[发明专利]红光铝镓铟磷半导体激光器光纤耦合模块的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种红光大功率半导体激光器光纤耦合模块的制备方法。

背景技术

半导体激光器由于其体积小、寿命长、电光转化效率高等优点广泛应用于光存储、光显示、光通信等领域。其中激射波长在630nm到690nm的红光半导体激光器所用材料为铝镓铟磷系，在光存储、医疗、激光显示等领域有着广泛的应用前景，具体的应用领域主要取决于激光器的输出功率、光束发散角、器件可靠性等参数。

例如输出功率小于200mW、基横模的铝镓铟磷半导体激光器主要用于光存储领域，如只读式的DVD和可擦写的DVD-RAM等，其读写速度主要取决于核心器件-半导体激光器的输出功率；而更高输出功率的铝镓铟磷半导体激光器可用于激光显示、医疗及生物中的激光遗传育种等领域。

目前技术比较成熟的红光半导体激光器均采用边发射激光器，它是直接利用半导体材料的自然解理面来做谐振腔面，工艺简单、晶面完美。尽管其电光转换效率高、体积小、寿命长，但边发射激光器所固有的一些缺陷，如光束发散角大、光束质量差等问题的存在，给实际应用带来了很大困难。

众所周知，边发射量子阱半导体激光器的输出光斑是椭圆形的不对称光斑。造成边发射激光器光斑不对称的主要原因是有源区材料的不对称，尤其是目前广泛应用的量子阱半导体激光器，量子阱激光器是由注入有源区的过剩载流子(电子或空穴)在达到粒子数反转时发生受激辐射复合而形成的激光。

从材料组份来讲，量子阱是由一种窄带隙材料夹在上下两层宽带隙材料组成的，中间的窄带隙材料通常是一个超薄层，可由金属有机化合物气相沉淀法(MOCVD)或分子束外延技术(MBE)生长而成，沿生长方向也就是横向，有源层的厚度只有几个或几十个纳米。而从侧向的器件结构来讲，小功率激光器的脊形光波导台面一般为几个微米，大功率激光器的台面可到数百微米，这种外延方向与脊形台面方向材料种类和尺寸的不对称导致了激光器端面输出光斑的不对称，通常垂直于脊形台面的垂直发散角比较大，一般为三、四十度，平行于脊形台面的平行发散角比较小，为十度左右。

为了改善边发射激光器的光束质量以满足实际应用，通常是采用某种微光学系统先对大发散角的半导体激光光束进行准直、整形、变换，然后再将发散角已减小的激光光束耦合到光纤中。由于光纤为圆对称的，因此这种方法可以从根本上改善半导体激光器的输出光斑，同时又可以利用光纤柔软可弯曲的特点，因此半导体激光器光纤模块有着更广泛的实际应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种红光铝镓铟磷半导体激光器光纤耦合模块的制备方法，以制备出高功率的铝镓铟磷半导体激光器光纤耦合模块。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种红光铝镓铟磷半导体激光器光纤耦合模块的制备方法，该方法包括：

A、在N型镓砷衬底上依次制备镓砷缓冲层和镓铟磷缓冲层；

B、在镓铟磷缓冲层上依次制备铝镓铟磷限制层、光波导层和有源层，并形成分别限制异质结构；

C、在外延片上光刻腐蚀出光台面；

D、在出光台面上淀积电绝缘膜；

E、在电绝缘膜上制备P面电极；

F、对N型衬底减薄抛光后制备N面电极；

G、将具有P、N电极的片子解理成条作为激光器的谐振腔面，并在激光器前后腔面蒸镀增透膜和高反膜；

H、将单管芯激光器烧结到铜热沉上；

I、采用柱透镜压缩半导体激光器的垂直发散角；

J、采用自聚焦透镜将半导体激光器的光束进一步压缩聚焦并耦合到多模光纤中。

上述方案中，步骤A中所述N型镓砷衬底为(100)面偏<111>A方向15°的N型偏角镓砷衬底，所述步骤A包括：选用(100)面偏<111>A方向15°的N型偏角镓砷衬底，采用金属有机化合物气相沉淀法在选用的N型镓砷衬底1上外延生长N型镓砷缓冲层2和N型镓铟磷缓冲层3。

上述方案中，所述步骤B包括：在所述镓铟磷缓冲层3上依次外延生长N型铝镓铟磷下限制层4、铝镓铟磷下光波导层5、有源区6、铝镓铟磷上光波导层7、P型铝镓铟磷上限制层8、重掺杂的P型镓铟磷带间层9和重掺杂的P型镓砷欧姆接触层10。