CN110890690A - 一种半导体激光相干阵列及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体激光相干阵列，传输层背向衬底一侧表面刻蚀有至少三个相互平行的脊型波导，以及位于相邻两个脊型波导之间的多模干涉波导；多模干涉波导包括第一多模干涉波导和第二多模干涉波导，第一多模干涉波导与相邻两个脊型波导的反射面端部相接触，第二多模干涉波导与相邻两个脊型波导的出光面端部相接触，任意相邻两个脊型波导之间仅设置一个多模干涉波导，第一多模干涉波导和第二多模干涉波导沿垂直于脊型波导的方向交替分布。利用多模干涉波导的自成像效应可以提高阵列器件的相干性，提高器件的光束质量。本发明所提供的制备方法同样具有上述有益效果。

Description

一种半导体激光相干阵列及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体激光技术领域，特别是涉及一种半导体激光相干阵列以及一种半导体激光相干阵列的制备方法。

背景技术

半导体激光相干阵列为利用半导体材料作为工作物质的激光器件，具有小巧、寿命长、功率高、光束质量好、相干度高和激光线宽窄等优势，在激光雷达、主动探测识别、激光加工、高能激光器泵浦等领域具有广泛的应用前景。

现有的半导体激光相干阵列主要可包括折射率引导均匀阵列、增益引导均匀阵列、啁啾阵列等内部耦合锁相阵列器件。常规半导体激光相干阵列，一般采用内部耦合锁相方法实现单元距离很近(边距2μm至6μm)的相邻单元光波相互耦合，从而提高阵列器件的相干性和光束质量，但是该种阵列单元间光波耦合机制复杂，在大电流注入条件下，基模和高阶模式的模式增益容易出现反转现象，产生高阶模式，并趋于多模工作，降低阵列器件的相干性和光束质量，不适用于实现高功率、高相干性的高光束质量激光。所以如何提供一种可以提供高光束质量激光的半导体激光相干阵列是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体激光相干阵列，可以提供高光束质量激光；本发明的另一目的在于提供一种半导体激光相干阵列的制备方法，所制备而成的半导体激光相干阵列可以提供高光束质量激光。

为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体激光相干阵列，包括衬底、传输层、第一电极和第二电极；

所述传输层位于所述衬底表面，所述传输层背向所述衬底一侧表面刻蚀有至少三个相互平行的脊型波导，以及位于相邻两个所述脊型波导之间的多模干涉波导；所述多模干涉波导包括第一多模干涉波导和第二多模干涉波导，所述第一多模干涉波导与相邻两个所述脊型波导的反射面端部相接触，所述第二多模干涉波导与相邻两个所述脊型波导的出光面端部相接触，任意相邻两个所述脊型波导之间仅设置一个所述多模干涉波导，所述第一多模干涉波导和所述第二多模干涉波导沿垂直于所述脊型波导的方向交替分布；

任一所述脊型波导朝向反射面一侧均设置有用于产生单频激光的反射部件；所述第一电极位于所述衬底背向所述传输层一侧表面，所述第二电极位于所述脊型波导背向所述衬底一侧表面以及所述多模干涉波导背向所述衬底一侧表面。

可选的，所述第一多模干涉波导与所述反射部件之间的距离的取值范围为200μm至300μm，包括端点值；所述第二多模干涉波导与所述脊型波导的出光面之间的距离的取值范围为200μm至300μm，包括端点值。

可选的，所述脊型波导的宽度的取值范围为3μm至5μm，包括端点值；所述多模干涉波导的宽度的取值范围为15μm至30μm，包括端点值。

可选的，所述反射部件包括以下任意一项或任意组合：

低阶布拉格反射光栅、高阶布拉格反射光栅、光子晶体、微纳深沟槽刻蚀结构。

可选的，还包括：

位于所述传输层反射面的反射膜；

位于所述传输层出光面的抗反膜。

可选的，所述衬底为n型衬底；所述传输层包括：

位于所述衬底表面的n型包层；

位于所述n型包层背向所述衬底一侧表面的n型波导层；

位于所述n型波导层背向所述衬底一侧表面的有源层；

位于所述有源层背向所述衬底一侧表面的p型波导层；

位于所述p型波导层背向所述衬底一侧表面的p型包层；

位于所述p型包层背向所述衬底一侧表面的盖层。

可选的，所述脊型波导的底面位于所述p型波导层的预设深度处，所述多模干涉波导的底面位于所述p型波导层的预设深度处。

本发明还提供了一种半导体激光相干阵列的制备方法，包括：

在衬底的表面外延生长传输层；

在所述传输层背向所述衬底一侧表面中朝向反射面的端部设置反射部件；所述反射部件用于产生单频激光；

在所述传输层背向所述衬底一侧表面中位于所述反射部件与出光面之间的区域刻蚀至少三个相互平行的脊型波导以及位于相邻两个所述脊型波导之间的多模干涉波导；所述多模干涉波导包括第一多模干涉波导和第二多模干涉波导，所述第一多模干涉波导与相邻两个所述脊型波导的反射面端部相接触，所述第二多模干涉波导与相邻两个所述脊型波导的出光面端部相接触，任意相邻两个所述脊型波导之间仅设置一个所述多模干涉波导，所述第一多模干涉波导和所述第二多模干涉波导沿垂直于所述脊型波导的方向交替分布；

在所述衬底背向所述传输层一侧表面设置第一电极，并在所述脊型波导背向所述衬底一侧表面以及所述多模干涉波导背向所述衬底一侧表面设置第二电极，以制成所述半导体激光相干阵列。

可选的，所述在衬底的表面外延生长传输层包括：

在n型衬底表面外延生长n型包层；

在所述n型包层表面外延生长n型波导层；

在所述n型波导层表面外延生长有源层；

在所述有源层表面外延生长p型波导层；

在所述p型波导层表面外延生长p型包层；

在所述p型包层表面外延生长盖层。

可选的，所述在所述传输层背向所述衬底一侧表面中位于所述反射部件与出光面之间的区域刻蚀至少三个相互平行的脊型波导以及位于相邻两个所述脊型波导之间的多模干涉波导包括：

刻蚀所述盖层表面至所述p型波导层的预设深度处，以刻蚀出至少三个相互平行的脊型波导以及位于相邻两个所述脊型波导之间的多模干涉波导。

本发明所提供的一种半导体激光相干阵列，传输层背向衬底一侧表面刻蚀有至少三个相互平行的脊型波导，以及位于相邻两个脊型波导之间的多模干涉波导；多模干涉波导包括第一多模干涉波导和第二多模干涉波导，第一多模干涉波导与相邻两个脊型波导的反射面端部相接触，第二多模干涉波导与相邻两个脊型波导的出光面端部相接触，任意相邻两个脊型波导之间仅设置一个多模干涉波导，第一多模干涉波导和第二多模干涉波导沿垂直于脊型波导的方向交替分布。

利用多模干涉波导的自成像效应，使得脊形波导中传输的单频单模光波相互耦合，提高阵列器件的相干性；而第一多模干涉干涉波导与第二多模干涉波导沿脊型波导轴线一前一后错位放置，并增大脊形波导的间隔距离，可以避免脊型波导中传输光场之间的串扰，同时避免阵列单元载流子分布对相邻单元光场分布的影响，抑制高阶模式产生，提高器件的光束质量。

本发明还提供了一种半导体激光相干阵列的制备方法，所制备而成的半导体激光相干阵列同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种半导体激光相干阵列的结构示意图；

图2为图1的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种具体的半导体激光相干阵列的正视结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的一种具体的半导体激光相干阵列的侧视结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的一种半导体激光相干阵列制备方法的流程图；

图6为本发明实施例所提供的一种具体的半导体激光相干阵列制备方法的流程图。

图中：1.衬底、2.传输层、3.多模干涉波导、31.第一多模干涉波导、32.第二多模干涉波导、4.脊型波导、5.反射部件、6.第一电极、7.第二电极、8.反射膜、9.抗反膜、10.n型包层、11.n型波导层、12.有源层、13.p型波导层、14.p型包层、15.盖层。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种半导体激光相干阵列。在现有技术中，半导体激光相干阵列主要可包括折射率引导均匀阵列、增益引导均匀阵列、啁啾阵列等内部耦合锁相阵列器件。而折射率引导均匀阵列在大电流注入下，会出现高阶模式增益大于基模增益的情况，导致器件相干性和光束质量变差；依靠增益引导的均匀阵列中，各单元振荡模之间的耦合与增益分布强相关，但是这种耦合是不稳定的，与激励水平的高低有关，导致器件无法获得稳定的高相干性激光输出；啁啾阵列是采用不同条宽的波导，并呈不均匀分布的相干阵列，在高功率输出情况下，由于空间烧孔效应，使得阵列中心区单元的载流子浓度迅速耗尽，导致高阶模式激射，降低光束质量，从而导致常规半导体激光相干阵列中光波耦合机制复杂，在大电流注入条件下，基模和高阶模式的模式增益容易出现反转现象，产生高阶模式，并趋于多模工作，降低阵列器件的相干性和光束质量，不适用于实现高功率、高相干性的高光束质量激光。

而发明所提供的一种半导体激光相干阵列，传输层背向衬底一侧表面刻蚀有至少三个相互平行的脊型波导，以及位于相邻两个脊型波导之间的多模干涉波导；多模干涉波导包括第一多模干涉波导和第二多模干涉波导，第一多模干涉波导与相邻两个脊型波导的反射面端部相接触，第二多模干涉波导与相邻两个脊型波导的出光面端部相接触，任意相邻两个脊型波导之间仅设置一个多模干涉波导，第一多模干涉波导和第二多模干涉波导沿垂直于脊型波导的方向交替分布。

利用多模干涉波导的自成像效应，使得脊形波导中传输的单频单模光波相互耦合，提高阵列器件的相干性；而第一多模干涉干涉波导与第二多模干涉波导沿脊型波导轴线一前一后错位放置，并增大脊形波导的间隔距离，可以避免脊型波导中传输光场之间的串扰，同时避免阵列单元载流子分布对相邻单元光场分布的影响，抑制高阶模式产生，提高器件的光束质量。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。

请参考图1以及图2，图1为本发明实施例所提供的一种半导体激光相干阵列的结构示意图；图2为图1的俯视结构示意图。

参见图1以及图2，在本发明实施例中，半导体激光相干阵列包括衬底1、传输层2、第一电极6和第二电极7；所述传输层2位于所述衬底1表面，所述传输层2背向所述衬底1一侧表面刻蚀有至少三个相互平行的脊型波导4，以及位于相邻两个所述脊型波导4之间的多模干涉波导3；所述多模干涉波导3包括第一多模干涉波导31和第二多模干涉波导32，所述第一多模干涉波导31与相邻两个所述脊型波导4的反射面端部相接触，所述第二多模干涉波导32与相邻两个所述脊型波导4的出光面端部相接触，任意相邻两个所述脊型波导4之间仅设置一个所述多模干涉波导3，所述第一多模干涉波导31和所述第二多模干涉波导32沿垂直于所述脊型波导4的方向交替分布；任一所述脊型波导4朝向反射面一侧均设置有用于产生单频激光的反射部件5；所述第一电极6位于所述衬底1背向所述传输层2一侧表面，所述第二电极7位于所述脊型波导4背向所述衬底1一侧表面以及所述多模干涉波导3背向所述衬底1一侧表面。

上述衬底1主要起支撑作用，上述传输层2、第一电极6以及第二电极7均需要按照一定的顺序依次设置在衬底1表面。通常情况下，在本发明实施例中，所述衬底1需要为n型掺杂衬底1。有关衬底1的具体尺寸，例如厚度等具体参数可以根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。

上述传输层2位于衬底1表面，该传输层2用于传输光线，同时该传输层2大体为一谐振腔，光线会在该脊型传输层2中发生振荡而产生激光。有关传输层2的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。在本发明实施例中，传输层2背向衬底1一侧表面刻蚀有至少三个相互平行的脊型波导4，该脊型波导4通常处于同一平面，且脊型波导4的轴线通常相互平行，同时上述脊型波导4的长度通常也大体相等。

上述脊型波导4整体呈脊型，即脊型波导4通常沿图中X轴方向延伸，该脊型波导4通常是在传输层2表面刻蚀得到。脊型波导4主要用于将激光波增益放大，以保证半导体激光相干阵列可以输出足够功率的激光。需要说明的是，半导体激光相干阵列通常具有一个反射面以及一个出光面，相应的上述脊型波导4通常具有一个反射面端部以及一个出光面端部，该反射面端部以及出光面端部通常位于脊型波导4的两端。

上述多模干涉波导3位于相邻两个脊型波导4之间，由于在传输层2表面刻蚀有至少三个脊型波导4，相应的在传输层2表面通常至少刻蚀有两个多模干涉波导3。需要说明的是，上述多模干涉波导3与脊型波导4通常大体位于同一平面。在本发明实施例中，多模干涉波导3包括第一多模干涉波导31以及第二多模干涉波导32，该第一多模干涉波导31以及第二多模干涉波导32均位于相邻的脊型波导4之间。

具体的，第一多模干涉波导31与相邻两个脊型波导4的反射面端部相接触，而第二多模干涉波导32与相邻两个脊型波导4的出光面端部相接触。即上述第一多模干涉波导31分布于由脊型波导4构成的阵列的反射面端部，而第二多模干涉波导32分布于由脊型波导4构成的阵列的出光面端部。同时由于任意相邻两个脊型波导4之间仅设置一个多模干涉波导3，且第一多模干涉波导31和第二多模干涉波导32沿垂直于脊型波导4的方向交替分布，即第一多模干涉波导31和第二多模干涉波导32沿图中Y轴方向交替分布，使得任一脊型波导4的一个端部仅会与一个多模干涉波导3相接触，第一多模干涉波导31与第二多模干涉波导32交错分布于传输层2表面，从而可以避免脊型波导4中传输光场之间的串扰。

在本发明实施例中，任一所述脊型波导4朝向反射面一侧均设置有用于产生单频激光的反射部件5。该反射部件5所产生的单频激光会在上述脊型波导4以及多模干涉波导3内增益放大，并最终从出光面射出半导体激光相干阵列。需要说明的是，上述任意一个脊型波导4朝向反射面一侧均设置有反射部件5，该反射部件5通常与脊型波导4的反射端端面相接触，以向任意一个脊型波导4传输单频激光。上述反射部件5可以具体包括以下任意一项或任意组合：低阶布拉格反射光栅、高阶布拉格反射光栅、光子晶体、微纳深沟槽刻蚀结构。当然，在本发明实施例中反射部件5只要可以产生单频激光，并向脊型波导4传输该单频激光即可，有关反射部件5的具体结构在本发明实施例中不做具体限定。在本发明实施例中，通常选用低损耗高阶布拉格光栅作为反射部件5，设置于述脊型波导4朝向反射面一侧。相应的，上述脊型波导4以及多模干涉波导3的作用主要用于将单频、单模激光波增益放大，以保证列阵波导中振荡光束为单一波长的单频、单模光波。

在本发明实施例中，第一电极6位于衬底1背向传输层2一侧表面，第二电极7位于脊型波导4背向衬底1一侧表面以及多模干涉波导3背向衬底1一侧表面。即上述第一电极6同样会位于衬底1表面，通过衬底1与传输层2电连接。而上述脊型波导4背向衬底1一侧表面以及多模干涉波导3背向衬底1一侧表面设置有第二电极7，即第二电极7通常位于传输层2背向衬底1一侧表面。通常情况下，上述第一电极6为n型电极，而第二电极7为p型电极。

具体的，在本发明实施例中，所述第一多模干涉波导31与所述反射部件5之间的距离的取值范围为200μm至300μm，包括端点值；所述第二多模干涉波导32与所述脊型波导4的出光面之间的距离的取值范围为200μm至300μm，包括端点值。即在本发明实施例中，多模干涉波导3通常不与脊型波导4的端面相平齐，而是与脊型波导4的端面具有一定的距离。具体的，第一多模干涉波导31与反射部件5之间的距离的取值范围通常为200μm至300μm，包括端点值；第二多模干涉波导32与脊型波导4的出光面之间的距离的取值范围通常为200μm至300μm，包括端点值。

具体的，在本发明实施例中，所述脊型波导4的宽度的取值范围为3μm至5μm，包括端点值；所述多模干涉波导3的宽度的取值范围为15μm至30μm，包括端点值。即上述脊型波导4的宽度通常在3μm至5μm之间，包括端点值；而相邻脊型波导4之间的间距通常在15μm至30μm之间，包括端点值，相应的多模干涉波导3的宽度通常在15μm至30μm之间，包括端点值。

需要说明的是，上述脊型波导4以及多模干涉波导3的具体长度需要根据传输层2的材质，以及激光的目标波长所具体设定，在本发明实施例中不做具体限定。

作为优选的，在本发明实施例中，半导体激光相干阵列还可以包括位于所述传输层2反射面的反射膜8；以及位于所述传输层2出光面的抗反膜9。在本发明实施例中传输层2包括两个端面，分别为传输层2反射面以及传输层2出光面，其中传输层2反射面通常包括有反射部件5背向脊型波导4一侧的端面，而传输层2出光面通常包括有脊型波导4的出光面。在本发明实施例中，可以在传输层2反射面设置反射膜8以防止激光从传输层2反射面射出半导体激光相干阵列，而在传输层2出光面设置抗反膜9，即增透膜可以增加半导体激光相干阵列的出光量。

本发明实施例所提供的一种半导体激光相干阵列，传输层2背向衬底1一侧表面刻蚀有至少三个相互平行的脊型波导4，以及位于相邻两个脊型波导4之间的多模干涉波导3；多模干涉波导3包括第一多模干涉波导31和第二多模干涉波导32，第一多模干涉波导31与相邻两个脊型波导4的反射面端部相接触，第二多模干涉波导32与相邻两个脊型波导4的出光面端部相接触，任意相邻两个脊型波导4之间仅设置一个多模干涉波导3，第一多模干涉波导31和第二多模干涉波导32沿垂直于脊型波导4的方向交替分布。

利用多模干涉波导3的自成像效应，使得脊形波导中传输的单频单模光波相互耦合，提高阵列器件的相干性；而第一多模干涉干涉波导与第二多模干涉波导32沿脊型波导4轴线一前一后错位放置，并增大脊形波导4的间隔距离，可以避免脊型波导4中传输光场之间的串扰，同时避免阵列单元载流子分布对相邻单元光场分布的影响，抑制高阶模式产生，提高器件的光束质量。

有关本发明所提供的一种半导体激光相干阵列的具体结构将在下述发明实施例做详细介绍。

请参考图3以及图4，图3为本发明实施例所提供的一种具体的半导体激光相干阵列的正视结构示意图；图4为本发明实施例所提供的一种具体的半导体激光相干阵列的侧视结构示意图。

区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对半导体激光相干阵列的结构进行具体限定。其余内容已在上述发明实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图3以及图4，在本发明实施例中，所述衬底1为n型衬底1；所述传输层2包括位于所述衬底1表面的n型包层10；位于所述n型包层10背向所述衬底1一侧表面的n型波导层11；位于所述n型波导层11背向所述衬底1一侧表面的有源层12；位于所述有源层12背向所述衬底1一侧表面的p型波导层13；位于所述p型波导层13背向所述衬底1一侧表面的p型包层14；位于所述p型包层14背向所述衬底1一侧表面的盖层15。

在本发明实施例中，材料体系可以为GaAs/InGaAs/AlGaAs，其激光波长通常780nm至1064nm之间。当然，在本发明实施例中不限于上述材料和激光波长。上述传输层2包括在n型衬底1表面沿法线方向依次设置的n型包层10、n型波导层11、有源层12、p型波导层13、p型包层14以及盖层15。其中上述n型包层10的折射率通常会小于n型波导层11，且p型包层14的折射率会小于p型波导层13，以形成全反射，保证激光在n型波导层11至p型波导层13之间传输。具体的，上述有源层12可以为单层或多层的量子阱、量子点等，用作半导体激光相干阵列的增益区。上述有源层12的增益介质可以是量子阱、量子点、量子带、量子级联结构或者其任意组合。有关有源层12的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

上述盖层15通常为p型高掺杂的盖层15，该盖层15主要用于形成传输层2与上述第二电极7的欧姆接触，降低半导体激光相干阵列整体的电阻，提高效率。具体的，在本发明实施例中，所述脊型波导4的底面位于所述p型波导层13的预设深度处，所述多模干涉波导3的底面位于所述p型波导层13的预设深度处。即在本发明实施例中，上述脊型波导4以及多模干涉波导3沿厚度方向通常包括有上述盖层15、p型包层14和部分p型波导层13；上述脊型波导4以及多模干涉波导3通常是从传输层2的盖层15表面沿厚度方向依次刻蚀至p型波导层13的预设深度处以制成上述脊型波导4和多模干涉波导3，脊型波导4与多模干涉波导3沿图中Z轴方向的结构相同。

需要说明的是，脊型波导4的下表面以及多模干涉波导3的下表面与P型波导层13下表面之间的距离有其具体限制，该距离一般根据波导的单模截止条件确定，需要根据具体的传输层2外延结构进行推算，与刻蚀出的沟槽部分有效折射率值和未刻蚀部分的有效折射率值强相关。当然，上述脊型波导4的下表面以及多模干涉波导3的下表面与P型波导层13下表面之间的距离通常不能为零，以防止将有源层12应力释放，降低半导体激光相干阵列的性能。

还需要说明的是，上述反射部件5通常也是在传输层2表面刻蚀而成，但是上述第二电极7通常不覆盖反射部件5。

本发明实施例所提供的一种半导体激光相干阵列，具体提供了传输层2、脊型波导4以及多模干涉波导3的具体结构，可以实现高光束质量的输出。

下面对本发明所提供的一种半导体激光相干阵列的制备方法进行介绍，下文描述的制备方法与上述描述的半导体激光相干阵列的结构可以相互对应参照。

请参考图5，图5为本发明实施例所提供的一种半导体激光相干阵列制备方法的流程图。

参见图5，在本发明实施例中，所述半导体激光相干阵列的制备方法包括：

S101：在衬底的表面外延生长传输层。

有关传输层的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。在本步骤中，通常会通过金属有机化合物气相沉积(MOCVD)在衬底的表面依次外延生长各个膜层以最终外延生长成上述发明实施例所提供的传输层。当然，在本发明实施例中也可以通过其他工艺或设备实现传输层的外延生长，有关外延生长传输层的具体工艺在本发明实施例中不做具体限定。

S102：在传输层背向衬底一侧表面中朝向反射面的端部设置反射部件。

在本发明实施例中，所述反射部件用于产生单频激光。有关反射部件的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。上述传输层包括相对的反射面以及出光面，而上述反射部件通常设置在传输层表面中朝向反射面的端部。

在本步骤中，通常会通过刻蚀工艺，具体通常采用i-line光刻和等离子刻蚀技术在传输层背向衬底一侧表面中朝向反射面的端部设置反射部件。根据反射部件的结构不同，所使用的具体工艺也会不同，有关具体的制作工艺需要根据实际情况自行设定。

S103：在传输层背向衬底一侧表面中位于反射部件与出光面之间的区域刻蚀至少三个相互平行的脊型波导以及位于相邻两个脊型波导之间的多模干涉波导。

在本发明实施例中，所述多模干涉波导包括第一多模干涉波导和第二多模干涉波导，所述第一多模干涉波导与相邻两个所述脊型波导的反射面端部相接触，所述第二多模干涉波导与相邻两个所述脊型波导的出光面端部相接触，任意相邻两个所述脊型波导之间仅设置一个所述多模干涉波导，所述第一多模干涉波导和所述第二多模干涉波导沿垂直于所述脊型波导的方向交替分布。有关脊型波导以及多模干涉波导的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

在本步骤中，通常会采用光刻和等离子刻蚀技术同时在传输层表面同时刻蚀出上述脊型波导以及多模干涉波导，即上述脊型波导以及多模干涉波导在厚度方向上的结构通常相同。有关具体的刻蚀工艺将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

S104：在衬底背向传输层一侧表面设置第一电极，并在脊型波导背向衬底一侧表面以及多模干涉波导背向衬底一侧表面设置第二电极，以制成半导体激光相干阵列。

在本步骤中，通常首先会在脊型波导背向衬底一侧表面以及多模干涉波导背向衬底一侧表面设置第二电极，其通常为p型电极；然后会对衬底进行减薄，之后会在衬底背向传输层一侧表面设置第一电极，其通常为n型电极。

在本步骤之后，会在传输层的反射面镀反射膜，该反射膜通常会覆盖反射部件端面；以及会在传输层的出光面镀抗反膜，即增透膜，该抗反膜通常会覆盖脊型波导的出光面。有关反射膜以及抗反膜的具体材质可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

本发明实施例所提供的一种半导体激光相干阵列的制备方法，所制备而成的半导体激光相干阵列利用多模干涉波导的自成像效应，使得脊形波导中传输的单频单模光波相互耦合，提高阵列器件的相干性；而第一多模干涉干涉波导与第二多模干涉波导沿脊型波导轴线一前一后错位放置，并增大脊形波导的间隔距离，可以避免脊型波导中传输光场之间的串扰，同时避免阵列单元载流子分布对相邻单元光场分布的影响，抑制高阶模式产生，提高器件的光束质量。

有关本发明所提供的一种半导体激光相干阵列制备方法的具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图6，图6为本发明实施例所提供的一种具体的半导体激光相干阵列制备方法的流程图。

参见图6，在本发明实施例中，所述半导体激光相干阵列的制备方法包括：

S201：在n型衬底表面外延生长n型包层。

S202：在n型包层表面外延生长n型波导层。

S203：在n型波导层表面外延生长有源层。

S204：在有源层表面外延生长p型波导层。

S205：在p型波导层表面外延生长p型包层。

S206：在p型包层表面外延生长盖层。

在本发明实施例中，通常会通过金属有机化合物气相沉积(MOCVD)技术依次执行上述步骤，即依次在衬底表面设置n型包层、n型波导层、有源层、p型波导层、p型包层以及盖层。有关上述各个膜层的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

S207：在传输层背向衬底一侧表面中朝向反射面的端部设置反射部件。

本步骤与上述发明实施例中S102基本相同，详细内容已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。在本步骤中，通常是从上述盖层表面刻蚀传输层，以制成反射部件。

S208：刻蚀盖层表面至p型波导层的预设深度处，以刻蚀出至少三个相互平行的脊型波导以及位于相邻两个脊型波导之间的多模干涉波导。

在本步骤中，通常是从盖层表面依次刻蚀盖层、p型包层以及部分p型波导层，具体刻蚀到p型波导层的预设深度处，该预设深度处的具体位置需要根据波导的单模截止条件确定，需要根据具体的传输层外延结构进行推算，与刻蚀出的沟槽部分有效折射率值和未刻蚀部分的有效折射率值强相关。当然，该预设深度处通常不位于p型波导层下表面，以避免释放有源层中的应力。有关脊型波导以及多模干涉波导的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

S209：在衬底背向传输层一侧表面设置第一电极，并在脊型波导背向衬底一侧表面以及多模干涉波导背向衬底一侧表面设置第二电极，以制成半导体激光相干阵列。

本步骤与上述发明实施例中S104基本类似，详细内容已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

本发明实施例所提供的一种半导体激光相干阵列的制备方法，具体提供了传输层、脊型波导以及多模干涉波导的具体结构，可以实现高光束质量的输出。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种半导体激光相干阵列以及一种半导体激光相干阵列的制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种半导体激光相干阵列，其特征在于，包括衬底、传输层、第一电极和第二电极；

所述传输层位于所述衬底表面，所述传输层背向所述衬底一侧表面刻蚀有至少三个相互平行的脊型波导，以及位于相邻两个所述脊型波导之间的多模干涉波导；所述多模干涉波导包括第一多模干涉波导和第二多模干涉波导，所述第一多模干涉波导与相邻两个所述脊型波导的反射面端部相接触，所述第二多模干涉波导与相邻两个所述脊型波导的出光面端部相接触，任意相邻两个所述脊型波导之间仅设置一个所述多模干涉波导，所述第一多模干涉波导和所述第二多模干涉波导沿垂直于所述脊型波导的方向交替分布；

任一所述脊型波导朝向反射面一侧均设置有用于产生单频激光的反射部件；所述第一电极位于所述衬底背向所述传输层一侧表面，所述第二电极位于所述脊型波导背向所述衬底一侧表面以及所述多模干涉波导背向所述衬底一侧表面。

2.根据权利要求1所述的半导体激光相干阵列，其特征在于，所述第一多模干涉波导与所述反射部件之间的距离的取值范围为200μm至300μm，包括端点值；所述第二多模干涉波导与所述脊型波导的出光面之间的距离的取值范围为200μm至300μm，包括端点值。

3.根据权利要求2所述的半导体激光相干阵列，其特征在于，所述脊型波导的宽度的取值范围为3μm至5μm，包括端点值；所述多模干涉波导的宽度的取值范围为15μm至30μm，包括端点值。

4.根据权利要求1所述的半导体激光相干阵列，其特征在于，所述反射部件包括以下任意一项或任意组合：

低阶布拉格反射光栅、高阶布拉格反射光栅、光子晶体、微纳深沟槽刻蚀结构。

5.根据权利要求4所述的半导体激光相干阵列，其特征在于，还包括：

位于所述传输层反射面的反射膜；

位于所述传输层出光面的抗反膜。

6.根据权利要求1至5任一项权利要求所述的半导体激光相干阵列，其特征在于，所述衬底为n型衬底；所述传输层包括：

位于所述衬底表面的n型包层；

位于所述n型包层背向所述衬底一侧表面的n型波导层；

位于所述n型波导层背向所述衬底一侧表面的有源层；

位于所述有源层背向所述衬底一侧表面的p型波导层；

位于所述p型波导层背向所述衬底一侧表面的p型包层；

位于所述p型包层背向所述衬底一侧表面的盖层。

7.根据权利要求6所述的半导体激光相干阵列，其特征在于，所述脊型波导的底面位于所述p型波导层的预设深度处，所述多模干涉波导的底面位于所述p型波导层的预设深度处。

8.一种半导体激光相干阵列的制备方法，其特征在于，包括：

在衬底的表面外延生长传输层；

在所述传输层背向所述衬底一侧表面中朝向反射面的端部设置反射部件；所述反射部件用于产生单频激光；

在所述传输层背向所述衬底一侧表面中位于所述反射部件与出光面之间的区域刻蚀至少三个相互平行的脊型波导以及位于相邻两个所述脊型波导之间的多模干涉波导；所述多模干涉波导包括第一多模干涉波导和第二多模干涉波导，所述第一多模干涉波导与相邻两个所述脊型波导的反射面端部相接触，所述第二多模干涉波导与相邻两个所述脊型波导的出光面端部相接触，任意相邻两个所述脊型波导之间仅设置一个所述多模干涉波导，所述第一多模干涉波导和所述第二多模干涉波导沿垂直于所述脊型波导的方向交替分布；

在所述衬底背向所述传输层一侧表面设置第一电极，并在所述脊型波导背向所述衬底一侧表面以及所述多模干涉波导背向所述衬底一侧表面设置第二电极，以制成所述半导体激光相干阵列。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述在衬底的表面外延生长传输层包括：

在n型衬底表面外延生长n型包层；

在所述n型包层表面外延生长n型波导层；

在所述n型波导层表面外延生长有源层；

在所述有源层表面外延生长p型波导层；

在所述p型波导层表面外延生长p型包层；

在所述p型包层表面外延生长盖层。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述在所述传输层背向所述衬底一侧表面中位于所述反射部件与出光面之间的区域刻蚀至少三个相互平行的脊型波导以及位于相邻两个所述脊型波导之间的多模干涉波导包括：

刻蚀所述盖层表面至所述p型波导层的预设深度处，以刻蚀出至少三个相互平行的脊型波导以及位于相邻两个所述脊型波导之间的多模干涉波导。

Images