[发明专利]一种量子阱边发射半导体激光器的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种用于改善输出光斑的量子阱边发射半导体激光器的制作方法。

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。半导体激光器中很大一部分比例是边发射激光器，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。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纳米。而从侧向的器件结构来讲，脊形光波导结构激光器的脊形台面一般为几个微米，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(横向)发散角比较大，一般为三、四十度，平行于脊形台面的平行(侧向)发散角比较小，为十度左右。

而通常在实际应用中对输出光斑有一定的要求，比如光存储和光纤通信领域，希望光斑越圆越小越好，也就是希望垂直发散角和平行发散角越接近并且越小越好，这有利于提高光存储中数据的读取速度，也有利于在光纤通信中提高激光器与光纤的耦合效率。

由于脊形台面的宽度远远大于横向外延方向的尺寸，因此两者之间的光场耦合可忽略，近似认为激光器的垂直发散角主要取决于材料的外延生长。而激光器的平行发散角则与脊形台面的宽度紧密相关。因此当外延片结构已确定的情况下，改善激光器光斑的方法之一是采用窄条脊波导，尤其是在基横模大功率半导体激光器的制备中，减小脊形台面宽度能增大半导体激光器的平行发散角。但减小脊形台面宽度会使激光器的有源区变小，从而影响了激光器输出功率的提高。

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用于改善输出光斑的量子阱边发射半导体激光器的制作方法，在保证脊形光波导激光器原有输出功率、电光转换效率基本不受影响的同时，增大平行发散角，改善激光器的输出光斑。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种用于改善输出光斑的量子阱边发射半导体激光器的制作方法，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、在外延片上通过两次光刻出双沟脊波导，制备脊形台面作为出光面；

D、在脊形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。

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、重掺杂的镓铟磷腐蚀停止层9、P型铝镓铟磷上限制层8、P型镓铟磷带间层10和重掺杂的P型镓砷欧姆接触层11。

上述方案中，所述N型铝镓铟磷下限制层4、铝镓铟磷下光波导层5、铝镓铟磷上光波导层7和P型铝镓铟磷上限制层8的材料均采用铝镓铟磷，且N型铝镓铟磷下限制层4和P型铝镓铟磷上限制层8中的铝组分高于铝镓铟磷下光波导层5和铝镓铟磷上光波导层7中的铝组分，用于形成分别限制异质结构；

所述有源区6由镓铟磷量子阱和铝镓铟磷量子垒组成，为镓铟磷和铝镓铟磷材料系形成的压应变量子阱，有源区6与光波导层和上下限制层共同形成分别限制异质结构。