[发明专利]一种实现基侧模激射的半导体激光器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种实现基侧模激射的半导体激光器及其制备方法，该半导体激光器包括包括自下到上依次设置的N面电极、衬底、缓冲层、N型限制层、N型波导层、有源区、P型波导层和P型限制层，P型限制层包括本体层和由本体层中间条形区域凸出形成的脊条，脊条上依次设置有接触层和P面电极；P型限制层中脊条的两侧设置有纵向折射率型布拉格光栅，纵向折射率型布拉格光栅为高低间隔分布的周期性结构光栅。本发明通过在半导体激光器侧向采用布拉格光栅来限制光场模式，可实现基模与高阶模之间较大的泄露损耗，高阶模无法形成有效震荡，可在大条宽、大电流下实现基侧模激射，在10μm条宽、2A电流下实现基侧模激射。

技术领域

本发明涉及一种实现基侧模激射的半导体激光器及其制备方法，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

高功率半导体激光器在泵浦、光通信、医疗等领域有着越来越广泛的应用，随着应用领域的拓宽和细分，对半导体激光器性能要求也越来越高，其中作为泵浦和通信用半导体激光器，由于需要将出射光耦合进光纤中，因此要求其具有良好的单模特性和低的远场发散角，其中，单模特性包括基横模(垂直基横模)和基侧模(水平基横模)两类，目前对基横模工作研究较为广泛，对于基侧模的控制以及研究较少。

为实现基侧模工作，半导体激光器常采用增益导引结构和折射率导引结构，增益导引结构利用载流子与折射率的关系，载流子浓度越高，其对应区域的折射率越高，因此在条形注入区中，电子空穴对复合发出的光被限制在条形区域内，对模场的侧向约束是依靠发光区的增益导引机制来实现的；折射率导引结构是在有源区发光处的侧向改变材料结构，是条形区两侧的折射率小于条形区内的折射率，最终达到限制光场的作用。上述两种方法的根本都是采用光的全反射原理进行导波。采用全反射原理需要将脊型条做的很窄，一般小于3个微米，这就导致功率无法做到很大，为提升功率，一般采用减小条形区域与两侧区域折射率差来增大激光器的条宽进而增大基模的光模式体积，但通过减小折射率差容易导致空间烧孔效应以及光束成丝等问题，使得光束质量恶化，同时光纤耦合效率也受到限制。因此采用传统的减小折射率差并增大条宽来扩展侧向光模式体积的方法与折射率导引单模工作条件相矛盾，避免多模激射与获得大模式体积的冲突仍然存在，因此需要从根本上解决这个问题。

中国专利CN102324696B公开了低横向发散角布拉格反射波导边发射半导体激光器，该方法主要将传统的波导层改变为高、低折射率周期分布的布拉格反射波导，通过布拉格光栅效应将基模与高阶模之间的增益损耗差增大，使得这种激光器可实现大模式体积以及稳定的单模工作状态，同时还可降低远场快轴发散角，但该专利只是对横向模式进行了控制，对侧向模式没有作用，无法保证器件在侧向上为基模状态。同时无对侧向上的电流扩展和发散角进行控制。

中国专利CN110021877A公开了一种脊型波导半导体激光器及其制备方法，该方法在刻蚀处脊型条后对脊型条两侧进行离子注入，载流子只能在离子注入区以外的地方通过，可有效抑制电流扩展，但专利中只是说利用了基模与高阶模增益的差别抑制高阶模激射，是激光器在较大的条宽下维持基模工作，但专利中没有具体说明如何利用基模与高阶模的增益差别，并且根据半导体激光器原理，仅仅只是利用基模与高阶模增益差别的话，在大电流注入下，高阶模仍然会激射。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种实现基侧模激射的半导体激光器及其制备方法。

本发明的技术方案为：

一种实现基侧模激射的半导体激光器，包括自下到上依次设置的N面电极、衬底、缓冲层、N型限制层、N型波导层、有源区、P型波导层和P型限制层，

所述P型限制层包括本体层和由本体层中间条形区域凸出形成的脊条，所述脊条上依次设置有接触层和P面电极；

所述P型限制层中脊条的两侧设置有纵向折射率型布拉格光栅，且纵向折射率型布拉格光栅与脊条平行，纵向折射率型布拉格光栅为高低间隔分布的周期性结构光栅。