[发明专利]半导体激光器及其制作方法

说明书

本发明涉及一种半导体激光器，包括衬底，衬底上依次外延生长有缓冲层、有源层以及InP层，还包括光栅层，光栅层的制作具体为于InP层向有源层的方向刻蚀形成光栅，并在经过刻蚀后的InP层上进行光栅掩埋得到光栅层；在进行光栅掩埋前通入惰性气体；光栅层中的高折射率材料和进行光栅掩埋的材料相同，惰性气体作为光栅层中的低折射率材料。还提供一种制作方法。本发明的光栅层设计中以惰性气体作为低折射率材料，使得光栅层材料折射率差为传统设计的10倍及其以上，极大地提高光栅耦合系数，进而提高激光器的耦合效率和功率效率。光栅层设计材料相同，相较于传统的InGaAsP/InP两种材料，相同的材料设计，易于外延生长，有助于提高界面处光栅层外延生长质量。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体为一种半导体激光器及其制作方法。

背景技术

半导体激光器具有体积小，重量轻，成本低，易于规模生产的优点，在光存储，光通信，国防等领域有广阔的发展前景。随着半导体激光器的应用越来越广泛，对半导体激光器性能要求也越来越高，并且已经成为限制半导体激光器性能的重要因素。

传统的半导体激光器，光栅层由两种材料组成，影响光栅耦合效率的耦合系数K=A0ΓΔn，其中光栅层的高折射率材料的折射率为n1，低折射率材料的折射率为n2，有效折射率差Δn=︱n1- n2︱，A0 为常量系数，Γ为光场限制因子。在特定的激光器设计中，耦合系数与有效折射率差强相关，随着有效折射率差变大，耦合系数变大，光栅层对光的反馈和耦合变大，激光器的输出损耗变小，阈值电流变小，进而导致激光器的功率效率变大。

常见的半导体激光器光栅层由InGaAsP和 InP组成InGaAsP的折射率在3.4左右，InP的折射率为3.2，有效折射率差Δn=0.2左右。在特定的激光器结构中，为了增大半导体激光器的耦合系数，通常会增大光场限制因子。这种方法，需要大量的外延实验，例如改变外延结构，掺杂浓度等。现有技术中有通过引入多层In组分渐增的InGaN应力调控波导层，增加GaN激光器的光场限制因子来提高激光器的性能。还有改变上下波导层限制层的掺杂浓度，来增大光场限制因子，降低激光器的阈值电流和能耗。然而以上增加光场限制因子来增加激光器耦合系数，降低激光器损耗的方法，结构复杂，不利于产业化量产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体激光器及其制作方法，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种半导体激光器，包括衬底，所述衬底上依次外延生长有缓冲层、有源层以及InP层，还包括光栅层，所述光栅层的制作具体为于所述InP层向所述有源层的方向刻蚀形成光栅，并在经过刻蚀后的InP层上进行光栅掩埋得到所述光栅层；在进行光栅掩埋前通入惰性气体；所述光栅层中的高折射率材料和进行光栅掩埋的材料相同，所述惰性气体作为所述光栅层中的低折射率材料。

进一步，所述光栅层中的高折射率材料和进行光栅掩埋的材料均为InP材料、InGaAsP材料中的一种或多种。

进一步，所述惰性气体形成的气体介质的形状为梯形或三角形。

进一步，当所述光栅层的材料为非氧化性材料时，除了采用惰性气体作为所述光栅层中的低折射率材料外，还可以将所述惰性气体替换为空气。

进一步，所述惰性气体包括氦气、氢气或氮气。

进一步，所述半导体激光器为分布式反馈激光器、分布布拉格反射激光器或采用SiO₂或SiN_x为光栅层的硅基半导体材料的激光器。

进一步，所述光栅层的深宽比在2~10000之间，占空比在10%~90%之间，光栅层的厚度在5~100nm之间，进行光栅掩埋的材料的厚度在10~3000nm之间。

本发明实施例提供另一种技术方案：一种半导体激光器的制作方法，包括如下步骤：