CN107302184B - 一种半导体激光器以及制作方法以及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体激光器以及制作方法以及设备，该半导体激光器包括：衬底；设置在衬底一侧的N面波导层；设置在衬底一侧且背离N面波导层的N面电极；设置在N面波导层一侧且背离衬底的发光区；设置在发光区一侧且背离N面波导层的P面波导层；设置在P面波导层一侧且背离发光区的P面盖层；设置在P面盖层一侧且背离P面波导层的P面电极；设置在P面盖层上且内嵌至P面电极中的电流阻挡层；其中，电流阻挡层将P面电极划分为多个电流注入区域，且电流注入区域的大小由P面电极的中间至两端逐步减小。该半导体激光器具备高输出功率以及高光束质量的特点。
Description
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，更具体地说，尤其涉及一种半导体激光器以及制作方法以及设备。
背景技术
半导体激光器(Laser Diode，简称：LD)具备极小的芯片尺寸、很高的电光转换效率以及输出功率，在固体激光泵浦、激光加工、激光医疗以及激光雷达等领域应用极其广泛。
对于固体激光泵浦以及激光加工等领域需要半导体激光器模块具备上千瓦甚至万瓦级功率的要求，因此需要对多个半导体激光器单元进行光束合束后耦合至光纤中形成一束激光，进而也就需要半导体激光器单元具有高的光束质量以提高耦合效率，并且为了减小半导体激光器成本需保证每个半导体激光器单元具有高的输出功率。对于激光雷达等领域同样需要半导体激光器具有高的输出功率和均匀的输出光斑，而良好的光束质量是实现均匀光斑的前提。
现有技术中半导体激光器的发光区结构为数十μm乃至数百μm宽的条型结构，进而导致半导体激光器宽度方向上将会存在激光的基模与高阶模式的共同激射。当半导体激光器的基模具有高斯状的光场分布时，是最为理想的出光模式；当输出激光中出现很高的高阶模式激射时或高阶模式激射高于基模激射时，则会出现出光光斑不均匀的问题，进而使激光光束质量大大降低。
而现有技术中通过降低发光区域的宽度以实现高阶模式的过滤，但是这种技术手段在一定程度上降低了半导体激光器的输出功率。
那么如何提供一种高输出功率以及高光束质量的半导体激光器，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种半导体激光器以及制作方法以及设备，该半导体激光器解决了现有技术中存在的问题，具备高输出功率以及高光束质量的特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种半导体激光器，所述半导体激光器包括：
衬底；
设置在所述衬底一侧的N面波导层；
设置在所述衬底一侧且背离所述N面波导层的N面电极；
设置在所述N面波导层一侧且背离所述衬底的发光区；
设置在所述发光区一侧且背离所述N面波导层的P面波导层；
设置在所述P面波导层一侧且背离所述发光区的P面盖层；
设置在所述P面盖层一侧且背离所述P面波导层的P面电极；
设置在所述P面盖层上且内嵌至所述P面电极中的电流阻挡层；
其中，所述电流阻挡层将所述P面电极划分为多个电流注入区域，且所述电流注入区域的大小由所述P面电极的中间至两端逐步减小。
优选的，在上述半导体激光器中，所述P面电极与所述P面盖层之间电连接。
优选的，在上述半导体激光器中，所述N面电极与所述衬底之间电连接。
优选的，在上述半导体激光器中，所述电流阻挡层的材料为绝缘材料。
本发明还提供了一种半导体激光器的制作方法，用于制作上述任一项所述的半导体激光器，所述制作方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底一侧形成N面波导层；
在所述衬底一侧且背离所述N面波导层上形成N面电极；
在所述N面波导层一侧且背离所述衬底上形成发光区；
在所述发光区一侧且背离所述N面波导层上形成P面波导层；
在所述P面波导层一侧且背离所述发光区上形成P面盖层；
在所述P面盖层一侧且背离所述P面波导层上形成P面电极；
在所述P面盖层上形成电流阻挡层，且所述电流阻挡层内嵌至所述P面电极中；
其中，所述电流阻挡层将所述P面电极划分为多个电流注入区域，且所述电流注入区域的大小由所述P面电极的中间至两端逐步减小。
优选的，在上述制作方法中，所述在所述P面盖层上形成电流阻挡层，且所述电流阻挡层内嵌至所述P面电极中包括：
在所述P面盖层上沉积绝缘材料层；
在所述绝缘材料层上制备有机物光刻胶掩膜层；
通过曝光处理形成预设图案；
对曝光出的绝缘材料层进行刻蚀处理，直至所述P面盖层；
去除剩余的有机物光刻胶掩膜层，形成所述电流阻挡层；
在所述电流阻挡层上蒸镀电极金属，形成所述P面电极，以使所述电流阻挡层内嵌至所述P面电极中。
本发明还提供了一种设备，所述设备包括：上述任一项所述的半导体激光器。
通过上述描述可知，本发明提供的一种半导体激光器通过新型的分区注入电流的电极结构，也就是说，通过电流阻挡层将P面电极划分为多个电流注入区域，并将电流注入区域的大小由中间至两端逐步减小，实现了注入电流在条宽方向上的类高斯形状分布；而这种分布形式与基模的分布形式极其吻合，且类高斯分布与高阶模式的分布存在很大的差异，进而实现了在保证基模分布具有高斯状的光场分布的前提下，有效抑制高阶模式所能够获取的光增益，最终使得基模光与高阶模式的光在模式竞争作用下胜出，实现半导体激光器的基模光输出，从根本上解决了高阶模式激射的源头，有效提升输出激光的光束质量。
相比较现有技术而言，本发明提供的半导体激光器并未缩减半导体激光器发光区的尺寸，进而保证半导体激光器的输出功率不受影响，同时达到了高功率以及高光束质量的目标。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种半导体激光器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种半导体激光器的截面结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种半导体激光器注入电流分布以及基模光场强度分布以及高阶模光场强度分布的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种半导体激光器的制作方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种半导体激光器的结构示意图；参考图2，图2为本发明实施例提供的一种半导体激光器的截面结构示意图。
所述半导体激光器包括：
衬底17；
设置在所述衬底17一侧的N面波导层16；
设置在所述衬底17一侧且背离所述N面波导层16的N面电极18；
设置在所述N面波导层16一侧且背离所述衬底17的发光区15；
设置在所述发光区15一侧且背离所述N面波导层16的P面波导层14；
设置在所述P面波导层14一侧且背离所述发光区15的P面盖层13；
设置在所述P面盖层13一侧且背离所述P面波导层14的P面电极11；
设置在所述P面盖层13上且内嵌至所述P面电极11中的电流阻挡层12；
其中，所述电流阻挡层12将所述P面电极11划分为多个电流注入区域，如图1以及图2中1a、1b以及1c所示，且所述电流注入区域的大小由中间至两端逐步减小，也就是说，1a＞1b＞1c。
需要说明的是，图1以及图2中仅仅以举例的形式说明所述电流注入区域，对其区域的数量并不作限定。
具体的，所述P面电极11与所述P面盖层13之间电连接；所述N面电极18与所述衬底17之间电连接。
其中，所述电流阻挡层12的材料为绝缘材料，以使所述P面电极11划分为多个电流注入区域，并且每个电流注入区域的宽度均有所不同，如上述所述，电流注入区域的大小由P面电极11的中间至两端逐步减小，通过控制各个电流注入区的宽度差异实现对半导体激光器内部的电流分布调控。
参考图3，图3为本发明实施例提供的一种半导体激光器注入电流分布以及基模光场强度分布以及高阶模光场强度分布的示意图。
如图3所示，本发明提供的一种半导体激光器通过新型的分区注入电流的电极结构，也就是说，通过电流阻挡层将P面电极划分为多个电流注入区域，并将电流注入区域的大小由中间至两端逐步减小，实现了注入电流在条宽方向上的类高斯形状分布；如图3中基模光场强度分布曲线以及高阶模光场强度分布曲线所示，基模的分布形状极其吻合高斯形状分布，且高阶模式的分布与高斯形状分布存在很大的差异；并且基模光场强度的峰值均大于高阶模光场强度的峰值，进而实现了在保证基模分布具有高斯状的光场分布的前提下，有效抑制高阶模式所能够获取的光增益，最终使得基模光与高阶模式的光在模式竞争作用下胜出，实现半导体激光器的基模光输出，从根本上解决了高阶模式激射的源头，有效提升输出激光的光束质量。
相比较现有技术而言，本发明并未缩减半导体激光器发光区的尺寸，进而保证半导体激光器的输出功率不受影响，同时达到了高功率以及高光束质量的目标。
需要说明的是，本发明提供的新型的分区注入电流的电极结构不仅限制于传统的条形半导体激光器结构，也适用于锥形、脊形半导体激光器以及光放大器结构，用于实现通过电流分布控制输出光束的质量。
其中，本发明提供的半导体激光器材料结构可以为(Al)GaAs材料，也可以为InP、GaSb、GaN或ZnO等半导体材料或有机材料，在本发明中并不作限定。
并且，本发明提供的半导体激光器的发光区15的结构可以为常规的量子阱结构，也可以为量子点、量子线或量子环等带有增益功能的材料结构，主要为振荡的激光提供光学增益。
参考图4，图4为本发明实施例提供的一种半导体激光器的制作方法的流程示意图；用于制作上述所述的半导体激光器。
所述制作方法包括：
S101：提供一衬底；
S102：在所述衬底一侧形成N面波导层；
S103：在所述衬底一侧且背离所述N面波导层上形成N面电极；
S104：在所述N面波导层一侧且背离所述衬底上形成发光区；
S105：在所述发光区一侧且背离所述N面波导层上形成P面波导层；
S106：在所述P面波导层一侧且背离所述发光区上形成P面盖层；
S107：在所述P面盖层一侧且背离所述P面波导层上形成P面电极；
S108：在所述P面盖层上形成电流阻挡层，且所述电流阻挡层内嵌至所述P面电极中；
其中，所述电流阻挡层将所述P面电极划分为多个电流注入区域，且所述电流注入区域的大小由所述P面电极的中间至两端逐步减小。
具体的，步骤S108：在所述P面盖层上形成电流阻挡层，且所述电流阻挡层内嵌至所述P面电极中的具体步骤为：
在所述P面盖层上沉积绝缘材料层；
在所述绝缘材料层上制备有机物光刻胶掩膜层；
通过曝光处理形成预设图案；
对曝光出的绝缘材料层进行刻蚀处理，直至所述P面盖层；
去除剩余的有机物光刻胶掩膜层，形成所述电流阻挡层；
在所述电流阻挡层上蒸镀电极金属，形成所述P面电极，以使所述电流阻挡层内嵌至所述P面电极中。
需要说明的是，该制作方法的步骤流程仅仅是以举例的形式进行说明，并不对工艺步骤的先后顺序进行限定，可根据具体情况而定。
本发明还提供了一种设备，该设备包括上述所述的半导体激光器。
通过上述描述可知，相比较现有技术而言，本发明提供的半导体激光器并未缩减半导体激光器发光区的尺寸，进而保证半导体激光器的输出功率不受影响，而是通过新型的分区注入电流的电极结构，也就是说，通过电流阻挡层将P面电极划分为多个电流注入区域，并将电流注入区域的大小由中间至两端逐步减小，实现了注入电流在条宽方向上的类高斯形状分布；而这种分布形式与基模的分布形式极其吻合，且类高斯分布与高阶模式的分布存在很大的差异，进而实现了在保证基模分布具有高斯状的光场分布的前提下，有效抑制高阶模式所能够获取的光增益，最终使得基模光与高阶模式的光在模式竞争作用下胜出，实现半导体激光器的基模光输出，从根本上解决了高阶模式激射的源头，有效提升输出激光的光束质量。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器包括：
衬底；
设置在所述衬底一侧的N面波导层；
设置在所述衬底一侧且背离所述N面波导层的N面电极；
设置在所述N面波导层一侧且背离所述衬底的发光区；
设置在所述发光区一侧且背离所述N面波导层的P面波导层；
设置在所述P面波导层一侧且背离所述发光区的P面盖层；
设置在所述P面盖层一侧且背离所述P面波导层的P面电极；
设置在所述P面盖层上且内嵌至所述P面电极中的电流阻挡层；
其中，所述电流阻挡层将所述P面电极划分为多个电流注入区域，且所述电流注入区域的大小由所述P面电极的中间至两端逐步减小。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述P面电极与所述P面盖层之间电连接。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述N面电极与所述衬底之间电连接。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述电流阻挡层的材料为绝缘材料。
5.一种半导体激光器的制作方法，其特征在于，用于制作上述如权利要求1-4任一项所述的半导体激光器，所述制作方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底一侧形成N面波导层；
在所述衬底一侧且背离所述N面波导层上形成N面电极；
在所述N面波导层一侧且背离所述衬底上形成发光区；
在所述发光区一侧且背离所述N面波导层上形成P面波导层；
在所述P面波导层一侧且背离所述发光区上形成P面盖层；
在所述P面盖层一侧且背离所述P面波导层上形成P面电极；
在所述P面盖层上形成电流阻挡层，且所述电流阻挡层内嵌至所述P面电极中；
其中，所述电流阻挡层将所述P面电极划分为多个电流注入区域，且所述电流注入区域的大小由所述P面电极的中间至两端逐步减小。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述在所述P面盖层上形成电流阻挡层，且所述电流阻挡层内嵌至所述P面电极中包括：
在所述P面盖层上沉积绝缘材料层；
在所述绝缘材料层上制备有机物光刻胶掩膜层；
通过曝光处理形成预设图案；
对曝光出的绝缘材料层进行刻蚀处理，直至所述P面盖层；
去除剩余的有机物光刻胶掩膜层，形成所述电流阻挡层；
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