CN109962406B - 半导体激光器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种半导体激光器及其制备方法，所述半导体激光器由下至上依次包括：沟槽型图形化衬底、n型层、有源层和p型层；其中，所述沟槽型图形化衬底上具有多个相互平行的沟槽，所述沟槽的延伸方向与激光器的光子谐振方向平行。本公开半导体激光器及其制备方法，通过长条状沟槽的延伸方向与激光器的光子谐振方向平行，即使光子谐振方向与外延材料中低穿透位错区域平行，在振荡过程中，此区域的非辐射复合较低、增益较大，可以率先实现激射，降低激射阈值，从而有效提高了半导体激光器的光学效率和性能。

Description

半导体激光器及其制备方法

技术领域

本公开涉及激光器技术领域，特别涉及一种低阈值半导体激光器及其制备方法。

背景技术

当大尺寸高质量的单晶同质衬底较难获得或同质衬底的导电、导热等特性无法满足器件要求时，绝大多数半导体材料都是采用异质外延的方式，即外延材料与衬底不是同一种材料。衬底材料与外延材料之间存在晶格失配和热失配，当外延层的厚度超过临界厚度时引起应变弛豫，会导致外延层表面粗糙和穿透位错密度较高。粗糙的表面会增加器件的制造工艺难度；对于半导体光电器件，较高的穿透密度位错会降低器件的性能，甚至导致器件性能的降低、退化和失效。控制表面粗糙度并降低穿透位错密度，可以采用V/III比调制外延、高温退火、缓冲层技术、图形化衬底技术等。

在图形化衬底上进行材料的外延，利用图形倾斜面的镜像力作用能够有效地降低外延材料中的穿透位错密度，实现高质量外延材料的制备。图形化衬底可为单一材料的图形化衬底，如纳米图形蓝宝石衬底(nano-patterned sapphire substrates，NPSS)等；或在平面衬底材料上制备不同材料的图形化薄膜而形成的复合图形化衬底，如在蓝宝石衬底上制备图形化AlN薄膜等。以在蓝宝石上制备图形化AlN薄膜而形成的复合图形化衬底为例，它可以改善外延材料质量的具体原因为：由于晶格失配和热失配，在异质衬底与平面AlN薄膜的界面处会产生高密度的穿透位错，并不断向上延伸到平面AlN薄膜中；在平面AlN薄膜上制作图形形成图形化AlN薄膜后，进行AlN的外延，由于AlN的横向外延作用，有部分穿透位错会随着AlN的横向生长而向空气隙弯曲并终止在空气隙的界面，导致图形上方区域位错湮灭，从而降低了图形上方的穿透位错密度；在接下来n型层、有源层、p型层的器件全结构外延过程中，图形上方的外延层中穿透位错密度降低，从而使外延层的整体材料质量提升。考虑到穿透位错作为非辐射复合中心，对光电器件的性能的影响十分显著。如对于LED，它们将降低器件的内量子效率、影响光提取效率，从而造成LED的光功率较低等；再如对于激光器，它们将增大非辐射复合，造成激光器的寿命缩短、功率密度减小、出光强度降低等。

除了传统的沟槽型(长条状)图形化衬底，董鹏等人在蓝宝石衬底上、陈翔等人在以蓝宝石为衬底的平面AlN薄膜上制作纳米孔阵型图形。这些图形化衬底的目的都是降低外延层中的穿透位错密度，从而使外延层的整体材料质量提升，最终提高器件的光电性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本公开提供了一种半导体激光器及其制备方法。本公开半导体激光器及其制备方法，通过长条状沟槽的延伸方向与激光器的光子谐振方向平行，即使光子谐振方向与外延材料中低穿透位错区域平行，在振荡过程中，此区域的非辐射复合较低、增益较大，可以率先实现激射，降低激射阈值，从而有效提高了半导体激光器的光学效率和性能。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种半导体激光器，由下至上依次包括：沟槽型图形化衬底、n型层、有源层和p型层；其中，所述沟槽型图形化衬底上具有多个相互平行的沟槽，所述沟槽的延伸方向与激光器的光子谐振方向平行。

在本公开的一些实施例中，所述沟槽为长条状沟槽，多个沟槽形成多个相互平行且独立的长条状台面，用于材料外延；所述长条状沟槽的宽度为10纳米～100微米，长条状台面的高度为10纳米～10微米。

在本公开的一些实施例中，所述沟槽型图形化衬底为图形化单一衬底，该单一衬底的材质为蓝宝石、AlN、GaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、Ga₂O₃、Si、Ge、玻璃、或金属；或所述沟槽型图形化衬底为图形化复合衬底，即在单一衬底上形成图形化薄膜，该图形化薄膜的材质为AlN、GaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、InGaP、InGaAlP、InGaAsP、InGaAs、InGaAsSb、Ga₂O₃、Si、或Ge，图形化薄膜的厚度为1～10微米。

在本公开的一些实施例中，所述n型层为n型AlN、GaN、AlGaN、InGaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、InGaP、InGaAIP、InGaAsP、InGaAs、InGaAsSb、Ga₂O₃、Si、Ge掺杂半导体材料；优选的，所述n型层还包括n型缓冲层；所述n型层的厚度为2～15微米。

在本公开的一些实施例中，所述有源层的材质为AlN、GaN、AlGaN、InGaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、InGaP、InGaAlP、InGaAsP、InGaAs、InGaAsSb、Ga₂O₃、Si、或Ge，对应激光器的波长为200纳米～3000微米；所述有源层中包含量子阱层，该量子阱层的厚度是50～200纳米。

在本公开的一些实施例中，所述p型层为p型掺杂半导体材料；优选的，所述p型层还包括p型电子阻挡层；所述p型层的厚度是50～900纳米。

在本公开的一些实施例中，所述沟槽为长条状沟槽；所述衬底、n型层、有源层和p型层构成所述激光器的外延片，通过切割所述外延片形成激光器的谐振腔，该谐振腔的两个相互平行的腔面与长条状沟槽的延伸方向垂直，使光子谐振方向与长条状沟槽的方向平行。

在本公开的一些实施例中，所述沟槽为长条状沟槽；所述的n型层的侧向外延，其内形成有多个空气隙，部分穿透位错随着侧向生长而向长条状沟槽上的所述空气隙弯曲并终止在空气隙的界面。

根据本公开的另一个方面，还提供了一种半导体激光器的制备方法，包括以下步骤：S1，制备沟槽型图形化衬底，所述沟槽型图形化衬底上具有多条相互平行的沟槽；S2，在沟槽型图形化衬底上外延生长激光器全结构材料；S3，利用所述激光器全结构材料制备激光器器件；其中，所述沟槽的延伸方向与激光器的光子谐振方向平行。

在本公开的一些实施例中，所述步骤S1包括以下子步骤：S11，在一平面衬底上制备掩膜材料，S12，采用图形化工艺制备所需沟槽型图形化掩膜，S13，利用图形转移工艺将掩膜图形转移至衬底上，以及S14，清除掩膜；所述步骤S3包括以下子步骤：S31，刻蚀有源层和p型层直至n型层形成脊行条，S32，制备n型电极和p型电极，S33，制备绝缘层并开出n型和p型电极窗口，以及S34，制作两个相互平行的腔面形成激光器的谐振腔；其中，所述谐振腔的两个相互平行的腔面与沟槽的延伸方向垂直，使光子谐振方向与沟槽的方向平行。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开半导体激光器及其制备方法至少具有以下有益效果其中之一：

(1)传统的在衬底上外延，特别是异质外延半导体材料的位错密度较高，导致外延材料中存在密度较大的穿透位错，造成半导体激光器的阈值较高，甚至难以实现激射；本公开半导体激光器及其制备方法，通过侧向外延技术，降低了外延层中的位错密度，提高了外延层的晶体质量，从而有效提高了半导体光电器件的光学效率和性能。

(2)通过长条状沟槽的延伸方向与激光器的光子谐振方向平行，即使光子谐振方向与外延材料中低穿透位错区域平行，在振荡过程中，此区域的非辐射复合较低、增益较大，可以率先实现激射，降低激射阈值，有效提高了半导体激光器的光学效率和性能。

附图说明

通过附图所示，本公开的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本公开的主旨。

图1为本公开具体实施例中利用沟槽型图形化衬底制备的一种低阈值半导体激光器的结构示意图。

图2为本公开具体实施例中低阈值半导体激光器的制备方法流程示意图。

图3为本公开具体实施例中沟槽型图形化衬底的制作工艺流程图。

图4为本公开具体实施例中沟槽型图形化衬底的结构剖面示意图和俯视示意图。

图5为本公开具体实施例中沟槽示意图。

<符号说明>

1-衬底、2-图形化薄膜、3-长条状沟槽、4-长条状台面、5-n型层、6-空气隙、7-有源层、8-p型层、9-脊形条、10-n型电极、11-p型电极、12-绝缘层、13-两个相互平行的腔面。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本公开的保护范围。

本公开提供的一种低阈值半导体激光器及其制备方法，可以降低外延层中的位错密度，提高外延层的晶体质量，本公开长条状沟槽还可以进一步有序调控图形上方的外延材料中的低穿透位错区域为长条状，同时，激光器的光子谐振方向与衬底上的沟槽型图形方向平行，即光子谐振方向与外延材料中低穿透位错区域平行。在振荡过程中，位于低穿透位错区的光子非辐射复合较低、增益较大，可以率先实现激射，降低激射阈值，从而提高半导体激光器的光学效率和性能。

本公开提供一种低阈值半导体激光器，由下至上依次包括：沟槽型图形化衬底、n型层、有源层和p型层；其中，所述沟槽型图形化衬底上具有多条相互平行的长条状沟槽，形成多个相互平行且独立的长条状台面，用于材料外延，所述长条状沟槽与激光器的光子谐振方向平行。基于沟槽型图形化衬底对外延结构位错密度进行有序调控以实现激光器的低阈值。

优选的，所述长条状沟槽的宽度和周期均可为10纳米～100微米，长条状台面的高度为10纳米～10微米；所述沟槽型图形化衬底可为图形化单一衬底(即单一材料的图形化衬底)，单一衬底可为蓝宝石、AlN、GaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、Ga₂O₃、Si、Ge、玻璃、金属等材料；或在上述衬底材料上制备不同材料的图形化薄膜而形成的复合图形化衬底，图形化薄膜可为AlN、GaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、InGa(Al)P、InGaAsP、InGaAs(Sb)、Ga₂O₃、Si、Ge等材料；所述图形化薄膜的厚度是1～10微米；

所述n型层可为n型AlN、(Al)GaN、InGaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、InGa(Al)P、InGaAsP、InGaAs(Sb)、Ga₂O₃、Si、Ge等n型掺杂半导体材料，亦可选择包含提高晶格和热匹配的n型缓冲层；n型层的厚度是2～15微米；

所述有源层可为AlN、(Al)GaN、InGaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、InGa(Al)P、InGaAsP、InGaAs(Sb)、Ga₂O₃、Si、Ge等材料，对应激光器的波长为200纳米～3000微米；有源层中量子阱层的厚度是50～200纳米；

所述p型层可为p型AlN、(Al)GaN、InGaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、InGa(Al)P、InGaAsP、InGaAs(Sb)、Ga₂O₃、Si、Ge等p型掺杂半导体材料，亦可选择包含阻挡有源层电子溢出的p型电子阻挡层；p型层的厚度是50～900纳米。

另外，本公开还提供一种低阈值半导体激光器的制备方法，包括以下步骤：

S1，利用刻蚀法制备沟槽型图形化衬底，其具体包括以下子步骤：

S11，在一平面衬底上制备掩膜材料；

S12，采用图形化工艺制备所需沟槽型图形化掩膜；

S13，利用图形转移工艺将掩膜图形转移至衬底上；

S14，清除掩膜；

S2，在沟槽型图形化衬底上外延生长激光器全结构材料，包括n型层、有源层和p型层；

S3，利用激光器全结构材料制备激光器器件，其具体包括以下子步骤：

S31，刻蚀有源层和p型层直至n型层形成脊行条；

S32，制备n型电极和p型电极；

S33，制备绝缘层并开出n型和p型电极窗口；

S34，制作两个相互平行的腔面形成激光器的谐振腔。

所述平面衬底可以为图形化单一衬底，或在上述衬底材料上制备不同材料的薄膜而形成的复合衬底；所述掩膜材料可为光刻胶或其他如SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃等；

所述图形化工艺可为纳米压印、光刻、自组装等；所述图形转移工艺可以为干法刻蚀、湿法刻蚀或选区生长；所述掩膜清除可以采用干法刻蚀或湿法刻蚀。

所述激光器全结构材料的外延方法可为金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)、超高真空化学气相沉积(UHVCVD)、常压及减压外延(ATM & RP Epi)等；

所述脊形条的长和宽为4～500微米，高度穿透至n型层中；

为实现金属(n型和p型电极)与半导体层(n型和p型层)的欧姆接触，所述n型电极可为Ti/Al基、V/Al基金属材料，p型电极可为Ni/Au基、Ni/Ag基金属材料或氧化铟锡、石墨烯等材料，均不做具体限制；

所述绝缘层材料可为SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、HfO₂等；绝缘层的厚度是0.1～2微米；

所述激光器腔面的制备方法可为干法刻蚀、湿法刻蚀、自然解理、激光切割等；

所述两个相互平行的腔面与长条状沟槽的方向垂直，即使光子的谐振方向与长条状沟槽方向平行。

在本公开的一具体实施例中，如图1所示，所述低阈值半导体激光器，其为电泵浦激光器，包括：衬底1、图形化薄膜2、长条状沟槽3、长条状台面4、n型层5、空气隙6、有源层7、p型层8、脊形条9、n型电极10、p型电极11、绝缘层12、两个相互平行的腔面13。其中，所述的图形化薄膜2上有多条相互平行的长条状沟槽3，形成多个相互平行且独立的长条状台面4。在长条状沟槽3上方区域，所述的n型层5中有多个空气隙6。

本实施例中，衬底1为c面蓝宝石衬底，图形化薄膜2的材料为GaN，图形化薄膜2的厚度是1微米。图形化薄膜2上的长条状沟槽3的宽度为400纳米、周期为1微米，长条状台面4的高度400纳米。因此，沟槽型图形化衬底为在衬底1上制备图形化薄膜2而形成的复合图形化衬底。

n型层5的材料为n型GaN，厚度是4微米。

有源层7为6个周期的InGaN/GaN层的量子阱层，对应的激光器波长为蓝绿光，量子阱层的厚度是100纳米。在实际外延中，有源层7除了量子阱层还可以包括波导区和包覆区，其中波导区用来引导来自有源层的受激光子发射，包覆区用来促进所发射光子在波导区中的传播。

p型层8的材料为p型GaN，厚度是500纳米。

脊形条9的长为4微米、宽为300微米，高度穿透至n型层5的中部位置。

n型电极10为Ti/Al金属材料，p型电极11为Ni/Au金属材料。

绝缘层12为SiO₂，厚度是0.5微米。两个相互平行的腔面13与长条状沟槽3的方向垂直，即使光子谐振方向与长条状沟槽3的方向平行。

为使本公开的优点和特征更易于本领域技术人员理解，从而对本公开的保护范围做出更为清楚明确的界定，以下结合附图1-4对本公开所述的一种低阈值半导体激光器的制备方法进行详细阐述：

如图2所示，本公开所述的低阈值半导体激光器的制备方法，包括：

步骤S1，制备沟槽型图形化衬底。制作工艺过程如图3所示，制得的沟槽型图形化衬底的结构剖面示意图和俯视示意图如图4所示。

S11，在一平面衬底上制备掩膜材料：

在衬底1上利用有机金属化学气相沉积外延薄膜，形成复合平面衬底。接着在薄膜上沉积SiO₂，作为后续刻蚀薄膜的掩膜层。掩膜材料为SiO₂，厚度优选200～400纳米。

S12，采用图形化工艺制备所需沟槽型图形化掩膜：

此实施例中的图形化工艺为纳米压印。在保护层上旋涂纳米压印光刻胶，光刻胶的厚度可通过选择光刻胶、调节涂胶机转速或涂胶次数来控制，光刻胶的厚度优选200～800纳米。利用纳米压印机进行纳米压印，压印过程中紫外照射以完成光刻胶的固化，实现图形从压印模板到压印胶的快速复制，作为后续刻蚀保护层的胶掩膜层。此处压印模板的沟槽宽度为400纳米、周期为1微米，即对应下一步骤中形成的长条状沟槽3的宽度为400纳米、周期为1微米。

S13，利用图形转移工艺将掩膜图形转移至衬底上：

以图形化的压印胶为胶掩膜，将压印胶上的图形转移到SiO₂掩膜层上。接着使用去膜剂、丙酮等有机溶剂去除残留的压印胶。再以图形化的SiO₂为掩膜，将掩膜层上的图形转移到薄膜上制备出图形化薄膜2，使图形化薄膜2上形成多条相互平行的长条状沟槽3和多个相互平行且独立的长条状台面4。图形化薄膜2上的长条状沟槽3的宽度为400纳米、周期为1微米，长条状台面4的高度400纳米。此实施例中，图形转移工艺为干法刻蚀。

S14，清除掩膜：

湿法刻蚀去除残留的保护层。

至此，沟槽型图形化衬底制备完成，是由衬底1和图形化薄膜2组成的复合图形化衬底。

步骤S2、在沟槽型图形化衬底上外延生长激光器全结构材料。

在沟槽型图形化衬底上利用有机金属化学气相沉积完成激光器全结构的制备。其全结构由下往上依次包括衬底1、图形化薄膜2、n型层5、有源层7、p型层8。有源层7为6个周期的InGaN/GaN层的量子阱层，对应的激光器波长为蓝绿光，量子阱层的厚度是100纳米。在实际外延中，有源层7除了量子阱层还可以包括波导区和包覆区，其中波导区用来引导来自有源层的受激光子发射，包覆区用来促进所发射光子在波导区中的传播。p型层8的材料为p型GaN，厚度是500纳米。

步骤S3、利用激光器全结构材料制备激光器器件。

S31，刻蚀有源层和p型层直至n型层形成脊行条：

使用SiO₂为掩膜，干法刻蚀有源层7、p型层8，直至刻蚀至n型层5中的中部位置，形成脊形条9。脊形条9的长为4微米、宽为300微米。

S32，制备n型电极和p型电极：

沉积电极材料并剥离、退火，分别制备出n型电极10和p型电极11。n型电极10为Ti/Al金属材料，p型电极11为Ni/Au金属材料。

S33，制备绝缘层并开出n型和p型电极窗口：

使用等离子体增强化学气相沉积等方法沉积绝缘层12，采用光刻工艺并湿法刻蚀绝缘层12开出n型和p型电极窗口，使部分n型电极10和部分p型电极11暴露。绝缘层12为SiO₂，厚度是0.5微米。

S34，制作两个相互平行的腔面形成激光器的谐振腔：

在衬底1的背面利用激光辅助解理制作两个相互平行的腔面13形成激光器的谐振腔，光子的谐振方向为图1中虚线箭头方向。两个相互平行的腔面13与长条状沟槽3的方向垂直，长条状沟槽3的方向为图1中实线箭头方向，即使光子的谐振方向与长条状沟槽3的方向平行。

基于上述具体实施例可知，在衬底1与图形化薄膜2的界面处，高密度的穿透位错产生并不断向上延伸，由于n型层5的侧向外延，有部分穿透位错会随着侧向生长而向长条状沟槽3上的空气隙6弯曲并终止在空气隙6的界面，如图1所示，这种位错湮灭降低了长条状沟槽3上方n型层5侧向外延合并区域的穿透错位密度，进而可以提高之后外延层的晶体质量，即有源层7中低穿透位错区域正好处于长条状沟槽3的上方，为长条状；并设计激光器的光子谐振方向与衬底上的沟槽型图形方向平行，即使光子谐振方向与外延材料中低穿透位错区域平行，在振荡过程中，此区域的非辐射复合减少，激光器的增益增大，率先实现激射，从而降低激光器的阈值。

需要说明的是，如图5所示，除了长条状之外，本公开沟槽还可以为梯形、波浪形等，此时相较于现有激光器已经能够一定程度上降低阈值。在保证激光器的光子在谐振中可以完全通过一整条低位错区域时，效果最佳。

综上所述，本公开提供的一种低阈值半导体激光器及其制备方法，可以降低外延层中的位错密度，提高外延层的晶体质量，从而提高半导体光电器件的光学效率和性能；通过沟槽型图形衬底对应调控图形上方的外延材料中的低穿透位错区域，例如通过长条状沟槽型图形衬底对应调控图形上方的外延材料中的低穿透位错区域为长条状，并设计激光器的光子谐振方向与衬底上的沟槽型图形方向平行，即使光子谐振方向与外延材料中低穿透位错区域平行，在振荡过程中，此区域的非辐射复合较低、增益较大，可以率先实现激射，降低激射阈值，有效提高了半导体激光器的光学效率和性能。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开半导体激光器及其制备方法有了清楚的认识。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种半导体激光器，由下至上依次包括：沟槽型图形化衬底、n型层、有源层和p型层；其中，所述沟槽型图形化衬底上具有多个相互平行的沟槽，通过侧向外延技术在沟槽上方形成低穿透位错区域，所述沟槽的延伸方向与激光器的光子谐振方向平行，使外延材料中低穿透位错区域与光子谐振方向平行，实现激射阈值的降低；

其中，所述沟槽为长条状沟槽；所述的n型层的侧向外延，其内形成有多个空气隙，部分穿透位错随着侧向生长而向长条状沟槽上的所述空气隙弯曲并终止在空气隙的界面，形成低穿透位错区域；

其中，所述衬底、n型层、有源层和p型层构成所述激光器的外延片，通过切割所述外延片形成激光器的谐振腔，该谐振腔的两个相互平行的腔面与长条状沟槽的延伸方向垂直，使光子谐振方向与外延材料中低穿透位错区域平行。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，多个沟槽形成多个相互平行且独立的长条状台面，用于材料外延；所述长条状沟槽的宽度为10纳米～100微米，长条状台面的高度为10纳米～10微米。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，所述沟槽型图形化衬底为图形化单一衬底，该单一衬底的材质为蓝宝石、AlN、GaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、Ga₂O₃、Si、玻璃、或金属；或所述沟槽型图形化衬底为图形化复合衬底，即在单一衬底上形成图形化薄膜，该图形化薄膜的材质为AlN、GaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、InGaP、InGaAlP、InGaAsP、InGaAs、InGaAsSb、Ga₂O₃、Si、或Ge，图形化薄膜的厚度为1～10微米。

4.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，所述n型层为n型AlN、GaN、AlGaN、InGaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、InGaP、InGaAlP、InGaAsP、InGaAs、InGaAsSb、Ga₂O₃、Si、Ge掺杂半导体材料；所述n型层还包括n型缓冲层；所述n型层的厚度为2～15微米。

5.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，所述有源层的材质为A1N、GaN、AlGaN、InGaN、SiC、ZnO、GaAs、InP、ZnSe、InGaP、InGaAlP、InGaAsP、InGaAs、InGaAsSb、Ga₂O₃、Si、或Ge，对应激光器的波长为200纳米～3000微米；所述有源层中包含量子阱层，该量子阱层的厚度是50～200纳米。

6.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，所述p型层为p型掺杂半导体材料；所述p型层还包括p型电子阻挡层；所述p型层的厚度是50～900纳米。

7.一种半导体激光器的制备方法，包括以下步骤：

S1，利用刻蚀法制备沟槽型图形化衬底，所述沟槽型图形化衬底上具有多条相互平行的沟槽；

S2，在沟槽型图形化衬底上外延生长激光器全结构材料；

S3，利用所述激光器全结构材料制备激光器器件；

其中，所述沟槽的延伸方向与激光器的光子谐振方向平行；

其中，所述步骤S1包括以下子步骤：

S11，在一平面衬底上制备掩膜材料，

S12，采用图形化工艺制备所需沟槽型图形化掩膜，

S13，利用图形转移工艺将掩膜图形转移至衬底上，以及

S14，清除掩膜；

所述步骤S3包括以下子步骤：

S31，刻蚀有源层和p型层直至n型层形成脊行条，

S32，制备n型电极和p型电极，

S33，制备绝缘层并开出n型和p型电极窗口，以及

S34，制作两个相互平行的腔面形成激光器的谐振腔；

其中，所述谐振腔的两个相互平行的腔面与沟槽的延伸方向垂直；

其中，所述沟槽为长条状沟槽；所述的n型层的侧向外延，其内形成有多个空气隙，部分穿透位错随着侧向生长而向长条状沟槽上的所述空气隙弯曲并终止在空气隙的界面，形成低穿透位错区域；

其中，所述衬底、n型层、有源层和p型层构成所述激光器的外延片，通过切割所述外延片形成激光器的谐振腔，该谐振腔的两个相互平行的腔面与长条状沟槽的延伸方向垂直，使光子谐振方向与外延材料中低穿透位错区域平行。

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