激光器的激光器腔面易燒毀的問題。

一種邊發(fā)射大功率激光器，包括：

N型襯底；

N型緩沖層，設于所述N型襯底上；

N型覆蓋層，設于所述N型緩沖層上；

下波導層，設于所述N型覆蓋層上，所述下波導層為無摻雜；

無摻雜的有源層，設于所述下波導層上，所述有源層包括交替設置的勢阱層和勢壘層，且所述有源層的兩端均為勢壘層，所述有源層整體呈現(xiàn)張應力，所述張應力的值在閾值范圍內(nèi)；

上波導層，設于所述有源層上，所述上波導層無摻雜；

P型覆蓋層，設于所述上波導層上；

P型歐姆接觸層，設于所述P型覆蓋層上；

所述P型覆蓋層和所述P型歐姆接觸層通過蝕刻形成脊形的脊波導。

進一步的，上述邊發(fā)射大功率激光器，其中，所述N型襯底采用GaAs或InP材料，所述勢阱層采用InGaAs，所述勢壘層采用張應力材料，且所述勢壘層的張應力的值大于所述勢阱層的壓應力的值，以使所述有源層整體呈現(xiàn)張應力。

進一步的，上述邊發(fā)射大功率激光器，其中，所述閾值范圍為0.6~ 3GPa。