CN110890691B - 一种半导体激光器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体激光器，传输层背向衬底一侧表面刻蚀有窄条形波导，沿窄条形波导轴线的一端设置有第一布拉格光栅，窄条形波导轴线的另一端设置有第二布拉格光栅，第一布拉格光栅中凸起处的折射率小于第二布拉格光栅中凸起处的折射率，第一布拉格光栅中凹陷处的折射率小于第二布拉格光栅中凹陷处的折射率；第一布拉格光栅的反射光谱与第二布拉格光栅的反射光谱在预设波长处重叠。上述半导体激光器输出的激光可以获得类似游标效应的反射光谱叠加，实现超窄化反射光谱，降低器件光谱线宽，实现高功率的窄线宽激光。本发明还提供了一种制备方法，同样具有上述有益效果。

Description

一种半导体激光器及其制备方法

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器以及一种半导体激光器的制备方法。

背景技术

半导体激光器为利用半导体材料作为增益介质的激光器，具有小巧、高效、寿命长、易于集成等优势。窄线宽半导体激光器，具有光谱线宽窄，输出功率高等优势，可作为具有窄吸收光谱特性的掺杂光纤和碱金属原子气体的理想泵浦源，在光通信、海洋探测、空间通信、原子钟泵浦等方面具有广泛的应用前景。

现有的单芯片窄线宽半导体激光器通常包括分布反馈(DFB)激光器,以及脊形DBR激光器，虽然在提高输出功率和降低光谱线宽等方面取得了很大的进步。但是，分布反馈半导体激光器(DFB)的光栅结构制备，一般需要二次外延或者电子束光刻等技术，导致芯片制备成本高、成品率低；脊形DBR激光器，一般采用脊形(宽度2-5微米)波导结构抑制高阶侧模，降低激光线宽，这导致其饱和输出功率低，无法实现高功率的窄线宽激光。

鉴于此，如何实现高功率、窄线宽的半导体激光输出，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体激光器，具有高功率、窄线宽的半导体激光输出；本发明的另一目的在于提供一种半导体激光器的制备方法，所制备而成的半导体激光器具有高功率、窄线宽的半导体激光输出。

为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体激光器，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窄条形波导，沿所述窄条形波导轴线的一端设置有第一布拉格光栅，沿所述窄条形波导轴线的另一端设置有第二布拉格光栅，所述第一布拉格光栅中凸起处的折射率小于所述第二布拉格光栅中凸起处的折射率，所述第一布拉格光栅中凹陷处的折射率小于所述第二布拉格光栅中凹陷处的折射率；所述第一布拉格光栅的反射光谱与所述第二布拉格光栅的反射光谱在预设波长处重叠；

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窄条形波导背向所述衬底一侧表面。

可选的，所述第一布拉格光栅的反射光谱与所述第二布拉格光栅的反射光谱重叠的宽度的取值范围为0.2nm至0.4nm，包括端点值。

可选的，所述第一布拉格光栅的反射光谱的中心反射波长与所述第二布拉格光栅的反射光谱的中心反射波长之间的差值的取值范围为0.1nm至0.3nm，包括端点值。

可选的，所述第一布拉格光栅中凸起的顶部与所述窄条形波导顶部的距离大于所述第二布拉格光栅中凸起的顶部与所述窄条形波导顶部的距离；所述第一布拉格光栅中凹陷的底部与所述窄条形波导顶部的距离大于所述第二布拉格光栅中凹陷的底部与所述窄条形波导顶部的距离。

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，所述第一布拉格光栅中凸起顶部位于所述p型包层或所述p型波导层，所述第一布拉格光栅中凹陷底部位于所述p型波导层；所述第二布拉格光栅中凸起顶部位于所述盖层，所述第二布拉格光栅中凹陷底部位于所述p型波导层。

可选的，所述窄条形波导包括第一窄条形波导段和第二窄条形波导段，所述第一窄条形波导段的宽度小于所述第二窄条形波导段，所述第一窄条形波导段与所述第二窄条形波导段沿所述窄条形波导的轴线交替设置；

所述第二电极位于所述第一窄条形波导段背向所述衬底一侧表面以及所述第二窄条形波导段背向所述衬底一侧表面。

本发明还提供了一种半导体激光器的制备方法，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刻蚀窄条形波导、第一布拉格光栅以及第二布拉格光栅；所述第一布拉格光栅位于所述窄条形波导沿轴线的一端，所述第二布拉格光栅位于所述窄条形波导沿轴线的另一端，所述第一布拉格光栅中凸起处的折射率小于所述第二布拉格光栅中凸起处的折射率，所述第一布拉格光栅中凹陷处的折射率小于所述第二布拉格光栅中凹陷处的折射率；所述第一布拉格光栅的反射光谱与所述第二布拉格光栅的反射光谱在预设波长处重叠；

在所述衬底背向所述传输层一侧表面设置第一电极，并在所述窄条形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器。

可选的，所述在所述传输层背向所述衬底一侧表面刻蚀窄条形波导、第一布拉格光栅以及第二布拉格光栅包括：

刻蚀所述传输层背向所述衬底一侧表面中对应所述第一布拉格光栅的区域至预设深度处；

在所述预设深度处刻蚀所述传输层以形成所述第一布拉格光栅；

刻蚀所述传输层背向所述衬底一侧表面中对应所述第二布拉格光栅的区域以形成所述第二布拉格光栅；

刻蚀所述传输层背向所述衬底一侧表面中对应所述窄条形波导的区域以形成所述窄条形波导；所述第一布拉格光栅中凸起的顶部与所述窄条形波导顶部的距离大于所述第二布拉格光栅中凸起的顶部与所述窄条形波导顶部的距离；所述第一布拉格光栅中凹陷的底部与所述窄条形波导顶部的距离大于所述第二布拉格光栅中凹陷的底部与所述窄条形波导顶部的距离。

可选的，在所述传输层背向所述衬底一侧表面刻蚀窄条形波导之后，还包括：

在所述传输层背向所述衬底一侧表面刻蚀第一窄条形波导段和第二窄条形波导段；所述第一窄条形波导段的宽度小于所述第二窄条形波导段，所述第一窄条形波导段与所述第二窄条形波导段沿所述窄条形波导的轴线交替设置；

所述在所述窄条形波导背向所述衬底一侧表面设置第二电极包括：

在所述第一窄条形波导段背向所述衬底一侧表面和所述第二窄条形波导段背向所述衬底一侧表面均设置第二电极。

本发明所提供的一种半导体激光器，传输层背向衬底一侧表面刻蚀有窄条形波导，沿窄条形波导轴线的一端设置有第一布拉格光栅，窄条形波导轴线的另一端设置有第二布拉格光栅，第一布拉格光栅中凸起处的折射率小于第二布拉格光栅中凸起处的折射率，第一布拉格光栅中凹陷处的折射率小于第二布拉格光栅中凹陷处的折射率；第一布拉格光栅的反射光谱与第二布拉格光栅的反射光谱在预设波长处重叠。

上述第一布拉格光栅的折射率与第二布拉格光栅的折射率不同，但是第一布拉格光栅的反射光谱与第二布拉格光栅的反射光谱在预设波长处重叠，并且由于第一布拉格光栅与第二布拉格光栅分别设置于窄条形波导的两端，使得半导体激光器输出的激光可以获得类似游标效应的反射光谱叠加，实现超窄化反射光谱，降低器件光谱线宽，实现高功率的窄线宽激光。

本发明还提供了一种半导体激光器的制备方法，所制备而成的半导体激光器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器的结构示意图；

图2为图1的正视结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种具体的半导体激光器的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的一种具体的半导体激光器的侧视结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的一种半导体激光器制备方法的流程图；

图6为本发明实施例所提供的一种具体的半导体激光器制备方法的流程图。

图中：1.衬底、2.传输层、3.窄条形波导、4.第一布拉格光栅、5.第二布拉格光栅、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、16.第一窄条形波导段、17.第二窄条形波导段。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种半导体激光器。在现有技术中，窄线宽半导体激光器通常包括分布反馈(DFB)激光器,以及脊形DBR激光器，虽然在提高输出功率和降低光谱线宽等方面取得了很大的进步。但是，分布反馈半导体激光器(DFB)的光栅结构制备，一般需要二次外延或者电子束光刻等技术，导致芯片制备成本高、成品率低；脊形DBR激光器，一般采用脊形(宽度2-5微米)波导结构抑制高阶侧模，降低激光线宽，这导致其饱和输出功率低，无法实现高功率的窄线宽激光。

而本发明所提供的一种半导体激光器，传输层背向衬底一侧表面刻蚀有窄条形波导，沿窄条形波导轴线的一端设置有第一布拉格光栅，窄条形波导轴线的另一端设置有第二布拉格光栅，第一布拉格光栅中凸起处的折射率小于第二布拉格光栅中凸起处的折射率，第一布拉格光栅中凹陷处的折射率小于第二布拉格光栅中凹陷处的折射率；第一布拉格光栅的反射光谱与第二布拉格光栅的反射光谱在预设波长处重叠。

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器的结构示意图；图2为图1的正视结构示意图。

参见图1以及图2，在本发明实施例中，半导体激光器包括衬底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1一侧表面刻蚀有窄条形波导3，沿所述窄条形波导3轴线的一端设置有第一布拉格光栅4，沿所述窄条形波导3轴线的另一端设置有第二布拉格光栅5，所述第一布拉格光栅4中凸起处的折射率小于所述第二布拉格光栅5中凸起处的折射率，所述第一布拉格光栅4中凹陷处的折射率小于所述第二布拉格光栅5中凹陷处的折射率；所述第一布拉格光栅4的反射光谱与所述第二布拉格光栅5的反射光谱在预设波长处重叠；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位于所述窄条形波导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1一侧表面刻蚀有窄条形波导3，第一布拉格光栅4以及第二布拉格光栅5。

上述窄条形波导3整体呈脊型，即窄条形波导3通常沿图中X轴方向延伸，该窄条形波导3通常是在传输层2表面刻蚀得到。窄条形波导3主要用于将激光波增益放大，以保证半导体激光干涉阵列可以输出足够功率的激光。窄条形波导3通常具有沿轴线两个相对的端部，即沿图中X轴先对的两个端部。上述第一布拉格光栅4以及第二布拉格光栅5分别位于窄条形波导3相对的两个端部，即沿窄条形波导3轴线的一端设置有第一布拉格光栅4，沿窄条形波导3轴线的另一端设置有第二布拉格光栅5。

需要说明的是，布拉格光栅均由两种折射率不同的部分交替分布构成，而上述第一布拉格光栅4以及第二布拉格光栅5均是在传输层2表面刻蚀而成，其中被刻蚀的部分为空气，未被刻蚀的部分为传输层2本身具体的材质，上述被刻蚀的部分以及未被刻蚀的部分会交替分布，以构成上述第一布拉格光栅4以及第二布拉格光栅5。具体的，上述第一布拉格光栅4中凸起处的折射率小于第二布拉格光栅5中凸起处的折射率，而第一布拉格光栅4中凹陷处的折射率小于第二布拉格光栅5中凹陷处的折射率。上述凸起处即对应未被刻蚀的部分，而凹陷处即对应被刻蚀的部分。上述第一布拉格光栅4中凸起处的折射率小于第二布拉格光栅5中凸起处的折射率，且第一布拉格光栅4中凹陷处的折射率小于第二布拉格光栅5中凹陷处的折射率，使得第一布拉格光栅4的折射率与第二布拉格光栅5的折射率并不相同，第一布拉格光栅4的高低折射率均小于第二布拉格光栅5的高低折射率。

需要说明的是，上述第一布拉格光栅4可以提供一单模激光，该单模激光会在窄条形波导3内传输；同时上述第二布拉格光栅5同样可以提供一单模激光，该单模激光会在窄条形波导3内传输。由于第一布拉格光栅4的折射率与第二布拉格光栅5的折射率并不相同，使得第一布拉格光栅4所对应的反射光谱的中心波长与第二布拉格光栅5所对应的反射光谱的中心波长同样并不相同。但是由于在本发明实施例中第一布拉格光栅4的反射光谱与第二布拉格光栅5的反射光谱在预设波长处重叠，即第一布拉格光栅4的反射光谱与第二布拉格光栅5的反射光谱部分重叠，则根据游标效应，可以在窄条形波导3内产生波长对应上述重叠部分的超窄线宽的激光。

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位于窄条形波导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。而上述窄条形波导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，该第二电极7通常不覆盖第一布拉格光栅4以及第二布拉格光栅5。

具体的，在本发明实施例中，通过对第一布拉格光栅4以及第二布拉格光栅5结构的具体限制，可以使得第一布拉格光栅4的反射光谱与所述第二布拉格光栅5的反射光谱重叠的宽度的取值范围为0.2nm至0.4nm，包括端点值。将第一布拉格光栅4的反射光谱与所述第二布拉格光栅5的反射光谱重叠的宽度可以有效减少半导体激光器最终输出激光的线宽。

具体的，在本发明实施例中，所述第一布拉格光栅4的反射光谱的中心反射波长与所述第二布拉格光栅5的反射光谱的中心反射波长之间的差值的取值范围为0.1nm至0.3nm，包括端点值。在本发明实施例中，通过对第一布拉格光栅4以及第二布拉格光栅5结构的具体限制，可以将第一布拉格光栅4的反射光谱的中心反射波长与第二布拉格光栅5的反射光谱的中心反射波长之间的差值限制在上述范围内，此时本发明实施例中第一布拉格光栅4的反射光谱的半高宽以及第二布拉格光栅5的反射光谱的半高宽通常均在0.5nm左右，可以实现较好的游标效应，以最终获得目标宽度的激光。

具体的，在本发明实施例中，所述第一布拉格光栅4中凸起的顶部与所述窄条形波导3顶部的距离大于所述第二布拉格光栅5中凸起的顶部与所述窄条形波导3顶部的距离；所述第一布拉格光栅4中凹陷的底部与所述窄条形波导3顶部的距离大于所述第二布拉格光栅5中凹陷的底部与所述窄条形波导3顶部的距离。

即在本发明实施例中，与窄条形波导3相比，传输层2表面刻蚀而成的第一布拉格光栅4所处的位置会低于第二布拉格光栅5所处的位置。具体的，第一布拉格光栅4中凸起的顶部与窄条形波导3顶部的距离大于第二布拉格光栅5中凸起的顶部与窄条形波导3顶部的距离；且第一布拉格光栅4中凹陷的底部与窄条形波导3顶部的距离大于第二布拉格光栅5中凹陷的底部与窄条形波导3顶部的距离。需要说明的是，上述窄条形波导3通常位于传输层2表面，窄条形波导3的上表面通常为刻蚀前原传输层2的上表面。通常情况下，上述第二布拉格光栅5通常与窄条形波导3大体处于同一平面，而第一布拉格光栅4通常会低于窄条形波导3以及第二布拉格光栅5设置。在具体设置的过程中，通常会先把传输层2中需要设置第一布拉格光栅4的区域整体减薄一定的厚度，再进行第一布拉格光栅4的制作。此时，第一布拉格光栅4的高低折射率均会低于第二布拉格光栅5对应的高低折射率。

作为优选的，在本发明实施例中，半导体激光器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。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器，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器的出光量。

本发明实施例所提供的一种半导体激光器，传输层2背向衬底1一侧表面刻蚀有窄条形波导3，沿窄条形波导3轴线的一端设置有第一布拉格光栅4，窄条形波导3轴线的另一端设置有第二布拉格光栅5，第一布拉格光栅4中凸起处的折射率小于第二布拉格光栅5中凸起处的折射率，第一布拉格光栅4中凹陷处的折射率小于第二布拉格光栅5中凹陷处的折射率；第一布拉格光栅4的反射光谱与第二布拉格光栅5的反射光谱在预设波长处重叠。

上述第一布拉格光栅4的折射率与第二布拉格光栅5的折射率不同，但是第一布拉格光栅4的反射光谱与第二布拉格光栅5的反射光谱在预设波长处重叠，并且由于第一布拉格光栅4与第二布拉格光栅5分别设置于窄条形波导3的两端，使得半导体激光器输出的激光可以获得类似游标效应的反射光谱叠加，实现超窄化反射光谱，降低器件光谱线宽，实现高功率的窄线宽激光。

有关本发明所提供的一种半导体激光器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器的俯视结构示意图；图4为本发明实施例所提供的一种具体的半导体激光器的侧视结构示意图。

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器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，用作半导体激光干涉阵列的增益区。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，降低半导体激光干涉阵列整体的电阻，提高效率。具体的，在本发明实施例中，所述第一布拉格光栅4中凸起顶部位于所述p型包层14或所述p型波导层13，所述第一布拉格光栅4中凹陷底部位于所述p型波导层13；所述第二布拉格光栅5中凸起顶部位于所述盖层15，所述第二布拉格光栅5中凹陷底部位于所述p型波导层13。

即在本发明实施例中，第二布拉格光栅5的上表面，即第二布拉格光栅5中凸起顶部与窄条形波导3的上表面相平齐，同为盖层15的上表面；而第二布拉格光栅5的下表面，即第二布拉格光栅5中凹陷底部位于p型波导层13，即第二布拉格光栅5通常是从盖层15刻蚀至波导层较浅的位置制备而成。

而在本发明实施例中，第一布拉格光栅4的上表面，即第一布拉格光栅4中凸起顶部具体位于p型包层14或p型波导层13，距离窄条形波导3上表面具有一定的距离；第一布拉格光栅4的下表面，即第一布拉格光栅4中凹陷底部位于p型波导层13，可以理解的是，在沿图中Z轴方向，第一布拉格光栅4中凹陷底部所处位置会低于第二布拉格光栅5中凹陷底部所处位置。此时，在本发明实施例中通常是先将传输层2中需要设置第一布拉格光栅4的区域中，先整体刻蚀至p型包层14或p型波导层13，然后继续沿Z轴向下刻蚀至p型波导层13较深的位置制备而成。

需要说明的是，在本发明实施例中第一布拉格光栅4、窄条形波导3以及第二布拉格光栅5的宽度，即沿图中Y轴方向的长度通常相同，并且窄条形波导3的厚度，即窄条形波导3沿图中Z轴方向的长度通常大于第一布拉格光栅4以及第二布拉格光栅5的厚度。换句话说，设置窄条形波导3时的刻蚀深度通常大于设置第一布拉格光栅4以及第二布拉格光栅5时的刻蚀深度。上述窄条形波导3在沿Z轴方向通常包括盖层15、p型包层14以及部分p型波导层13，上述窄条形波导3下表面与p型波导层13下表面通常具有一定的距离，该距离通常有其具体限制，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。上述窄条形波导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，降低半导体激光器的性能。

作为优选的，在本发明实施例中，所述窄条形波导3包括第一窄条形波导段16和第二窄条形波导段17，所述第一窄条形波导段16的宽度小于所述第二窄条形波导段17，所述第一窄条形波导段16与所述第二窄条形波导段17沿所述窄条形波导3的轴线交替设置；所述第二电极7位于所述第一窄条形波导段16背向所述衬底1一侧表面以及所述第二窄条形波导段17背向所述衬底1一侧表面。

上述窄条形波导3背向衬底1一侧表面通常还刻蚀有第一窄条形波导段16以及第二窄条形波导段17，其中第一窄条形波导段16的宽度会小于第二窄条形波导段17的宽度，通常情况下第二窄条形波导段17的宽度会与窄条形波导3的宽度相一致。上述第一窄条形波导段16与第二窄条形波导段17会交替设置，其中第一窄条形波导段16通常会连接相邻第二窄条形波导段17的中部，即第一窄条形波导段16的轴线与第二窄条形波导段17的轴线通常共线。

需要说明的是，上述第二窄条形波导段17通常是在窄条形波导3表面刻蚀第一窄条形波导段16时，同时形成的。上述第一窄条形波导段16与第二窄条形波导段17的厚度通常仅仅为盖层15的厚度，即在刻蚀第一窄条形波导段16与第二窄条形波导段17时，通常仅仅是将盖层15刻蚀呈上述结构，以形成第一窄条形波导段16与第二窄条形波导段17。相应的，上述第二电极7通常仅仅覆盖在第一窄条形波导段16与第二窄条形波导段17表面。上述第一窄条形波导段16与第二窄条形波导段17可以使窄条形波导3在增益放大单模激光的同时，可以抑制高阶横模，保证单模激光振荡。上述第一窄条形波导段16可以作为窄条形波导3中的空间电流调制结构，该第一窄条形波导段16可以抑制高阶横模的产生，以保证波导中振荡光束为单模光波。

还需要说明的是，在本发明实施例中窄条形波导3整体的宽度，即沿图中Y轴方向的长度在10μm至30μm之间，包括端点值；通常情况下，上述窄条形波导3整体的宽度通常在20μm至30μm之间，包括端点值。相应的，上述第二窄条形波导段17的宽度通常在20μm至30μm之间，包括端点值。相比于传统的宽度仅在3μm至6μm之间的脊型波导，本发明实施例中窄条形波导3可以获得大功率输出，同时由于第一窄条形波导段16与第二窄条形波导段17的设置，可以抑制高阶横模的产生，保证半导体激光器输出激光的质量。

本发明实施例所提供的一种半导体激光器，具体提供了传输层2、窄条形波导3、第一布拉格光栅4以及第二布拉格光栅5的具体结构，可以实现高功率的窄线宽激光输出；通过设置第一窄条形波导段16以及第二窄条形波导段17，可以抑制高阶横模的产生，以保证波导中振荡光束为单模光波。

下面对本发明所提供的一种半导体激光器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器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器制备方法的流程图。

参见图5，在本发明实施例中，所述半导体激光器的制备方法包括：

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刻蚀窄条形波导、第一布拉格光栅以及第二布拉格光栅。

在本发明实施例中，所述第一布拉格光栅位于所述窄条形波导沿轴线的一端，所述第二布拉格光栅位于所述窄条形波导沿轴线的另一端，所述第一布拉格光栅中凸起处的折射率小于所述第二布拉格光栅中凸起处的折射率，所述第一布拉格光栅中凹陷处的折射率小于所述第二布拉格光栅中凹陷处的折射率；所述第一布拉格光栅的反射光谱与所述第二布拉格光栅的反射光谱在预设波长处重叠。有关窄条形波导、第一布拉格光栅以及第二布拉格光栅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，通常会通过刻蚀工艺，通常会采用光刻和等离子刻蚀技术在传输层背向衬底一侧表面中刻蚀窄条形波导、第一布拉格光栅以及第二布拉格光栅。有关传输层表面结构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。

S103：在衬底背向传输层一侧表面设置第一电极，并在窄条形波导背向衬底一侧表面设置第二电极，以制成半导体激光器。

在本步骤中，通常首先会在窄条形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，以及在传输层的出光面镀抗反膜，即增透膜，以提高半导体激光器的性能。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器的制备方法，所制备而成的半导体激光器由于第一布拉格光栅的折射率与第二布拉格光栅的折射率不同，但是第一布拉格光栅的反射光谱与第二布拉格光栅的反射光谱在预设波长处重叠，并且由于第一布拉格光栅与第二布拉格光栅分别设置于窄条形波导的两端，使得半导体激光器输出的激光可以获得类似游标效应的反射光谱叠加，实现超窄化反射光谱，降低器件光谱线宽，实现高功率的窄线宽激光。

有关本发明所提供的一种半导体激光器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器制备方法的流程图。

参见图6，在本发明实施例中，所述半导体激光器的制备方法包括：

S201：在衬底的表面外延生长传输层。

具体的，本步骤通常包括：在n型衬底表面外延生长n型包层；在n型包层表面外延生长n型波导层；在n型波导层表面外延生长有源层；在有源层表面外延生长p型波导层；在p型波导层表面外延生长p型包层；在p型包层表面外延生长盖层。在本步骤中，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。

S202：刻蚀传输层背向衬底一侧表面中对应第一布拉格光栅的区域至预设深度处。

在本步骤中，通常具体会采用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对应第一布拉格光栅的区域至预设深度处，本步骤刻蚀到的位置即为第一布拉格光栅上表面的位置，即第一布拉格光栅凸起上端部的位置。具体的，该预设深度处通常位于p型包层或p型波导层。

S203：在预设深度处刻蚀传输层以形成第一布拉格光栅。

在本步骤中，通常会采用光刻和等离子刻蚀技术在S202中刻蚀的区域中继续刻蚀传输层以形成第一布拉格光栅。本步骤中刻蚀第一布拉格光栅的刻蚀位置通常仍处于p型波导层中。有关第一布拉格光栅的具体结构可以参考上述发明实施例，在此不再进行赘述。在本步骤中，通常会刻蚀至p型波导层的中等深度处。

S204：刻蚀传输层背向衬底一侧表面中对应第二布拉格光栅的区域以形成第二布拉格光栅。

在本步骤中，通常会采用光刻和等离子刻蚀技术刻蚀传输层背向衬底一侧表面中对应第二布拉格光栅的区域，以形成第二布拉格光栅。有关第二布拉格光栅的具体结构可以参考上述发明实施例，在此不再进行赘述。需要说明的是，本步骤与上述S203可以同时进行，即可以一次通过光刻和等离子刻蚀技术在传输层中同时刻蚀出第一布拉格光栅以及第二布拉格光栅，以节省半导体激光器的制备流程。在本步骤中，通常会刻蚀到p型波导层的较浅位置处。

S205：刻蚀传输层背向衬底一侧表面中对应窄条形波导的区域以形成窄条形波导。

在本发明实施例中，所述第一布拉格光栅中凸起的顶部与所述窄条形波导顶部的距离大于所述第二布拉格光栅中凸起的顶部与所述窄条形波导顶部的距离；所述第一布拉格光栅中凹陷的底部与所述窄条形波导顶部的距离大于所述第二布拉格光栅中凹陷的底部与所述窄条形波导顶部的距离。

在本步骤中，通常会采用光刻和等离子刻蚀技术刻蚀传输层背向衬底一侧表面中对应窄条形波导的区域，以形成窄条形波导。有关窄条形波导的具体结构可以参考上述发明实施例，在此不再进行赘述。在本步骤中，通常会刻蚀到p型波导层的较深位置处。

S206：在传输层背向衬底一侧表面刻蚀第一窄条形波导段和第二窄条形波导段。

在本发明实施例中，所述第一窄条形波导段的宽度小于所述第二窄条形波导段，所述第一窄条形波导段与所述第二窄条形波导段沿所述窄条形波导的轴线交替设置。

有关第一窄条形波导段和第二窄条形波导段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刻蚀窄条形波导背向衬底一侧表面中的预设区域，以形成第一窄条形波导段和第二窄条形波导段。在本步骤中，通常会刻蚀盖层以形成第一窄条形波导段和第二窄条形波导段。

S207：在衬底背向传输层一侧表面设置第一电极，并在第一窄条形波导段背向衬底一侧表面和第二窄条形波导段背向衬底一侧表面均设置第二电极，以制成半导体激光器。

本步骤具体会在第一窄条形波导段背向衬底一侧表面以及第二窄条形波导段背向衬底一侧表面设置上述第二电极。本步骤的其余内容已在上述发明实施例中S103进行介绍，详细内容请参考上述发明实施例，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器的制备方法，具体提供了传输层2、窄条形波导3、第一布拉格光栅以及第二布拉格光栅的具体制备工艺，可以实现高功率的窄线宽激光输出；通过设置第一窄条形波导段以及第二窄条形波导段，可以抑制高阶横模的产生，以保证波导中振荡光束为单模光波。

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器以及一种半导体激光器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 (8)

1.一种半导体激光器，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窄条形波导，沿所述窄条形波导轴线的一端设置有第一布拉格光栅，沿所述窄条形波导轴线的另一端设置有第二布拉格光栅，所述第一布拉格光栅中凸起处的折射率小于所述第二布拉格光栅中凸起处的折射率，所述第一布拉格光栅中凹陷处的折射率小于所述第二布拉格光栅中凹陷处的折射率；所述第一布拉格光栅的反射光谱与所述第二布拉格光栅的反射光谱在预设波长处重叠；

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窄条形波导背向所述衬底一侧表面；

所述第一布拉格光栅中凸起的顶部与所述窄条形波导顶部的距离大于所述第二布拉格光栅中凸起的顶部与所述窄条形波导顶部的距离；所述第一布拉格光栅中凹陷的底部与所述窄条形波导顶部的距离大于所述第二布拉格光栅中凹陷的底部与所述窄条形波导顶部的距离。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述第一布拉格光栅的反射光谱与所述第二布拉格光栅的反射光谱重叠的宽度的取值范围为0.2nm至0.4nm，包括端点值。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，所述第一布拉格光栅的反射光谱的中心反射波长与所述第二布拉格光栅的反射光谱的中心反射波长之间的差值的取值范围为0.1nm至0.3nm，包括端点值。

4.根据权利要求1所述的半导体激光器，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。

5.根据权利要求4所述的半导体激光器，其特征在于，所述第一布拉格光栅中凸起顶部位于所述p型包层或所述p型波导层，所述第一布拉格光栅中凹陷底部位于所述p型波导层；所述第二布拉格光栅中凸起顶部位于所述盖层，所述第二布拉格光栅中凹陷底部位于所述p型波导层。

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器，其特征在于，所述窄条形波导包括第一窄条形波导段和第二窄条形波导段，所述第一窄条形波导段的宽度小于所述第二窄条形波导段，所述第一窄条形波导段与所述第二窄条形波导段沿所述窄条形波导的轴线交替设置；

所述第二电极位于所述第一窄条形波导段背向所述衬底一侧表面以及所述第二窄条形波导段背向所述衬底一侧表面。

7.一种半导体激光器的制备方法，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刻蚀窄条形波导、第一布拉格光栅以及第二布拉格光栅；所述第一布拉格光栅位于所述窄条形波导沿轴线的一端，所述第二布拉格光栅位于所述窄条形波导沿轴线的另一端，所述第一布拉格光栅中凸起处的折射率小于所述第二布拉格光栅中凸起处的折射率，所述第一布拉格光栅中凹陷处的折射率小于所述第二布拉格光栅中凹陷处的折射率；所述第一布拉格光栅的反射光谱与所述第二布拉格光栅的反射光谱在预设波长处重叠；

在所述衬底背向所述传输层一侧表面设置第一电极，并在所述窄条形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器；

所述在所述传输层背向所述衬底一侧表面刻蚀窄条形波导、第一布拉格光栅以及第二布拉格光栅包括：

刻蚀所述传输层背向所述衬底一侧表面中对应所述第一布拉格光栅的区域至预设深度处；

在所述预设深度处刻蚀所述传输层以形成所述第一布拉格光栅；

刻蚀所述传输层背向所述衬底一侧表面中对应所述第二布拉格光栅的区域以形成所述第二布拉格光栅；

刻蚀所述传输层背向所述衬底一侧表面中对应所述窄条形波导的区域以形成所述窄条形波导；所述第一布拉格光栅中凸起的顶部与所述窄条形波导的距离大于所述第二布拉格光栅中凸起的顶部与所述窄条形波导的距离；所述第一布拉格光栅中凹陷的底部与所述窄条形波导的距离大于所述第二布拉格光栅中凹陷的底部与所述窄条形波导的距离。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述传输层背向所述衬底一侧表面刻蚀窄条形波导之后，还包括：

在所述传输层背向所述衬底一侧表面刻蚀第一窄条形波导段和第二窄条形波导段；所述第一窄条形波导段的宽度小于所述第二窄条形波导段，所述第一窄条形波导段与所述第二窄条形波导段沿所述窄条形波导的轴线交替设置；

所述在所述窄条形波导背向所述衬底一侧表面设置第二电极包括：

在所述第一窄条形波导段背向所述衬底一侧表面和所述第二窄条形波导段背向所述衬底一侧表面均设置第二电极。

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