CN116632648A - 一种边发射半导体发光结构及其制备方法 - Google Patents

一种边发射半导体发光结构及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种边发射半导体发光结构及其制备方法，边发射半导体发光结构包括：位于半导体衬底层上依次层叠的下限制层、有源层和上限制层；边发射半导体发光结构具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，第一侧壁和第二侧壁在边发射半导体发光结构的慢轴方向排布；边发射半导体发光结构具有位于第一侧壁和第二侧壁之间的电流注入区，电流注入区与第一侧壁和第二侧壁均间隔设置；位于电流注入区在慢轴方向上至少一侧的特征槽，特征槽至少位于上限制层中，特征槽具有朝向电流注入区的特征侧壁；特征侧壁的表面设置有若干朝向所述电流注入区的凸起。边发射半导体发光结构能降低功率抖动。

Description

一种边发射半导体发光结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种边发射半导体发光结构及其制备方法。
背景技术
高功率半导体激光器芯片的发展方向就是更高输出光光功率，更高亮度。增加半导体激光器芯片的发光区宽度，制备宽波导半导体激光器芯片是提高光功率的有效手段。如100微米~200微米波导宽度的半导体激光器芯片的功率可以达到20W以上。但发光区宽度增加带来的一个问题是半导体激光器芯片工作时，不仅半导体激光器芯片的侧向有数十个甚至更多的高阶光模式同时激射，甚至半导体激光器芯片会出现以半导体激光器芯片边缘为边界的光模式，在这种情况下半导体激光器芯片在会出现严重的功率抖动。目前已有的抑制高阶模式方法，包括在宽波导两侧引入反波导模式泄露结构，在波导边缘引入光传播损耗结构等方式。这些结构对电流注入区内部或靠近电流注入区边缘附近传播的高阶光模式起到抑制作用，但是对于以半导体激光器芯片边缘为边界的光模式没有抑制的作用，不能解决功率抖动的问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于解决边发射半导体发光结构的功率抖动的问题，从而提供一种边发射半导体发光结构及其制备方法。
本发明提供一种边发射半导体发光结构，包括：半导体衬底层；位于所述半导体衬底层上依次层叠的下限制层、有源层和上限制层；所述边发射半导体发光结构具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和第二侧壁在边发射半导体发光结构的慢轴方向排布；所述边发射半导体发光结构具有位于第一侧壁和第二侧壁之间的电流注入区，且电流注入区与第一侧壁和第二侧壁均间隔设置；位于电流注入区在慢轴方向上至少一侧的特征槽，所述特征槽至少位于上限制层中，所述特征槽具有朝向所述电流注入区的特征侧壁，所述特征侧壁和所述电流注入区在慢轴方向上间隔排布；所述特征侧壁的表面设置有若干朝向所述电流注入区的凸起。
可选的，所述特征侧壁为漫反射侧壁。
可选的，所述特征侧壁表面的凸起呈条状；所述特征侧壁的表面还设置有相邻的凸起之间呈条状的凹陷，所述特征侧壁表面任意相邻的凸起的顶点在慢轴方向上错位设置和/或所述特征侧壁表面任意相邻的凸起的顶点在出光方向上的距离不均等。可选的，所述特征侧壁的表面的若干凸起呈间隔不均匀的点状分布。
可选的，所述特征槽的特征侧壁与平行于半导体衬底层的上表面的截平面具有相交线，所述相交线上具有若干个间隔的随机分布点，相交线上相邻的随机分布点在慢轴方向上的坐标不同且在半导体衬底层的出光方向上的坐标不同。
可选的，所述相交线为曲线或折线。
可选的，所述相交线上的若干个间隔的随机分布点包括第一个随机分布点至第M个随机分布点，M为大于或等于2的整数；任意第i个随机分布点的位置满足yi=y0+h*δk且满足xi=L/M*（i+δk’）；δk为第一随机分布函数，h为漫散射槽的随机范围宽度；i为大于或等于1且小于或等于M的整数，yi为第i个随机分布点在慢轴方向上的坐标；xi为第i个随机分布点在半导体衬底层的出光方向上的坐标，y0为第一个随机分布点至第M个随机分布点在慢轴方向上的坐标的平均值；L为小于或等于边发射半导体发光结构的腔长的固定值；δk’为第二随机分布函数。
可选的，第一随机分布函数的取值为-0.5到0.5内的随机数；第二随机分布函数的取值为-0.5到0.5内的随机数。
可选的，h≥λ/2n，λ为边发射半导体发光结构的工作波长，n为电流注入区的有效折射率。
可选的，所述特征侧壁表面的凸起呈条状；所述特征侧壁的表面还设置有相邻的凸起之间呈条状的凹陷，所述特征侧壁表面的凸起和凹陷沿边发射半导体发光结构的出光方向呈周期性排布；凸起和凹陷排布的一个周期长度d≥λ/2n，λ为边发射半导体发光结构的工作波长，n为电流注入区的有效折射率。
可选的，凸起的长度方向垂直于边发射半导体发光结构的出光方向；或者，凸起的长度方向不垂直于边发射半导体发光结构的出光方向，且所述凸起的长度方向与半导体发光结构的出光方向不平行。
可选的，对于所述特征侧壁表面的凸起和凹陷，凸起和凹陷在一个周期长度对应在慢轴方向上的坐标变化最大值与周期长度d的比值大于或等于0.1。
可选的，所述特征槽仅位于电流注入区在慢轴方向上的一侧。
可选的，所述特征槽分别位于电流注入区在慢轴方向上的两侧。
可选的，所述特征槽的特征侧壁到电流注入区的边缘之间的距离大于或者等于10微米。
可选的，还包括：位于有源层和下限制层之间的下波导层；位于上限制层和有源层之间的上波导层；所述特征槽至少位于上波导层和上限制层中。
可选的，所述特征槽位于上波导层和上限制层中且未延伸至有源层中；或者，所述特征槽位于上波导层、上限制层和有源层中且未延伸至下波导层中；或者，所述特征槽位于上波导层、上限制层、有源层和下波导层中且未延伸至下限制层中；或者，所述特征槽位于上波导层、上限制层、有源层、下波导层和下限制层中且未延伸至半导体衬底层中。
可选的，电流注入区一侧的特征槽的深度和电流注入区另一侧的特征槽的深度一致或不一致。
可选的，所述边发射半导体发光结构具有相对设置的前腔面和后腔面，所述前腔面与第一侧壁和第二侧壁均连接，所述后腔面与第一侧壁和第二侧壁均连接；所述特征槽位于前腔面和后腔面之间。
可选的，所述特征槽与前腔面和后腔面均间隔设置。
可选的，所述特征槽的漫反射侧壁与前腔面和/或后腔面连接。
可选的，还包括：位于部分厚度的所述上限制层中的第一刻蚀槽和第二刻蚀槽，所述第一刻蚀槽和第二刻蚀槽之间的上限制层构成脊形区；所述脊形区以及脊形区下方的下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层作为所述电流注入区；所述特征槽位于第一刻蚀槽的底部和/或第二刻蚀槽的底部。
可选的，边发射半导体发光结构具有平行于出光方向和慢轴方向的特征平面，所述特征平面的外轮廓包括相对设置的第一边和第二边、以及相对设置的第三边和第四边，第一边分别与第三边和第四边连接，第二边分别与第三边和第四边连接，第一边为第一侧壁和特征平面的相交线，第二边为第二侧壁和特征平面的相交线，第三边为前腔面和特征平面的相交线，第四边为后腔面和特征平面的相交线；第一边和第三边相交为第一顶点，第一边和第四边相交为第二顶点，第二边和第三边相交为第三顶点，第二边和第四边相交为第四顶点；第一边的中点至第三边的中点的连线与第一顶点至第四顶点的连线的交点为第五特征点；第一边的中点至第四边的中点的连线与第三顶点至第二顶点的连线的交点为第六特征点；第二边的中点至第三边的中点的连线与第三顶点至第二顶点的连线的交点为第七特征点；第二边的中点至第四边的中点的连线与第一顶点至第四顶点的连线的交点为第八特征点；第一边的中点至第三边的中点的连线上具有第九特征点，第九特征点至电流注入区的侧壁在慢轴方向的距离大于或等于阈值距离，第一边的中点至第四边的中点的连线上具有第十特征点，第十特征点至电流注入区的侧壁在慢轴方向的距离大于或等于阈值距离；第二边的中点至第三边的中点的连线上具有第十一特征点，第十一特征点至电流注入区的侧壁在慢轴方向的距离大于或等于阈值距离；第二边的中点至第四边的中点的连线上具有第十二特征点，第十二特征点至电流注入区的侧壁在慢轴方向的距离大于或等于阈值距离；第一顶点、第五特征点和第九特征点依次连接为第一折线，第二顶点、第六特征点和第十特征点依次连接为第二折线，第三顶点、第七特征点和第十一特征点依次连接为第三折线，第四顶点、第八特征点和第十二特征点依次连接为第四折线；当特征槽位于第二侧壁和电流注入区之间时，特征槽在长度方向上横跨第三折线和第四折线；当特征槽位于第一侧壁和电流注入区之间时，特征槽在长度方向上横跨第一折线和第二折线。
可选的，所述阈值距离为10微米-50微米。
本发明还提供一种边发射半导体发光结构的制备方法，包括：提供半导体衬底层；在所述半导体衬底层上依次形成层叠的下限制层、有源层和上限制层；所述边发射半导体发光结构具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和第二侧壁在边发射半导体发光结构的慢轴方向排布；所述边发射半导体发光结构具有位于第一侧壁和第二侧壁之间的电流注入区，且电流注入区与第一侧壁和第二侧壁均间隔设置；在电流注入区沿慢轴方向上的至少一侧形成特征槽，所述特征槽至少位于上限制层中，所述特征槽具有朝向所述电流注入区的特征侧壁，所述特征侧壁和所述电流注入区在慢轴方向上间隔排布；所述特征侧壁的表面设置有若干朝向所述电流注入区的凸起。
可选的，还包括：在形成特征槽之前，在部分厚度的所述上限制层中形成第一刻蚀槽和第二刻蚀槽，所述第一刻蚀槽和第二刻蚀槽之间的上限制层构成脊形区；所述脊形区以及脊形区下方的下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层作为所述电流注入区；形成特征槽的步骤为：在第一刻蚀槽的底部和/或第二刻蚀槽的底部形成特征槽。
可选的，还包括：在形成有源层之前，在下限制层背离半导体衬底层的一侧形成下波导层；在形成上限制层之前，在有源层背离半导体衬底层的一侧形成上波导层；在电流注入区沿慢轴方向上的至少一侧形成特征槽的步骤中，所述特征槽至少位于上波导层和上限制层中。
本发明技术方案提供具有以下有益效果：
本发明技术方案提供的边发射半导体发光结构，设置特征槽，特征槽至少位于上限制层中，所述特征槽具有朝向所述电流注入区的特征侧壁，所述特征侧壁和所述电流注入区在慢轴方向上排布。特征槽的特征侧壁阻止光传播到第一侧壁和/或第二侧壁，避免了以第一侧壁、第二侧壁、前腔面和后腔面为边界的光模式激射，进一步增加了光在前腔面和后腔面之间的谐振，使得更多的光从前腔面出射，降低功率抖动。
进一步，所述特征侧壁为漫反射侧壁，光在漫反射侧壁发生随机散射，有效避免了以第一侧壁、第二侧壁、前腔面和后腔面为边界的光模式激射。
进一步，所述特征侧壁表面的凸起呈条状，凸起的长度方向平行于边发射半导体发光结构的快轴方向；所述特征侧壁的表面还设置有相邻的凸起之间呈条状的凹陷，所述特征侧壁表面的凸起和凹陷沿边发射半导体发光结构的出光方向呈周期性排布；凸起和凹陷排布的一个周期长度d≥λ/2n，λ为边发射半导体发光结构的工作波长，n为电流注入区的有效折射率。光在特征侧壁能发射衍射，有效避免了以第一侧壁、第二侧壁、前腔面和后腔面为边界的光模式激射。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明一实施例提供的边发射半导体发光结构的示意图；
图2为沿着图1中切割线W1-W2得到的剖面示意图；
图3为本发明另一实施例提供的边发射半导体发光结构的示意图；
图4为本发明另一实施例提供的边发射半导体发光结构的示意图；
图5为本发明另一实施例提供的边发射半导体发光结构的示意图；
图6为图4的边发射半导体发光结构中漫散射槽设置区域的示意图；
图7为本发明另一实施例的边发射半导体发光结构的俯视图；
图8为本发明另一实施例的边发射半导体发光结构立体结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种边发射半导体发光结构，包括：半导体衬底层；位于所述半导体衬底层上依次层叠的下限制层、有源层和上限制层；所述边发射半导体发光结构具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和第二侧壁在边发射半导体发光结构的慢轴方向排布；所述边发射半导体发光结构具有位于第一侧壁和第二侧壁之间的电流注入区，且电流注入区与第一侧壁和第二侧壁均间隔设置；位于电流注入区在慢轴方向上至少一侧的特征槽，所述特征槽至少位于上限制层中，所述特征槽具有朝向所述电流注入区的特征侧壁，所述特征侧壁和所述电流注入区在慢轴方向上间隔排布；所述特征侧壁的表面设置有若干朝向所述电流注入区的凸起。
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种边发射半导体发光结构，参考图1和图2，包括：
半导体衬底层100；
位于所述半导体衬底层100上依次层叠的下限制层110、下波导层120、有源层130、上波导层140和上限制层150；
所述边发射半导体发光结构具有相对设置的第一侧壁1001和第二侧壁1002，所述第一侧壁1001和第二侧壁1002在边发射半导体发光结构的慢轴方向排布；所述边发射半导体发光结构具有位于第一侧壁1001和第二侧壁1002之间的电流注入区A，且电流注入区A与第一侧壁1001和第二侧壁1002均间隔设置；
位于电流注入区A在慢轴方向上至少一侧的特征槽C，所述特征槽C至少位于上限制层150中，所述特征槽C具有朝向所述电流注入区A的特征侧壁C1，特征侧壁C1为漫反射侧壁，所述特征侧壁C1的表面设置有若干朝向所述电流注入区A的凸起，特征侧壁C1和所述电流注入区A在慢轴方向上间隔排布。
进一步，所述特征槽C至少位于上波导层140和上限制层150中。
本实施例中，特征槽C的漫反射侧壁阻止光传播到第一侧壁1001和/或第二侧壁1002，光在漫反射侧壁发生随机散射，有效避免了以第一侧壁1001、第二侧壁1002、前腔面和后腔面为边界的光模式激射。进一步增加了光在前腔面和后腔面之间的谐振，使得更多的光从前腔面出射，降低功率抖动。
边发射半导体发光结构例如为边发射半导体激光器。
特征槽C在自前腔面至后腔面的方向上进行长度延伸。特征槽C的宽度方向平行于慢轴方向。
在一个实施例中，特征槽C的特征侧壁C1到电流注入区A的边缘之间的距离大于或者等于10微米，例如12微米或15微米。若特征槽C的特征侧壁C1到电流注入区A边缘之间的距离过小，则会损耗电流注入区A里面的一部分低阶模式光。
本实施例中，参考图1，所述特征槽C分别位于电流注入区A在慢轴方向上的两侧。这样进一步增强光在特征侧壁C1发生随机散射的程度。
在另一个实施例中，参考图3，特征槽C仅位于电流注入区A在慢轴方向上的一侧。图3中，特征槽C仅位于电流注入区A和第二侧壁1002之间。在其他实施例中，特征槽仅位于电流注入区和第一侧壁之间。
本实施例中，参考图2，特征槽C位于上波导层140、上限制层150、有源层130、下波导层120中且未延伸至下限制层110中。具体的，特征槽C位于上波导层140、上限制层150、有源层130、和部分下波导层120中且未延伸至下限制层110中。
在另一个实施例中，特征槽位于上波导层、上限制层、有源层和下波导层中，且特征槽的底面位于下限制层和下波导层的界面处。
在其他实施例中，特征槽位于上波导层和上限制层中且未延伸至有源层中；或者，特征槽位于上波导层、上限制层和有源层中且未延伸至下波导层中；或者，特征槽位于上波导层、上限制层、有源层、下波导层和下限制层中且未延伸至半导体衬底层中。
当所述特征槽C自上限制层150至少延伸至下波导层120中时，使得特征槽C对下波导层120和上波导层140中传播的光均能进行散射，进一步增强光在特征侧壁C1发生随机散射的程度。
本实施例中，电流注入区A一侧的特征槽C的深度和电流注入区A另一侧的特征槽C的深度一致。在其他实施例中，电流注入区一侧的特征槽的深度和电流注入区另一侧的特征槽的深度不一致。
所述边发射半导体发光结构具有相对设置的前腔面和后腔面，所述前腔面与第一侧壁和第二侧壁均连接，所述后腔面与第一侧壁和第二侧壁均连接；所述特征槽位于前腔面和后腔面之间。
参考图1和图3，特征槽C的特征侧壁C1与前腔面和后腔面均连接。
在其他实施例中，参考图4，特征槽C’与前腔面和后腔面均间隔设置。参考图5，特征槽C’’与前腔面和后腔面均间隔设置。
在其他实施例中，特征槽的特征侧壁与前腔面或后腔面连接。
所述边发射半导体发光结构还包括：位于所述特征槽中的绝缘介质层（未图示）。
在一个实施例中，所述绝缘介质层的折射率均小于所述下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层的折射率。这样对电流注入区朝向第一侧壁和第二侧壁发射的光的限制作用增强，进一步降低了功率抖动。
在其他实施例中，对绝缘介质层的折射率不做限制。
在一个实施例中，所述绝缘介质层的材料包括氧化硅、氮化硅或氧化铝。
在一个实施例中，特征槽不填充介质，特征槽为中空结构。
所述特征槽C的特征侧壁C1与平行于半导体衬底层100的上表面的截平面具有相交线，所述相交线上具有若干个间隔的随机分布点，相交线上相邻的随机分布点在慢轴方向上的坐标不同且在半导体衬底层的出光方向上的坐标不同。
所述相交线为曲线或折线。
所述相交线上的若干个间隔的随机分布点包括第一个随机分布点至第M个随机分布点，M为大于或等于2的整数。任意第i个随机分布点的位置满足yi=y0+h*δk且满足xi=L/M*（i+δk’）；δk为第一随机分布函数，h为漫散射槽的随机范围宽度；i为大于或等于1且小于或等于M的整数，yi为第i个随机分布点在慢轴方向上的坐标；xi为第i个随机分布点在半导体衬底层的出光方向上的坐标，y0为第一个随机分布点至第M个随机分布点在慢轴方向上的坐标的平均值；L为小于或等于边发射半导体发光结构的腔长的固定值；δk’为第二随机分布函数。其中，h等于第一个随机分布点至第M个随机分布点在慢轴方向上的坐标的最大值与最小值的差值。
在一个实施例中，第一随机分布函数的取值为-0.5到0.5内的随机数；第二随机分布函数的取值为-0.5到0.5内的随机数。
在一个实施例中，h≥λ/2n，λ为边发射半导体发光结构的工作波长，n为电流注入区的有效折射率。好处在于：增大漫反射程度。
在一个实施例中，特征侧壁表面的凸起呈条状；特征侧壁的表面还设置有相邻的凸起之间呈条状的凹陷，特征侧壁表面任意相邻的凸起的顶点在慢轴方向上错位设置和/或所述特征侧壁表面任意相邻的凸起的顶点在出光方向上的距离不均等。凸起的长度方向垂直于边发射半导体发光结构的出光方向；或者，凸起的长度方向不垂直于边发射半导体发光结构的出光方向，且所述凸起的长度方向与半导体发光结构的出光方向不平行。
在另一个实施例中，所述特征侧壁的表面的若干凸起呈间隔不均匀的点状分布。
在一个实施例中，当所述特征槽C位于电流注入区A在慢轴方向上的两侧时，电流注入区A两侧的特征侧壁C1与同一个截平面分别具有第一相交线和第二相交线，第一相交线和第二相交线位于电流注入区A的两侧。在一个具体的实施例中，第一相交线中任意第i个随机分布点在半导体衬底层的出光方向上的坐标和第二相交线中的第i个随机分布点在半导体衬底层的出光方向上的坐标不同。在另一个具体的实施例中，第一相交线中第i个随机分布点在半导体衬底层的出光方向上的坐标和第二相交线中的第i个随机分布点在半导体衬底层的出光方向上的坐标相同。
所述边发射半导体发光结构还包括：参考图2，位于部分厚度的所述上限制层150中的第一刻蚀槽和第二刻蚀槽，所述第一刻蚀槽和第二刻蚀槽之间的上限制层构成脊形区；所述脊形区以及脊形区下方的下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层作为所述电流注入区A；所述特征槽C分别位于第一刻蚀槽的底部和第二刻蚀槽的底部。在其他实施例中，特征槽位于第一刻蚀槽的底部或第二刻蚀槽的底部。
特征槽具有背离电流注入区一侧的副侧壁，副侧壁为副漫反射侧壁，或者，副侧壁为平面。
参考图6，边发射半导体发光结构具有平行于出光方向和慢轴方向的特征平面，特征平面与特征槽C’相交，特征平面具有第一顶点B1、第二顶点B2、第三顶点B3和第四顶点B4，特征平面的外轮廓包括第一边、第二边、第三边和第四边，第一边和第二边相对设置，第三边和第四边相对设置，第一边分别与第三边和第四边连接，第二边分别与第三边和第四边连接。第一边为第一侧壁1001和特征平面的相交线，第二边为第二侧壁1002和特征平面的相交线，第三边为前腔面和特征平面的相交线，第四边为后腔面和特征平面的相交线。第一顶点B1为第一侧壁1001和前腔面的相交线在特征平面中的点，也是第一边和第三边的相交点；第二顶点B2为第一侧壁1001和后腔面的相交线在特征平面中的点，也是第一边和第四边的相交点；第三顶点B3为第二侧壁1002和前腔面的相交线在特征平面中的点，也是第二边和第三边的相交点；第四顶点B4为第二侧壁1002和后腔面的相交线在特征平面中的点，也是第二边和第四边的相交点。
所述特征平面的内部具有第五特征点B5、第六特征点B6、第七特征点B7、第八特征点B8、第九特征点B9、第十特征点B10、第十一特征点B11和第十二特征点B12。第五特征点B5是第一边的中点至第三边的中点的连线与第一顶点B1至第四顶点B4的连线的交点；第六特征点B6是第一边的中点至第四边的中点的连线与第三顶点B3至第二顶点B2的连线的交点；第七特征点B7是第二边的中点至第三边的中点的连线与第三顶点B3至第二顶点B2的连线的交点；第八特征点B8是第二边的中点至第四边的中点的连线与第一顶点B1至第四顶点B4的连线的交点；第九特征点B9位于第一边的中点至第三边的中点的连线上且至电流注入区A的侧壁的距离（慢轴方向）大于或等于阈值距离，第十特征点B10位于第一边的中点至第四边的中点的连线上且至电流注入区A的侧壁的距离（慢轴方向）大于或等于阈值距离；第十一特征点B11位于第二边的中点至第三边的中点的连线上且至电流注入区A的侧壁的距离（慢轴方向）大于或等于阈值距离；第十二特征点B12位于第二边的中点至第四边的中点的连线上且至电流注入区A的侧壁的距离（慢轴方向）大于或等于阈值距离。第一顶点B1、第五特征点B5和第九特征点B9依次连接为第一折线，第二顶点B2、第六特征点B6和第十特征点B10依次连接为第二折线，第三顶点B3、第七特征点B7和第十一特征点B11依次连接为第三折线，第四顶点B4、第八特征点B8和第十二特征点B12依次连接为第四折线。
在一个实施例中，阈值距离为10微米-50微米，例如10微米、20微米、30微米、40微米或50微米。
当特征槽C’位于第二侧壁1002和电流注入区A之间时，特征槽C’在长度方向上横跨第三折线和第四折线。
当特征槽位于第一侧壁和电流注入区之间时，特征槽在长度方向上横跨第一折线和第二折线。
特征槽C’在长度方向平行于边发射半导体发光结构从前腔面出光的方向。本发明中关于边发射半导体发光结构的出光方向的描述均指的是从前腔面出光的方向。
图6中以特征槽在电流注入区的一侧为示例说明上述距离，当特征槽在电流注入区的两侧时，也符合：当特征槽位于第二侧壁和电流注入区之间时，特征槽在长度方向上横跨第三折线和第四折线；当特征槽位于第一侧壁和电流注入区之间时，特征槽在长度方向上横跨第一折线和第二折线。采用上述特征槽的位置设置，有效的破坏了光沿第一边中的一点、第三边的一点、第二边的一点、和第四边的一点依次连接构成的所有平行四边形传播。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：本实施例的边发射半导体发光结构包括：位于半导体衬底层上依次层叠的下限制层、有源层和上限制层；边发射半导体发光结构具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，第一侧壁和第二侧壁在边发射半导体发光结构的慢轴方向排布；边发射半导体发光结构具有位于第一侧壁和第二侧壁之间的电流注入区，电流注入区与第一侧壁和第二侧壁均间隔设置；位于电流注入区在慢轴方向上至少一侧的特征槽，特征槽至少位于上限制层中，特征槽具有朝向电流注入区的特征侧壁；特征侧壁的表面设置有若干朝向所述电流注入区的凸起。本实施例的边发射半导体发光结构与实施例1的区别在于：边发射半导体发光结构不包括下波导层和上波导层。
所述特征槽位于上限制层中且未延伸至有源层中；或者，所述特征槽位于上限制层和有源层中且未延伸至下限制层中；或者，所述特征槽位于上限制层、有源层和下限制层中且未延伸至半导体衬底层中。
关于本实施例的边发射半导体发光结构的其他描述请参考实施例1，不再详述。
实施例3
参考图7和图8，图8为对应图7的立体结构示意图，本实施例中，特征槽S具有朝向所述电流注入区A的特征侧壁S1，特征侧壁S1表面的凸起呈条状；特征侧壁S1的表面还设置有相邻的凸起之间呈条状的凹陷。本实施例与实施例1的区别在于：特征侧壁S1表面的凸起和凹陷沿边发射半导体发光结构的出光方向呈周期性排布；凸起和凹陷排布的一个周期长度d≥λ/2n，λ为边发射半导体发光结构的工作波长，n为电流注入区的有效折射率。
凸起的长度方向垂直于边发射半导体发光结构的出光方向；或者，凸起的长度方向不垂直于边发射半导体发光结构的出光方向，且所述凸起的长度方向与半导体发光结构的出光方向不平行。图8中以凸起的长度方向垂直于边发射半导体发光结构的出光方向为示例。
周期长度较大，电流注入区A发出的光在特征侧壁S1的表面发生衍射，有效避免了以第一侧壁1001、第二侧壁1002、前腔面和后腔面为边界的光模式激射。
在一个实施例中，特征槽S的特征侧壁S1到电流注入区A的边缘之间的距离大于或者等于10微米，例如12微米或15微米。
在一个实施例中，对于所述特征侧壁S1表面的凸起和凹陷，凸起和凹陷在一个周期长度对应在慢轴方向上的坐标变化最大值与周期长度d的比值大于或等于0.1。大的比值使特征侧壁S1改变光路方向的能力强。
图7和图8以特征槽S仅位于电流注入区A在慢轴方向上的一侧为示例。在其他实施例中，特征槽分别位于电流注入区A在慢轴方向上的两侧。
特征槽的深度位置参照实施例1的描述，不再详述。
当所述特征槽自上限制层150至少延伸至下波导层120中时，使得特征槽对下波导层120和上波导层140中传播的光均能进行衍射，进一步增强光在特征侧壁C1发生衍射的程度。
特征槽分别位于电流注入区A在慢轴方向上的两侧时，电流注入区A一侧的特征槽的深度和电流注入区A另一侧的特征槽的深度一致或不一致。
所述边发射半导体发光结构具有相对设置的前腔面和后腔面，所述前腔面与第一侧壁和第二侧壁均连接，所述后腔面与第一侧壁和第二侧壁均连接；所述特征槽位于前腔面和后腔面之间。
图7和图8以特征槽S的特征侧壁S1与前腔面和后腔面均连接为示例。在其他实施例中，特征槽C与前腔面和后腔面均间隔设置。在其他实施例中，特征槽的特征侧壁与前腔面或后腔面连接。
所述边发射半导体发光结构还包括：位于所述特征槽中的绝缘介质层（未图示）。绝缘介质层的材料参考实施例1的描述。在其他实施例中，特征槽不填充介质，特征槽为中空结构。
所述边发射半导体发光结构还包括：参考图2，位于部分厚度的所述上限制层150中的第一刻蚀槽和第二刻蚀槽，所述第一刻蚀槽和第二刻蚀槽之间的上限制层150构成脊形区；所述脊形区以及脊形区下方的下限制层110、下波导层120、有源层130、上波导层140和上限制层150作为所述电流注入区A；所述特征槽S分别位于第一刻蚀槽的底部或第二刻蚀槽的底部。在其他实施例中，特征槽位于第一刻蚀槽的底部和第二刻蚀槽的底部。
特征槽具有背离电流注入区一侧的副侧壁，副侧壁为平面或者，副侧壁与特征侧壁的形状一致。
实施例4
本实施例与实施例3的区别在于：边发射半导体发光结构不包括下波导层和上波导层。
特征槽位于上限制层中且未延伸至有源层中；或者，特征槽位于上限制层和有源层中且未延伸至下限制层中；或者，特征槽位于上限制层、有源层和下限制层中且未延伸至半导体衬底层中。
关于本实施例的边发射半导体发光结构的其他描述请参考实施例3，不再详述。
实施例5
本发明还提供一种边发射半导体发光结构的制备方法，包括：提供半导体衬底层；在所述半导体衬底层上依次形成层叠的下限制层、有源层和上限制层；所述边发射半导体发光结构具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和第二侧壁在边发射半导体发光结构的慢轴方向排布；所述边发射半导体发光结构具有位于第一侧壁和第二侧壁之间的电流注入区，且电流注入区与第一侧壁和第二侧壁均间隔设置；在电流注入区沿慢轴方向上的至少一侧形成特征槽，所述特征槽至少位于上限制层中，所述特征槽具有朝向所述电流注入区的特征侧壁，所述特征侧壁和所述电流注入区在慢轴方向上间隔排布；所述特征侧壁的表面设置有若干朝向所述电流注入区的凸起。
进一步，所述特征槽至少位于上波导层和上限制层中。
所述边发射半导体发光结构的制备方法还包括：在形成有源层之前，在下限制层背离半导体衬底层的一侧形成下波导层；在形成上限制层之前，在有源层背离半导体衬底层的一侧形成上波导层；在电流注入区沿慢轴方向上的至少一侧形成特征槽的步骤中，所述特征槽至少位于上波导层和上限制层中。
所述边发射半导体发光结构的制备方法还包括：在形成特征槽之前，在部分厚度的所述上限制层中形成第一刻蚀槽和第二刻蚀槽，所述第一刻蚀槽和第二刻蚀槽之间的上限制层构成脊形区；所述脊形区以及脊形区下方的下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层作为所述电流注入区；形成特征槽的步骤为：在第一刻蚀槽的底部和/或第二刻蚀槽的底部形成特征槽。
在一个实施例中，形成漫散射槽采用的工艺为湿法刻蚀工艺。
关于特征槽描述均参照前述实施例。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (27)

1.一种边发射半导体发光结构，其特征在于，包括：
半导体衬底层；
位于所述半导体衬底层上依次层叠的下限制层、有源层和上限制层；
所述边发射半导体发光结构具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和第二侧壁在边发射半导体发光结构的慢轴方向排布；所述边发射半导体发光结构具有位于第一侧壁和第二侧壁之间的电流注入区，且电流注入区与第一侧壁和第二侧壁均间隔设置；
位于电流注入区在慢轴方向上至少一侧的特征槽，所述特征槽至少位于上限制层中，所述特征槽具有朝向所述电流注入区的特征侧壁，所述特征侧壁和所述电流注入区在慢轴方向上间隔排布；所述特征侧壁的表面设置有若干朝向所述电流注入区的凸起。
2.根据权利要求1所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，所述特征侧壁为漫反射侧壁。
3.根据权利要求2所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，所述特征侧壁表面的凸起呈条状；所述特征侧壁的表面还设置有相邻的凸起之间呈条状的凹陷，所述特征侧壁表面任意相邻的凸起的顶点在慢轴方向上错位设置和/或所述特征侧壁表面任意相邻的凸起的顶点在出光方向上的距离不均等。
4.根据权利要求2所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，所述特征侧壁的表面的若干凸起呈间隔不均匀的点状分布。
5.根据权利要求2所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，所述特征槽的特征侧壁与平行于半导体衬底层的上表面的截平面具有相交线，所述相交线上具有若干个间隔的随机分布点，相交线上相邻的随机分布点在慢轴方向上的坐标不同且在半导体衬底层的出光方向上的坐标不同。
6.根据权利要求5所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，所述相交线为曲线或折线。
7.根据权利要求5所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，所述相交线上的若干个间隔的随机分布点包括第一个随机分布点至第M个随机分布点，M为大于或等于2的整数；任意第i个随机分布点的位置满足yi=y0+h*δk且满足xi=L/M*（i+δk’）；δk为第一随机分布函数，h为漫散射槽的随机范围宽度；i为大于或等于1且小于或等于M的整数，yi为第i个随机分布点在慢轴方向上的坐标；xi为第i个随机分布点在半导体衬底层的出光方向上的坐标，y0为第一个随机分布点至第M个随机分布点在慢轴方向上的坐标的平均值；L为小于或等于边发射半导体发光结构的腔长的固定值；δk’为第二随机分布函数。
8.根据权利要求7所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，第一随机分布函数的取值为-0.5到0.5内的随机数；第二随机分布函数的取值为-0.5到0.5内的随机数。
9.根据权利要求7所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，h≥λ/2n，λ为边发射半导体发光结构的工作波长，n为电流注入区的有效折射率。
10.根据权利要求1所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，所述特征侧壁表面的凸起呈条状；所述特征侧壁的表面还设置有相邻的凸起之间呈条状的凹陷，所述特征侧壁表面的凸起和凹陷沿边发射半导体发光结构的出光方向呈周期性排布；凸起和凹陷排布的一个周期长度d≥λ/2n，λ为边发射半导体发光结构的工作波长，n为电流注入区的有效折射率。
11.根据权利要求3或10所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，凸起的长度方向垂直于边发射半导体发光结构的出光方向；或者，凸起的长度方向不垂直于边发射半导体发光结构的出光方向，且所述凸起的长度方向与半导体发光结构的出光方向不平行。
12.根据权利要求10所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，对于所述特征侧壁表面的凸起和凹陷，凸起和凹陷在一个周期长度对应在慢轴方向上的坐标变化最大值与周期长度d的比值大于或等于0.1。
13.根据权利要求1所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，所述特征槽仅位于电流注入区在慢轴方向上的一侧。
14.根据权利要求1所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，所述特征槽分别位于电流注入区在慢轴方向上的两侧。
15.根据权利要求1所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，所述特征槽的特征侧壁到电流注入区的边缘之间的距离大于或者等于10微米。
16.根据权利要求1所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，还包括：位于有源层和下限制层之间的下波导层；位于上限制层和有源层之间的上波导层；所述特征槽至少位于上波导层和上限制层中。
17.根据权利要求16所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，所述特征槽位于上波导层和上限制层中且未延伸至有源层中；或者，所述特征槽位于上波导层、上限制层和有源层中且未延伸至下波导层中；或者，所述特征槽位于上波导层、上限制层、有源层和下波导层中且未延伸至下限制层中；或者，所述特征槽位于上波导层、上限制层、有源层、下波导层和下限制层中且未延伸至半导体衬底层中。
18.根据权利要求14所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，电流注入区一侧的特征槽的深度和电流注入区另一侧的特征槽的深度一致或不一致。
19.根据权利要求1所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，所述边发射半导体发光结构具有相对设置的前腔面和后腔面，所述前腔面与第一侧壁和第二侧壁均连接，所述后腔面与第一侧壁和第二侧壁均连接；所述特征槽位于前腔面和后腔面之间。
20.根据权利要求19所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，所述特征槽与前腔面和后腔面均间隔设置。
21.根据权利要求19所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，所述特征槽的漫反射侧壁与前腔面和/或后腔面连接。
22.根据权利要求1或16所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，还包括：位于部分厚度的所述上限制层中的第一刻蚀槽和第二刻蚀槽，所述第一刻蚀槽和第二刻蚀槽之间的上限制层构成脊形区；所述脊形区以及脊形区下方的下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层作为所述电流注入区；所述特征槽位于第一刻蚀槽的底部和/或第二刻蚀槽的底部。
23.根据权利要求1所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，边发射半导体发光结构具有平行于出光方向和慢轴方向的特征平面，所述特征平面的外轮廓包括相对设置的第一边和第二边、以及相对设置的第三边和第四边，第一边分别与第三边和第四边连接，第二边分别与第三边和第四边连接，第一边为第一侧壁和特征平面的相交线，第二边为第二侧壁和特征平面的相交线，第三边为前腔面和特征平面的相交线，第四边为后腔面和特征平面的相交线；第一边和第三边相交为第一顶点，第一边和第四边相交为第二顶点，第二边和第三边相交为第三顶点，第二边和第四边相交为第四顶点；第一边的中点至第三边的中点的连线与第一顶点至第四顶点的连线的交点为第五特征点；第一边的中点至第四边的中点的连线与第三顶点至第二顶点的连线的交点为第六特征点；第二边的中点至第三边的中点的连线与第三顶点至第二顶点的连线的交点为第七特征点；第二边的中点至第四边的中点的连线与第一顶点至第四顶点的连线的交点为第八特征点；第一边的中点至第三边的中点的连线上具有第九特征点，第九特征点至电流注入区的侧壁在慢轴方向的距离大于或等于阈值距离，第一边的中点至第四边的中点的连线上具有第十特征点，第十特征点至电流注入区的侧壁在慢轴方向的距离大于或等于阈值距离；第二边的中点至第三边的中点的连线上具有第十一特征点，第十一特征点至电流注入区的侧壁在慢轴方向的距离大于或等于阈值距离；第二边的中点至第四边的中点的连线上具有第十二特征点，第十二特征点至电流注入区的侧壁在慢轴方向的距离大于或等于阈值距离；第一顶点、第五特征点和第九特征点依次连接为第一折线，第二顶点、第六特征点和第十特征点依次连接为第二折线，第三顶点、第七特征点和第十一特征点依次连接为第三折线，第四顶点、第八特征点和第十二特征点依次连接为第四折线；
当特征槽位于第二侧壁和电流注入区之间时，特征槽在长度方向上横跨第三折线和第四折线；当特征槽位于第一侧壁和电流注入区之间时，特征槽在长度方向上横跨第一折线和第二折线。
24.根据权利要求23所述的边发射半导体发光结构，其特征在于，所述阈值距离为10微米-50微米。
25.一种形成权利要求1至24任意一项所述的边发射半导体发光结构的制备方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底层；
在所述半导体衬底层上依次形成层叠的下限制层、有源层和上限制层；
所述边发射半导体发光结构具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和第二侧壁在边发射半导体发光结构的慢轴方向排布；所述边发射半导体发光结构具有位于第一侧壁和第二侧壁之间的电流注入区，且电流注入区与第一侧壁和第二侧壁均间隔设置；
在电流注入区沿慢轴方向上的至少一侧形成特征槽，所述特征槽至少位于上限制层中，所述特征槽具有朝向所述电流注入区的特征侧壁，所述特征侧壁和所述电流注入区在慢轴方向上间隔排布；所述特征侧壁的表面设置有若干朝向所述电流注入区的凸起。
26.根据权利要求25所述的边发射半导体发光结构的制备方法，其特征在于，还包括：在形成特征槽之前，在部分厚度的所述上限制层中形成第一刻蚀槽和第二刻蚀槽，所述第一刻蚀槽和第二刻蚀槽之间的上限制层构成脊形区；所述脊形区以及脊形区下方的下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层作为所述电流注入区；
形成特征槽的步骤为：在第一刻蚀槽的底部和/或第二刻蚀槽的底部形成特征槽。
27.根据权利要求25所述的边发射半导体发光结构的制备方法，还包括：在形成有源层之前，在下限制层背离半导体衬底层的一侧形成下波导层；在形成上限制层之前，在有源层背离半导体衬底层的一侧形成上波导层；在电流注入区沿慢轴方向上的至少一侧形成特征槽的步骤中，所述特征槽至少位于上波导层和上限制层中。
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