[發明專利]半導體激光器及其制作方法

有效

• 申請號: 202210315573.8
• 申請日: 2022-03-29
• 公開（公告）號: CN114421280B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 李鴻建;龍浩;郭娟
• 申請（專利權）人: 武漢云嶺光電有限公司
• 主分類號: H01S5/12
• 分類號: H01S5/12;H01S5/125;H01S5/10
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 徐俊偉

本發明涉及一種半導體激光器，包括襯底，襯底上依次外延生長有緩沖層、有源層以及InP層，還包括光柵層，光柵層的制作具體為于InP層向有源層的方向刻蝕形成光柵，并在經過刻蝕后的InP層上進行光柵掩埋得到光柵層；在進行光柵掩埋前通入惰性氣體；光柵層中的高折射率材料和進行光柵掩埋的材料相同，惰性氣體作為光柵層中的低折射率材料。還提供一種制作方法。本發明的光柵層設計中以惰性氣體作為低折射率材料，使得光柵層材料折射率差為傳統設計的10倍及其以上，極大地提高光柵耦合系數，進而提高激光器的耦合效率和功率效率。光柵層設計材料相同，相較于傳統的InGaAsP/InP兩種材料，相同的材料設計，易于外延生長，有助于提高界面處光柵層外延生長質量。

技術領域

本發明涉及光通信技術領域，具體為一種半導體激光器及其制作方法。

背景技術

半導體激光器具有體積小，重量輕，成本低，易于規模生產的優點，在光存儲，光通信，國防等領域有廣闊的發展前景。隨著半導體激光器的應用越來越廣泛，對半導體激光器性能要求也越來越高，并且已經成為限制半導體激光器性能的重要因素。

傳統的半導體激光器，光柵層由兩種材料組成，影響光柵耦合效率的耦合系數K=A0ΓΔn，其中光柵層的高折射率材料的折射率為n1，低折射率材料的折射率為n2，有效折射率差Δn=︱n1- n2︱，A0 為常量系數，Γ為光場限制因子。在特定的激光器設計中，耦合系數與有效折射率差強相關，隨著有效折射率差變大，耦合系數變大，光柵層對光的反饋和耦合變大，激光器的輸出損耗變小，閾值電流變小，進而導致激光器的功率效率變大。

常見的半導體激光器光柵層由InGaAsP和 InP組成InGaAsP的折射率在3.4左右，InP的折射率為3.2，有效折射率差Δn=0.2左右。在特定的激光器結構中，為了增大半導體激光器的耦合系數，通常會增大光場限制因子。這種方法，需要大量的外延實驗，例如改變外延結構，摻雜濃度等。現有技術中有通過引入多層In組分漸增的InGaN應力調控波導層，增加GaN激光器的光場限制因子來提高激光器的性能。還有改變上下波導層限制層的摻雜濃度，來增大光場限制因子，降低激光器的閾值電流和能耗。然而以上增加光場限制因子來增加激光器耦合系數，降低激光器損耗的方法，結構復雜，不利于產業化量產。

發明內容

本發明的目的在于提供一種半導體激光器及其制作方法，至少可以解決現有技術中的部分缺陷。

為實現上述目的，本發明實施例提供如下技術方案：一種半導體激光器，包括襯底，所述襯底上依次外延生長有緩沖層、有源層以及InP層，還包括光柵層，所述光柵層的制作具體為于所述InP層向所述有源層的方向刻蝕形成光柵，并在經過刻蝕后的InP層上進行光柵掩埋得到所述光柵層；在進行光柵掩埋前通入惰性氣體；所述光柵層中的高折射率材料和進行光柵掩埋的材料相同，所述惰性氣體作為所述光柵層中的低折射率材料。

進一步，所述光柵層中的高折射率材料和進行光柵掩埋的材料均為InP材料、InGaAsP材料中的一種或多種。

進一步，所述惰性氣體形成的氣體介質的形狀為梯形或三角形。

進一步，當所述光柵層的材料為非氧化性材料時，除了采用惰性氣體作為所述光柵層中的低折射率材料外，還可以將所述惰性氣體替換為空氣。

進一步，所述惰性氣體包括氦氣、氫氣或氮氣。

進一步，所述半導體激光器為分布式反饋激光器、分布布拉格反射激光器或采用SiO₂或SiN_x為光柵層的硅基半導體材料的激光器。

進一步，所述光柵層的深寬比在2~10000之間，占空比在10%~90%之間，光柵層的厚度在5~100nm之間，進行光柵掩埋的材料的厚度在10~3000nm之間。

本發明實施例提供另一種技術方案：一種半導體激光器的制作方法，包括如下步驟：