CN113745968B - 一种半导体激光器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种半导体激光器及其制备方法，激光器包括：激光器外延结构，激光器外延结构包括衬底以及依次位于衬底一侧的光栅结构和脊形结构；光栅结构至少包括沿第一方向交替设置的第一介质层和第一子外延结构，第一介质层和第一子外延结构的折射率不同；脊形结构至少包括叠层设置的上光场限制层、上接触层和第一电极层，第一电极层位于上接触层远离衬底的一侧；位于衬底远离光栅结构一侧的第二电极层。本发明解决了现有技术中光栅结构在器件内部或者上表面时引起的光栅反射率较低、光损耗较高、耦合效率低、器件串联电阻较大以及成本高，而影响半导体激光器的器件性能和可靠性的技术问题。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体光电技术领域，尤其涉及一种半导体激光器及其制备方法。
背景技术
半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料，如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)等作为工作物质的激光器，具有体积小、效率高和寿命长等优点，在激光通信、激光存储、激光打印、激光陀螺、激光显示、激光测距和激光雷达等各方面都有重要应用，受到产业界和学术界的广泛关注。
分布式反馈半导体激光器需要制备光栅对模式进行选择。通常激光器采用外延生长的相似结构的材料形成光栅，材料之间的折射率差较小，因此需要很多对光栅，即使如此光栅的反射率依然较低。另外由于含内部光栅的DFB激光器需要进行多次外延生长，不仅制备工艺复杂，成本较高，且二次外延生长界面容易产生碳、氧、硅等沾污，严重影响了器件性能和可靠性，因此，DFB(Distributed Feedback Laser，DFB)半导体激光器通常采用表面光栅，即把光栅制备在激光器的上表面。表面光栅通常采用干法刻蚀制备，而干法刻蚀不仅会影响电流注入导致电流注入不均匀，还会产生悬挂键等表面态引起非辐射复合从而影响器件的效率。进一步的，为了减少刻蚀损伤的影响，通常表面光栅采用脊形侧壁光栅结构且刻蚀深度较浅，使得耦合效率较低，激光器容易出现多模。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种半导体激光器及其制备方法，解决了现有技术中光栅结构在器件内部或者上表面导致的反射率较低、耦合效率低、多次外延生长制备工艺复杂、成本较高，严重影响激光器的器件性能的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种半导体激光器，包括：激光器外延结构，所述激光器外延结构包括衬底以及依次位于所述衬底一侧的光栅结构和脊形结构；
所述光栅结构至少包括沿第一方向交替设置的第一介质层和第一子外延结构，所述第一介质层和所述第一子外延结构的折射率不同；所述第一方向与所述衬底所在平面平行，且与所述衬底指向所述第一子外延结构的方向相交；
所述脊形结构至少包括叠层设置的上光场限制层、上接触层和第一电极层，所述第一电极层位于所述上接触层远离所述衬底的一侧；
位于所述衬底远离所述光栅结构一侧的第二电极层。
可选的，所述第一子外延结构至少包括叠层设置的缓冲层和下光场限制层，所述下光场限制层位于远离所述衬底的一侧。
可选的，所述激光器外延结构还包括至少一层公共外延层，所述公共外延层位于所述第一子外延结构远离所述衬底的一侧；
所述公共外延层与所述第一介质层具备第一有效折射率，所述公共外延层和所述第一子外延结构具备第二有效折射率，所述第一有效折射率与所述第二有效折射率不同。
可选的，所述第一子外延结构包括所述缓冲层和所述下光场限制层；所述公共外延层包括叠层设置的下波导层、有源区、上波导层、所述上光场限制层和所述上接触层，所述上接触层位于远离所述衬底的一侧；
或者，所述第一子外延结构包括叠层设置的所述缓冲层、所述下光场限制层和所述下波导层；所述公共外延层包括叠层设置的所述有源区、所述上波导层、所述上光场限制层和所述上接触层，所述上接触层位于远离所述衬底的一侧；
或者，所述第一子外延结构包括叠层设置的所述缓冲层、所述下光场限制层、所述下波导层和所述有源区；所述公共外延层包括叠层设置的所述上波导层、所述上光场限制层和所述上接触层，所述上接触层位于远离所述衬底的一侧；
或者，所述第一子外延结构包括叠层设置的所述缓冲层、所述下光场限制层、所述下波导层、所述有源区和所述上波导层；所述公共外延层包括叠层设置的所述上光场限制层和所述上接触层，所述上接触层位于远离所述衬底的一侧；
或者，所述第一子外延结构包括叠层设置的所述缓冲层、所述下光场限制层、所述下波导层、所述有源区、所述上波导层和所述上光场限制层；所述公共外延层包括所述上接触层，所述上接触层位于远离所述衬底的一侧。
可选的，所述第一子外延结构包括叠层设置的所述缓冲层、所述下光场限制层、下波导层、有源区、上波导层、所述上光场限制层和所述上接触层，所述上接触层位于远离所述衬底的一侧；
所述脊形结构包括部分所述第一介质层、部分所述上光场限制层、所述上接触层和所述第一电极层。
可选的，所述第一有效折射率满足：
所述第二有效折射率满足：
其中，
1≤i≤k，1≤j≤m，且i、j、m、k为正整数；
Pi为所述激光激射模式在所述公共外延层第i层的光强与所述激光激射模式总光强的比值，ni为所述公共外延层中第i层的折射率；Pa为所述激光激射模式在所述第一介质层的光强与所述激光激射模式总光强的比值，na为所述第一介质层的折射率；Pbj为所述激光激射模式在所述第一子外延结构第j层的光强与所述激光激射模式总光强的比值，nbj为所述第一子外延结构第j层的折射率。
可选的，所述半导体激光器还包括位于所述第一电极层远离所述衬底一侧的连接电极；
所述连接电极的厚度大于所述第一电极层的厚度，且所述连接电极在所述衬底所在平面上的垂直投影覆盖所述脊形结构在所述衬底所在平面上的垂直投影。
可选的，所述半导体激光器还包括位于所述第一电极层与所述连接电极之间的第二介质层。
第二方面，本发明实施例提供了一种半导体激光器的制备方法，用于制备第一方面所述的半导体激光器，包括：
提供衬底，
制备激光器外延结构，所述激光器外延结构包括衬底以及依次位于所述衬底一侧的光栅结构和脊形结构；
在所述衬底的一侧制备光栅结构，所述光栅结构至少包括沿第一方向交替设置的第一介质层和第一子外延结构，所述第一介质层和所述第一子外延结构的有效折射率不同；所述第一方向与所述衬底所在平面平行，且与所述衬底指向所述第一子外延结构的方向相交；
在所述光栅结构远离所述衬底的一侧制备脊形结构，至少刻蚀叠层设置的部分上光场限制层、上接触层和第一电极层形成脊形结构，所述第一电极层位于所述上接触层远离所述衬底的一侧；
在位于所述衬底远离所述光栅结构的一侧制备第二电极层；
对所述外延结构进行划片、解理、镀膜以及裂片工艺，形成半导体激光器。
可选的，在至少刻蚀叠层设置的部分上光场限制层、上接触层和第一电极层形成脊形结构之后，还包括；
在所述第一电极层远离所述衬底的一侧制备第二介质层；
在所述第一电极层远离所述衬底的一侧制备连接电极，所述连接电极的厚度大于所述第一电极层的厚度，且所述连接电极在所述衬底所在平面上的垂直投影覆盖所述脊形结构在所述衬底所在平面上的垂直投影，所述第二介质层位于所述第一电极层与所述连接电极之间。
本发明实施例提供的一种半导体激光器，与传统的DFB激光器光栅结构在器件内部或者上表面不同，本发明提出的DFB激光器的光栅结构做到激光器衬底的一侧，形成介质膜-外延层光栅结构，光栅结构至少包括沿第一方向交替设置的第一介质层和第一子外延结构，采用介质膜与外延层形成光栅，保证第一介质层和第一子外延结构的折射率存在较大折射率差，有效提升光栅的反射率，从而更好的实现光栅结构选模的功能；进一步的，将光栅结构与脊形结构分开，从而可以有效避免光栅对电流注入面积的影响，进而降低器件的串联电阻，提升器件性能。采用该结构，本发明提出的新型的分布式反馈激光器结构具有光栅反射率高、损耗低、耦合效率高、器件串联电阻小和成本低等优点，可以大幅降低器件成本，显著提升半导体激光器的器件性能和可靠性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的一种半导体激光器的表面结构示意图；
图2为图1中沿AA’方向的截面示意图；
图3为图1中沿BB’方向的截面示意图；
图4本发明实施例提供的一种半导体激光器的制备方法流程示意图；
图5所示为制备出光栅图形后的衬底表面结构示意图；
图6为制备出光栅图形后的衬底沿着AA’的截面示意图；
图7为生长完激光器结构后的外延片沿着AA’的截面示意图；
图8为刻蚀制备完脊形后的外延片表面结构示意图；
图9为刻蚀制备完脊形后的外延片沿着BB’的截面示意图；
图10为刻蚀制备完脊形后的外延片沿着CC’的截面示意图；
图11为沉积完介质膜后外延片沿着CC’的截面示意图；
图12为剥离介质膜后外延片沿着CC’的截面示意图；
图13为衬底面制备第二电极后外延片沿着CC’的截面示意图；
图14本发明实施例提供的另一种半导体激光器的制备方法流程示意图。
以下为附图标记说明：
图中101为衬底，102为第一介质层，103为缓冲层，104为下光场限制层，105为下波导层，106为有源区，107为上波导层，108为上光场限制层，109为上接触层，110为第一电极层，111为光刻胶，112为第二介质层，113为连接电极，114为第二电极层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。
实施例
本发明实施例提供一种半导体激光器。图1为本发明实施例提供的一种半导体激光器的表面结构示意图；图2为图1中沿AA’方向的截面示意图；图3为图1中沿BB’方向的截面示意图。如图1-3所示，半导体激光器包括：激光器外延结构，激光器外延结构包括衬底101以及依次位于衬底101一侧的光栅结构20和脊形结构30；
光栅结构20至少包括沿第一方向(如图中X方向所示)交替设置的第一介质层102和第一子外延结构201，第一介质层102和第一子外延结构201的折射率n不同；第一方向与衬101底所在平面平行，且与衬底101指向(如图中Y方向所示)第一子外延结构201的方向相交；
脊形结构20至少包括叠层设置的上光场限制层109、上接触层109和第一电极层110，第一电极层110位于远离衬底101的一侧；
位于衬底101远离光栅结构20一侧的第二电极层113。
示例性的，图1-3所示，本发明实施例提供的半导体激光器包括激光器外延结构，外延结构作为激光器的主要发光结构，激光器外延结构包括衬底101依次位于衬底101一侧的光栅结构20和脊形结构30。其中，衬底101材料包括GaAs、InP、GaN、AlGaN、InGaN、AlN、蓝宝石、SiC、Si和SOI中的任意一种或两种以上的组合。
由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅(Grating)。一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝，由于不透光部分和透光部分的存在折射率差，从而满足光栅选模的要求。然而，采用干法刻蚀制备，一方面会影响电流注入导致电流注入不均匀，产生悬挂键等表面态引起非辐射复合从而影响器件的效率；另一方面，为了减少刻蚀损伤的影响，通常表面光栅采用脊形侧壁光栅结构且刻蚀深度较浅，使得耦合效率较低，激光器容易出现多模，影响器件的性能。在上述问题的基础上，本发明实施例提供了一种介质膜与外延层形成的光栅结构，有效提高光栅的折射率差，从而提升光栅的反射率，更好的实现单模工作。
示例性的，光栅结构20至少包括沿第一方向(如图中X方向所示)交替设置的第一介质层102和第一子外延结构201，形成介质膜-外延层光栅结构。其中，第一介质层材料包括HfO2、Si、SiO2、SiNx、SiON、Al2O3、AlON、SiAlON、TiO2、Ta2O5、ZrO2、MgO和多晶硅等材料中的任意一种或两种以上的组合。第一子外延结构201可以为沿Y方向层叠设置的多层外延层，如图2所示，本实施例以第一子外延结构201包括层叠设置的两层外延层为例进行说明。可选的，第一子外延结构201的材料包括
Alx1Iny1Ga1-x1-y1Asx2Py2N1-x2-y2，满足，0≤x1≤1、0≤y1≤1、0≤x2≤1、0≤y2≤1、0≤(x1+y1)≤1、0≤(x2+y2)≤1，使其外延层具有多种半导体材料可选择。例如，材料GaN，根据分布式反馈激光器的特性，选择不同的外延层半导体材料，这里不做具体的限定。其中，定义X方向与衬101底所在平面平行，且与衬底101指向(如图中Y方向所示)第一子外延结构的方向相交。
具体的，通过合理选择第一介质层102和第一子外延结构201的材料实现第一介质层102的折射率n1和第一子外延结构201的折射率n2不同，满足光栅结构形成的条件。示例性的，通过控制折射率n1和折射率n2的折射率差δn，可有效控制光栅结构20的选模模式，可选择单模激光或多模激光输出。具体的，当折射率n1和折射率n2的折射率差δn较大时，可以有效提升光栅结构的反射率，从而更好的实现单模工作。设置相邻的第一介质层102在X方向上的宽度L1和第一子外延结构201在X方向上的宽度L2之和为光栅结构20的光栅周期L，通过调整光栅周期L实现光栅结构20满足单一激光波长λ的光栅方程，从而满足有且只有一个激光激射模式λ的单模工作的要求。进一步的，与传统的通过干法刻蚀制备表面光栅相比，本发明提出的介质膜-外延层光栅结构采用预先制备介质膜的光栅图形，然后外延生长外延层半导体材料得到介质膜与半导体材料形成的介质膜-外延层光栅结构，由于外延生长的半导体材料缺陷较少，远少于干法刻蚀导致的缺陷，光栅损耗更低；
同时，光栅结构20和脊形结构30在衬底101一侧形成多层外延层，脊形结构30至少包括在光栅结构20远离衬底101的一侧层叠生长的上光场限制层109、上接触层109和第一电极层110，采用脊形结构30可以增强半导体激光器中的电流限制和光场限制。通常，在传统的半导体光栅结构中，为了减少光栅刻蚀损伤的影响，通常表面光栅采用脊形侧壁光栅结构且刻蚀深度较浅，使得耦合效率较低，激光器容易出现多模，而介质膜-外延层光栅结构可以采用外延生长的方式得到高反射率的脊形光栅，材料中的缺陷很少，并且可在Y方向可得到深光栅结构，进而可以有效增加光栅结构20与激光器外延结构内激光光场的重叠，从而有效提升光栅的耦合效率；同时，无论是在脊形侧壁还是在脊形上制备光栅都会减小电流的注入面积，因此都会增加器件的串联电阻，而本实施例提出的结构，脊形结构30不受光栅结构20的影响，可以增大脊形面积，增大脊形电流注入面积，降低器件的串联电阻，提升器件性能；在衬底101一侧设置介质膜-外延层光栅结构可以有效避免光栅结构对电流注入面积的影响，进而降低器件的串联电阻，提升器件性能。进一步的，介质膜-外延层光栅结构仅需进行一次外延生长即可，因此，可以有效降低器件成本。
设置第一电极层110位于上接触层109远离衬底101一侧，使第一电极层110与上接触层109之间具有较好的欧姆接触，有利于提高载流子的注入效率。第一电极层110材料包括Ni、Ti、Pd、Pt、Au、Al、Cr、TiN、ITO、AuGe、AuGeNi和IGZO中的任意一种或两种以上的组合。
综上所述，本发明实施例提供的一种半导体激光器，与传统的DFB激光器光栅结构在器件内部或者上表面不同，本发明提出的DFB激光器的光栅结构做到激光器衬底的一侧，形成介质膜-外延层光栅结构，光栅结构至少包括沿第一方向交替设置的第一介质层和第一子外延结构，采用介质膜与外延层形成光栅，当第一介质层和第一子外延结构的折射率存在较大折射率差时，可有效提升光栅的反射率，从而更好的保证光栅结构满足有且只有一个激光激射模式，实现单模工作光栅选模的功能；进一步的，将光栅结构与脊形结构分开，从而可以有效避免光栅对电流注入面积的影响，进而降低器件的串联电阻，提升器件性能。采用该结构，本发明提出的新型的分布式反馈激光器结构具有光栅反射率高、损耗低、耦合效率高、器件串联电阻小和成本低等优点，可以大幅降低器件成本，显著提升半导体激光器的器件性能和可靠性。
可选的，如图2所示，第一子外延结构201至少包括叠层设置的缓冲层103和下光场限制层104，下光场限制层104位于远离衬底101的一侧。
示例性的，如图2所示，以第一子外延结构201包括叠层设置的缓冲层103和下光场限制层104为例，第一子外延结构201可以为多层外延层的层叠设置，缓冲层103和下光场限制层104的材料和折射率不同，使第一子外延结构201和第一介质层102形成介质膜-外延层光栅结构，其中，下光场限制层104位于远离衬底101的一侧，如图2中Y方向所示。
可选的，继续参考图2，激光器外延结构还包括至少一层公共外延层40，公共外延层40位于第一子外延结构201远离衬底101的一侧；
公共外延层40与第一介质层102具备第一有效折射率N1，公共外延层40和第一子外延结构201具备第二有效折射率N2，第一有效折射率与第二有效折射率不同。
示例性的，继续参考图2，激光器外延结构较复杂，具有多层外延结构层叠设置形成稳定单模输出的激光谐振腔结构。具体的，激光器外延结构还包括至少一层公共外延层40，具有激发光波和限制光场分布的功能，设置公共外延层40沿第一子外延结构201远离衬底101的一侧层叠设置。通常激光波导的光场在公共外延层40、第一介质层102和第一子外延结构201中并不能均匀分布，当激光波导在激光谐振腔内多次振荡中激发输出过程中存在光损耗。通过设置公共外延层40和第一介质层102的结构组合具有第一有效折射率N1，公共外延层40和第一子外延结构201的结构组具有第二有效折射率N2，使第一有效折射率N1和第二有效折射率N2存在折射率差，当折射率差值越大，光栅结构20的反射率越大，光栅光损耗越小，从而实现更好的单模工作。
可选的，第一有效折射率N1满足：
第二有效折射率N2满足：
其中，
1≤i≤k，1≤j≤m，且i、j、m、k为正整数；
Pi为激光激射模式在公共外延层第i层的光强与激光激射模式总光强的比值，ni为公共外延层中第i层的折射率；Pa为激光激射模式在第一介质层的光强与激光激射模式总光强的比值，na为第一介质层的折射率；Pbj为激光激射模式在第一子外延结构第j层的光强与激光激射模式总光强的比值，nbj为第一子外延结构第j层的折射率。
示例性的，继续参照图2，设置公共外延层40和第一介质层102的组合结构的第一有效折射率N1满足比例关系：
以及公共外延层40和第一子外延结构201的结构组合的第二有效折射率N2满足：
其中，
1≤i≤k，1≤j≤m，且i、j、m、k为正整数。
公共外延层为至少一层设置的外延层，由于材料折射率不同，其中，Pi为激光激射模式在公共外延层第i层的光强与激光激射模式总光强的比值，ni为公共外延层中第i层的折射率，光场在公共外延层中的强度分布不同，第一有效折射率N1和第二有效折射率N2的折射率差值影响光强在公共外延层和光栅结构的分布，直接影响光栅的反射率、光损耗以及模式选择。参考第二有效折射率N2满足：
可知，通过合理设置公共外延层结构40和光栅结构20，具体的，设置光栅结构20至少包括沿X方向交替设置的第一介质层102和第一子外延结构201，选择半导体外延层的材料不同，调整第一介质层102和第一子外延结构201的折射率差值，可以增大光栅结构20对光的反射率，降低光损耗，进而影响激光器单模工作。
需要说明的是，当第一子外延结构201为单层外延层时，第二有效折射率满足：
nb1为第一子外延结构201的折射率，Pb1为激光激射模式在第一子外延结构的光强与激光激射模式总光强的比值。
当第一子外延结构201为多个叠层设置的外延层层时，示例性的，如图2所示，第一子外延结构201包括缓冲层103和下光场限制层104，
其中，nb1为缓冲层103的折射率，Pb1为激光激射模式在缓冲层103的光强与激光激射模式总光强的比值，nb2为下光场限制层104，的折射率，Pb2为激光激射模式在下光场限制层104的光强与激光激射模式总光强的比值。据此类推，当第一子外延结构201包括m个叠层设置的外延层时，公共外延层40和第一子外延结构201的结构组合的第二有效折射率N2满足满足：
可选的，第一子外延结构201包括缓冲层103和下光场限制层104；公共外延层40包括叠层设置的下波导层105、有源区106、上波导层107、上光场限制层108和上接触层109，上接触层109位于远离衬底101的一侧，如图2所示；
或者，第一子外延结构包括叠层设置的缓冲层、下光场限制层和下波导层；公共外延层包括叠层设置的有源区、上波导层、上光场限制层和上接触层，上接触层位于远离衬底的一侧(此结构，图中未示出)；
或者，第一子外延结构包括叠层设置的缓冲层、下光场限制层、下波导层和有源区；公共外延层包括叠层设置的上波导层、上光场限制层和上接触层，上接触层位于远离衬底的一侧(此结构，图中未示出)；
或者，第一子外延结构包括叠层设置的缓冲层、下光场限制层、下波导层、有源区和上波导层；公共外延层包括叠层设置的上光场限制层和上接触层，上接触层位于远离衬底的一侧(此结构，图中未示出)；
或者，第一子外延结构包括叠层设置的缓冲层、下光场限制层、下波导层、有源区、上波导层和上光场限制层；公共外延层包括上接触层，上接触层位于远离衬底的一侧(此结构，图中未示出)。
示例性的，通过合理设置光栅结构20的第一子脊形结构201的外延层结构，存在多种深光栅的介质膜-外延层光栅结构，具体的，第一子外延结构201包括缓冲层103和下光场限制层104，公共外延层40包括叠层设置的下波导层105、有源区106、上波导层107、上光场限制层108和上接触层109为例进行说明。如图2所示，第一子脊形结构201和第一介质层102形成的光栅结构，增加了光栅结构20与激光器光场的重叠面积，从而有效提升光栅的耦合效率。相似的，第一子外延结构201的外延层结构逐渐增加，进一步增加了介质膜-外延层光栅结构在图中Y方向的深度，得到具有深光栅结构的介质膜-外延层光栅结构，增加光栅结构与激光器外延结构内激光光场的重叠，从而有效提升光栅的耦合效率。具体的结构，这里不做一一的列举。
可选的，第一子外延结构包括叠层设置的缓冲层、下光场限制层、下波导层、有源区、上波导层、上光场限制层和上接触层，上接触层位于远离衬底的一侧；脊形结构包括部分第一介质层、部分上光场限制层、上接触层和第一电极层。
示例性的，进一步的，设置第一子外延结构包括叠层设置的缓冲层、下光场限制层、下波导层、有源区、上波导层、上光场限制层和上接触层，使得光栅结构20贯穿激光器外延结构的所有光场区，并且脊形结构包括部分第一介质层、部分上光场限制层、上接触层和第一电极层，光栅结构和脊形结构在远离衬底一侧方向上存在部分重叠设置。与传统的脊形侧壁光栅结构相比，脊形结构不受侧壁光栅的影响，一方面可以增大脊形面积，增大脊形电流注入面积，降低器件的串联电阻，提升器件性能；另一方面，增大激光波导在光栅结构和脊形结构的分布，可以有效增加光栅结构20内的激光光场，从而有效提升光栅的耦合效率。
可选的，继续参照如2和图3，半导体激光器还包括位于第一电极110远离衬底101一侧的连接电极113；
连接电极113的厚度大于第一电极层110的厚度，且连接电极113在衬底101所在平面上的垂直投影覆盖脊形结构30在衬底101所在平面上的垂直投影。
可选的，半导体激光器还包括位于第一电极层110与连接电极113之间的第二介质层112。
示例性的，通常脊形结构30宽度较窄以及第一电极层110相对较薄，不利于实际的生产电连接，为了增加脊形结构上表面第一电极层110的导电性和电连接的可操作性，在第一电极层110远离衬底101一侧沉积厚度大于第一电极层110厚度的连接电极113，作为加厚电极，方便激光器电连接制备。其中，设置连接电极113在衬底101所在平面上的垂直投影覆盖脊形结构30在衬底101所在平面上的垂直投影，使第一电极层110与第二电极层114形成注入载流子的电极对，提高载流子的注入效率。
具体的，继续参照图3，为了避免第一电极层110与连接电极113发生电连接短路，在第一电极层110与连接电极113之间增设介质膜形成第二介质层112，第一介质层102覆盖剩余部分上光场限制层108以及脊形结构30的侧壁，使第一电极层110与连接电极113之间电绝缘。其中，第二介质层112的介质膜材料包括Ni、Ti、Pd、Pt、Au、Al、Cr、TiN、ITO、AuGe、AuGeNi和IGZO中的任意一种或两种以上的组合。
综上，本发明实施例提出的介质膜-外延层光栅结构的分布式反馈激光器具有光栅反射率高、损耗低、耦合效率高以及器件串联电阻小与成本低等优点，显著提升DFB激光器的器件性能和可靠性，并大幅降低器件成本。
本发明实施例提供了一种半导体激光器的制备方法，用于制备上述实施例所述的半导体激光器。图4本发明实施例提供的一种半导体激光器的制备方法流程示意图；图5所示为制备出光栅图形后的衬底表面结构示意图；图6为制备出光栅图形后的衬底沿着AA’的截面示意图；图7为生长完激光器结构后的外延片沿着AA’的截面示意图；图8为刻蚀制备完脊形后的外延片表面结构示意图；图9为刻蚀制备完脊形后的外延片沿着BB’的截面示意图；图10为刻蚀制备完脊形后的外延片沿着CC’的截面示意图；图11为沉积完介质膜后外延片沿着CC’的截面示意图；图12为剥离介质膜后外延片沿着CC’的截面示意图；图13为衬底面制备第二电极后外延片沿着CC’的截面示意图。如图4-13所示，半导体激光器的制备方法包括：
S101、提供衬底。
具体的，衬底材料包括GaAs、InP、GaN、AlGaN、InGaN、AlN、蓝宝石、SiC、Si和SOI中的任意一种或两种以上的组合。
S102、制备激光器外延结构，激光器外延结构包括衬底以及依次位于衬底一侧的光栅结构和脊形结构，在衬底的一侧制备光栅结构，光栅结构至少包括沿第一方向交替设置的第一介质层和第一子外延结构，第一介质层和第一子外延结构的折射率不同；第一方向与衬底所在平面平行，且与衬底指向第一子外延结构的方向相交。
具体的，制备光栅结构20，在衬底101上沉积介质膜，然后旋涂光刻胶，采用光刻技术光刻出光栅图形，采用干法刻蚀或湿法腐蚀将光栅图形转移到介质膜中，形成第一介质层102的结构，如图1和图2所示，沿图中X方向，第一介质层102的宽度为L1，相邻两个第一介质层102的间距为L2。
以制备第一子外延结构包括缓冲层103和下光场限制层104，激光器结构外延结构还包括下光场限制层104远离衬底一侧的下波导层105、有源区106、上波导层107、上光场限制层108和上接触层109为例进行说明。进一步清洗衬底101，随后放进反应室，采用一次外延生长的方式在先在相邻两个第一介质层102的间距为L2内生长第一子外延结构201，然后继续生长激光器外延结构多层外延层，具体的，依次外延生长缓冲层、下光场限制层、下波导层、有源区、上波导层、上光场限制层和上接触层，形成激光器结构，如图7所示，与现有技术相比，只需采用依次外延生长即可制备得到光栅结构和多层外延层。结合图2所示，第一介质层102和第一子外延结构201形成介质膜-外延层光栅结构，继续参照图2，通过设置第一介质层102和第一子外延结构201在X方向上的宽度调整光栅周期，满足有且只要一个激光激射模式输出；选择第一介质层102和第一子外延结构201的折射率差值较大的不同材料，提高光栅结构20对激光波导的反射率，实现更好的单模工作。
示例性的，根据激光器外延结构，第一子外延结构201包括缓冲层103和下光场限制层104，或者第一子外延结构201包括缓冲层103、下光场限制层104、下波导层105、有源区106、上波导层107、上光场限制层108和上接触层109，更多的第一子外延结构201结构这里不再做一一列举，可以根据激光器结构设定。第一子外延结构201的材料包括
Alx1Iny1Ga1-x1-y1Asx2Py2N1-x2-y2，满足，0≤x1≤1、0≤y1≤1、0≤x2≤1、0≤y2≤1、0≤(x1+y1)≤1、0≤(x2+y2)≤1，使其外延层具有多种半导体材料可选择。
S103、在光栅结构远离衬底的一侧制备脊形结构，至少刻蚀叠层设置的上光场限制层、上接触层和第一电极层形成脊形结构，第一电极层位于上接触层远离衬底的一侧。
具体的，清洗制备得到的激光器外延片，在外延片远离衬底的一侧表面沉积第一电极并进行退火，以激光器外延结构外延片的上接触层109形成较好的欧姆接触形成第一电极层110，作为半导体激光器的第一电极，用于激光器受激辐射工作的载流子注入。进一步，在外延片表面旋涂光刻胶，采用光刻技术光刻出脊形图形，随后进行干法刻蚀或湿法腐蚀刻蚀叠层设置的部分上光场限制层108、上接触层109和第一电极层110形成脊形结构30，如图8-10所示。其中，保留刻蚀掩膜111，进一步制备外延结构，如图9和10所示
S104、在位于衬底远离光栅结构的一侧制备第二电极层。
具体的，对制备得到的外延机构进行减薄、研磨和抛光，在衬底101远离光栅结构20的一侧沉积第二电极层114，制备得到半导体激光器的第二电极，如图13所示。第二电极层114与第一电极层110相对设置，如图13所示。其中，第一电极层和第二电极层的材料包括Ni、Ti、Pd、Pt、Au、Al、Cr、TiN、ITO、AuGe、AuGeNi和IGZO中的任意一种或两种以上的组合。
S105、对外延结构进行划片、解理、镀膜以及裂片工艺，形成半导体激光器。
具体的，根据激光器生产的需要，进一步对外延结构进行合理的划片、解理、镀膜以及裂片工艺，制备得到需要的半导体激光器。
综上所述，本发明实施例提供的一种半导体激光器的制备方法，制备得到光栅结构在激光器外延结构内部，光栅结构做到激光器衬底的一侧，形成介质膜-外延层光栅结构，光栅结构至少包括沿第一方向交替设置的第一介质层和第一子外延结构，采用介质膜与外延层形成光栅，当第一介质层和第一子外延结构的折射率存在较大折射率差时，可有效提升光栅的反射率，从而更好的保证光栅结构满足有且只有一个激光激射模式，实现单模工作光栅选模的功能；进一步的，将光栅结构与脊形结构分开，从而可以有效避免光栅对电流注入面积的影响，进而降低器件的串联电阻，提升器件性能。采用该结构，本发明提出的新型的分布式反馈激光器结构具有光栅反射率高、损耗低、耦合效率高、器件串联电阻小和成本低等优点，可以大幅降低器件成本，显著提升半导体激光器的器件性能和可靠性。
图14本发明实施例提供的另一种半导体激光器的制备方法流程示意图，本发明实施例还提供了一种半导体激光器的制备方法，如14所示，半导体激光器的制备方法包括：
S201、提供衬底。
S202、制备激光器外延结构，激光器外延结构包括衬底以及依次位于衬底一侧的光栅结构和脊形结构，在衬底的一侧制备光栅结构，光栅结构至少包括沿第一方向交替设置的第一介质层和第一子外延结构，第一介质层和第一子外延结构的折射率不同；第一方向与衬底所在平面平行，且与衬底指向第一子外延结构的方向相交。
S203、在光栅结构远离衬底的一侧制备脊形结构，至少刻蚀叠层设置的上光场限制层、上接触层和第一电极层形成脊形结构，第一电极层位于上接触层远离衬底的一侧。
S204、在第一电极层远离衬底的一侧制备第二介质层。
具体的，在外延片表面沉积介质膜，如图11所示，随后采用脊形结构上方的光刻胶111进行剥离，由于保留了刻蚀掩膜111，在去除脊形结构表面的第一介质层112的过程中起到保护第一电极层110的作用，随后将脊形结构上表面的刻蚀掩膜111进行剥离，形成的第二介质层112的覆盖剩余部分上光场限制层108的上表面以及脊形结构的侧壁，如图12所示。其中，第二介质层112的材料包括HfO2、Si、SiO2、SiNx、SiON、Al2O3、AlON、SiAlON、TiO2、Ta2O5、ZrO2、MgO和多晶硅等材料中的任意一种或两种以上的组合。
S205、在第一电极层远离衬底的一侧制备连接电极，连接电极的厚度大于第一电极层的厚度，且连接电极在衬底所在平面上的垂直投影覆盖脊形结构在衬底所在平面上的垂直投影，第二介质层位于第一电极层与连接电极之间。
具体的，具体的，继续参照图12和图13，为了增加脊形结构上表面第一电极层110的导电性和电学连接的可操作性，进一步制备第一电极层110的连接电极113。具体的，在第一电极层110远离衬底101一侧沉积厚度大于第一电极层110厚度的连接电极113，且设置连接电极113在衬底101所在平面上的垂直投影覆盖脊形结构在衬底101所在平面上的垂直投影。连接电极113一方面使第一电极层110与第二电极层114形成注入载流子的电极对，提高载流子的注入效率；另一方面作为加厚电极，方便激光器电连接制备。
S206、在位于衬底远离光栅结构的一侧制备第二电极层。
S207、对外延结构进行划片、解理、镀膜以及裂片工艺，形成半导体激光器。
综上，本发明实施例提供的一种半导体激光器的制备方法，制备得到光栅结构在激光器外延结构内部，光栅结构做到激光器衬底的一侧，形成介质膜-外延层光栅结构，具有光栅反射率高、损耗低、耦合效率高以及器件串联电阻小与成本低等优点，可以显著提升DFB激光器的器件性能和可靠性，并大幅降低器件成本。
作为一个可行的实施方式，列举一个具体的实施例，基于上述实施例提供的制备方法制备磷化铟(InP)基半导体激光器，如图4-14所示，具体的制备方法如下所示：
步骤1、在n-InP衬底上沉积500nm厚的介质膜SiO2，然后旋涂光刻胶，采用光刻技术光刻出光栅图形。
步骤2、采用反应离子束刻蚀(RIE)将光栅图形转移到介质膜中，如图5和图6所示。
步骤3、清洗衬底，随后放进金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备的反应室，外延生长100nm的n-InP缓冲层，400nm的n-InP下光场限制层，100nm的AlGaAs下波导层，6对周期厚度为15nm的AlGaInAs应变多量子阱，100nm的InAlGaAs上波导层，1μm的p-InP上光场限制层，50nm的p-InGaAs接触层，如图7所示.
步骤4、清洗外延片，在外延片表面沉积第一电极Ti/Au并进行热退火，与上接触层p-InGaAs形成欧姆接触。
步骤5、在外延片表面旋涂光刻胶，采用光刻技术光刻出脊形图形，随后进行电感耦合等离子(ICP)刻蚀，或硫酸双氧水和水的混合溶液进行湿法腐蚀，形成脊形结构，如图8、图9和图10所示。
步骤6、在外延片表面低温沉积介质膜250nm的SiO2，如图11所示；随后采用脊形上方的光刻胶进行剥离，如图12所示。
步骤7、在外延片表面旋涂光刻胶进行光刻，随后结合镀膜和剥离技术，在激光器外延片上表面制备第一电极的加厚电极Cr/Au。
步骤8、对外延片减薄、研磨和抛光，随后在外延片背面制备第二电极Ni/AuGe/Ni/Au，并进行热退火，以形成较好的欧姆接触，如图13所示。
步骤9、进行划片、解理、镀膜和裂片，形成半导体激光器管芯。
综上所示，采用本发明实施例提供的半导体激光器的制备方法，制备得到磷化铟(InP)基DFB激光器的光栅结构在激光器外延结构内部，光栅结构做到激光器衬底的一侧，形成介质膜-外延层光栅结构，具有光栅反射率高、损耗低、耦合效率高以及器件串联电阻小与成本低等优点，可以显著提升DFB激光器的器件性能和可靠性，并大幅降低器件成本。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，本发明的各个实施方式的特征可以部分地或者全部地彼此耦合或组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (7)
1.一种半导体激光器，其特征在于，包括：
激光器外延结构，所述激光器外延结构包括衬底以及依次位于所述衬底一侧的光栅结构和脊形结构；
所述光栅结构至少包括沿第一方向交替设置的第一介质层和第一子外延结构，所述第一介质层和所述第一子外延结构的折射率不同；所述第一方向与所述衬底所在平面平行，且与所述衬底指向所述第一子外延结构的方向相交；
所述脊形结构至少包括叠层设置的上光场限制层、上接触层和第一电极层，所述第一电极层位于所述上接触层远离所述衬底的一侧；
位于所述衬底远离所述光栅结构一侧的第二电极层；
所述第一子外延结构至少包括叠层设置的缓冲层和下光场限制层，所述下光场限制层位于远离所述衬底的一侧；
所述激光器外延结构还包括至少一层公共外延层，所述公共外延层位于所述第一子外延结构远离所述衬底的一侧；
所述公共外延层与所述第一介质层具备第一有效折射率，所述公共外延层和所述第一子外延结构具备第二有效折射率，所述第一有效折射率与所述第二有效折射率不同；
所述第一有效折射率满足：
所述第二有效折射率满足：
其中，
且i、j、m、k为正整数；
Pi为激光激射模式在所述公共外延层第i层的光强与所述激光激射模式总光强的比值，ni为所述公共外延层中第i层的折射率；Pa为所述激光激射模式在所述第一介质层的光强与所述激光激射模式总光强的比值，na为所述第一介质层的折射率；Pbj为所述激光激射模式在所述第一子外延结构第j层的光强与所述激光激射模式总光强的比值，nbj为所述第一子外延结构第j层的折射率。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述第一子外延结构包括所述缓冲层和所述下光场限制层；所述公共外延层包括叠层设置的下波导层、有源区、上波导层、所述上光场限制层和所述上接触层，所述上接触层位于远离所述衬底的一侧；
或者，所述第一子外延结构包括叠层设置的所述缓冲层、所述下光场限制层和所述下波导层；所述公共外延层包括叠层设置的所述有源区、所述上波导层、所述上光场限制层和所述上接触层，所述上接触层位于远离所述衬底的一侧；
或者，所述第一子外延结构包括叠层设置的所述缓冲层、所述下光场限制层、所述下波导层和所述有源区；所述公共外延层包括叠层设置的所述上波导层、所述上光场限制层和所述上接触层，所述上接触层位于远离所述衬底的一侧；
或者，所述第一子外延结构包括叠层设置的所述缓冲层、所述下光场限制层、所述下波导层、所述有源区和所述上波导层；所述公共外延层包括叠层设置的所述上光场限制层和所述上接触层，所述上接触层位于远离所述衬底的一侧；
或者，所述第一子外延结构包括叠层设置的所述缓冲层、所述下光场限制层、所述下波导层、所述有源区、所述上波导层和所述上光场限制层；所述公共外延层包括所述上接触层，所述上接触层位于远离所述衬底的一侧。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述第一子外延结构包括叠层设置的所述缓冲层、所述下光场限制层、下波导层、有源区、上波导层、所述上光场限制层和所述上接触层，所述上接触层位于远离所述衬底的一侧；
所述脊形结构包括部分所述第一介质层、部分所述上光场限制层、所述上接触层和所述第一电极层。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器还包括位于所述第一电极层远离所述衬底一侧的连接电极；
所述连接电极的厚度大于所述第一电极层的厚度，且所述连接电极在所述衬底所在平面上的垂直投影覆盖所述脊形结构在所述衬底所在平面上的垂直投影。
5.根据权利要求4所述的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器还包括位于所述第一电极层与所述连接电极之间的第二介质层。
6.一种半导体激光器的制备方法，用于制备权利要求1-5任一项所述的半导体激光器，其特征在于，包括：
提供衬底；制备激光器外延结构，所述激光器外延结构包括衬底以及依次位于所述衬底一侧的光栅结构和脊形结构；
在所述衬底的一侧制备光栅结构，所述光栅结构至少包括沿第一方向交替设置的第一介质层和第一子外延结构，所述第一介质层和所述第一子外延结构的折射率不同；所述第一方向与所述衬底所在平面平行，且与所述衬底指向所述第一子外延结构的方向相交；
在所述光栅结构远离所述衬底的一侧制备脊形结构，至少刻蚀叠层设置的部分上光场限制层、上接触层和第一电极层形成脊形结构，所述第一电极层位于所述上接触层远离所述衬底的一侧；
在位于所述衬底远离所述光栅结构的一侧制备第二电极层；
对所述外延结构进行划片、解理、镀膜以及裂片工艺，形成半导体激光器。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在至少刻蚀叠层设置的部分上光场限制层、上接触层和第一电极层形成脊形结构之后，还包括；
在所述第一电极层远离所述衬底的一侧制备第二介质层；
在所述第一电极层远离所述衬底的一侧制备连接电极，所述连接电极的厚度大于所述第一电极层的厚度，且所述连接电极在所述衬底所在平面上的垂直投影覆盖所述脊形结构在所述衬底所在平面上的垂直投影，所述第二介质层位于所述第一电极层与所述连接电极之间。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104124611A (zh) * | 2014-05-09 | 2014-10-29 | 南京大学 | 基于重构-等效啁啾的单片集成注入锁定dfb激光器及阵列及其制造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US5164955A (en) * | 1991-06-17 | 1992-11-17 | Eastman Kodak Company | Laser diode with volume refractive index grating |
| JPH1098235A (ja) * | 1996-08-01 | 1998-04-14 | Pioneer Electron Corp | 無再成長分布帰還リッジ型半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP2007005591A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| CN102570309B (zh) * | 2012-02-14 | 2013-04-17 | 中国科学院半导体研究所 | 采用选区生长有源区的硅基850nm激光器的制备方法 |
| KR101928436B1 (ko) * | 2012-10-10 | 2019-02-26 | 삼성전자주식회사 | 광 집적 회로용 하이브리드 수직 공명 레이저 |
| JP6331997B2 (ja) * | 2014-11-28 | 2018-05-30 | 三菱電機株式会社 | 半導体光素子 |
| CN106356714B (zh) * | 2016-11-21 | 2019-03-19 | 长春理工大学 | 一种侧向耦合面发射激光器及其制造方法 |
| CN210379766U (zh) * | 2019-09-17 | 2020-04-21 | 全磊光电股份有限公司 | 一种高速dfb激光器外延结构 |
| CN111628410A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-09-04 | 江苏华兴激光科技有限公司 | 一种1.55微米波长硅基量子点激光器外延材料及制备方法 |
| CN112864802A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-05-28 | 因林光电科技(苏州)有限公司 | 一种分布式反馈激光器及其制备方法 |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104124611A (zh) * | 2014-05-09 | 2014-10-29 | 南京大学 | 基于重构-等效啁啾的单片集成注入锁定dfb激光器及阵列及其制造方法 |
| CN110247302A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-09-17 | 华中科技大学 | 一种基于表面光栅的面发射激光器 |
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