CN209948331U - 一种半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体激光器，该半导体激光器包括：依次层叠的衬底、发光层和出光镜面，衬底具有贯穿的通孔，露出发光层远离出光镜面的第一表面；反射层，设置在衬底的通孔暴露的发光层的第一表面。本实用新型实施例提供的半导体激光器，在衬底上形成有贯穿衬底的通孔，该通孔露出发光层远离出光镜面的第一表面，在发光层露出的第一表面上沉积有反射层，反射层与出光镜面共同构成半导体激光器的谐振腔，该半导体激光器反射层为沉积形成，与发光层的第一表面结合的较为紧密，使得半导体激光器的良率高，解决了现有技术中采用Bonding方式形成反射层不易在大面积晶圆上制作且制作后反射层与发光层表面结合不够紧密导致的良率较差的问题。

Description

一种半导体激光器

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，具体涉及一种半导体激光器。

背景技术

激光器的谐振腔具有提供正反馈和控制腔内震荡光束的特征，是激光器的必要组成部分。谐振腔通常由两块与激活介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成。半导体激光器通常采用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，以获得共振所需的受激能量。

超晶格结构作为一种可具备光子带隙的材料被广泛应用于光电子器件的设计当中。超晶格结构本身便是一种反射镜结构，在光波导、发光二极管和激光器中得到了应用。现有的激光器谐振腔采用由分布式布拉格反射镜(DBR，distributed Bragg reflection)构成，它由两种不同折射率的材料以ABAB的方式交替排列组成的周期结构，相当于简单的一组超晶格。但是在制备DBR的过程中，如果两种材料的介电常数较为接近，则需要镀较多层的DBR才可以达到90％以上的反射率，制备时间长，会造成器件良率的降低。

现有技术中为了解决上述问题，提供了采用高反射金属层代替DBR，现有技术中制备金属层时，采用Bonding方式形成，但是，Bonding方式不易在大面积晶圆上制作且良率较差，此外，Bonding方式需在衬底上外延生长额外的可选择性蚀刻阻挡层,Bonding完成后,需用湿法蚀刻移除衬底,增加工艺上复杂度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种半导体激光器，以解决现有技术采用Bonding方式制备金属层工艺复杂的技术问题。

本实用新型提出的技术方案如下：

本实用新型实施例提供一种半导体激光器，该半导体激光器包括：依次层叠的衬底、发光层和出光镜面，所述衬底具有贯穿的通孔，露出所述发光层远离所述出光镜面的第一表面；反射层，沉积在所述衬底的通孔暴露的所述发光层的第一表面。

可选地，该半导体激光器还包括：黏着层，所述黏着层设置在所述反射层和发光层之间。

可选地，所述反射层包括反射金属层，所示反射金属层包括为金、银、铜、铝中的任意一种；所述反射层的厚度为50～200nm。

可选地，所述黏着层包括黏着金属层，所示黏着金属层包括钛、铬、碳化镍中的任意一种；所述黏着层的厚度为2～10nm。

可选地，所述出光镜面包括沿垂直于所述发光层表面多个交替排列的高折射率材料层和低折射率材料层。

本实用新型实施例还提供一种半导体激光器的制备方法，所述制备方法包括：在衬底上依次层叠制备发光层和出光镜面；在所述衬底上形成贯穿衬底的通孔，露出所述发光层远离所述出光镜面的第一表面；在所述发光层露出的第一表面上制备反射层，形成所述半导体激光器。

可选地，在所述发光层露出的第一表面上制备反射层，形成所述半导体激光器之前，还包括：在所述发光层露出的第一表面上制备黏着层。

可选地，在所述衬底上形成贯穿衬底的通孔包括：在所述衬底远离发光层的表面采用腐蚀、研磨、干法刻蚀或湿法刻蚀中的任意一种形成贯穿衬底的通孔。

可选地，所述反射层和所述黏着层采用蒸镀或溅射工艺制备。

本实用新型提出的技术方案，具有如下效果：

本实用新型实施例提供的半导体激光器，在衬底上形成有贯穿衬底的通孔，该通孔露出发光层远离出光镜面的第一表面，在发光层露出的第一表面上沉积有反射层，反射层与出光镜面共同构成半导体激光器的谐振腔，该半导体激光器反射层为沉积形成，与发光层的第一表面结合的较为紧密，使得半导体激光器的良率高，解决了现有技术中采用Bonding方式形成反射层不易在大面积晶圆上制作且制作后反射层与发光层表面结合不够紧密导致的良率较差的问题，此外，Bonding方式需在衬底上外延生长额外的可选择性蚀刻阻挡层,Bonding完成后,需用湿法蚀刻移除衬底,增加工艺上的复杂度，本实用新型实施例通过将反射层沉积在衬底的通孔中，结构简单，良率较高，可以降低半导体激光器的成本。

本实用新型实施例提供的半导体激光器的制备方法，通过在衬底上形成贯穿衬底的通孔，露出发光层远离出光镜面的第一表面，在发光层露出的第一表面上沉积反射层，反射层与出光镜面共同构成半导体激光器的谐振腔，该半导体激光器反射层制备工艺简单，反射层为沉积形成，与发光层的第一表面结合的较为紧密，使得半导体激光器的良率高，解决了现有技术中采用Bonding方式形成反射层不易在大面积晶圆上制作且制作后反射层与发光层表面结合不够紧密导致的良率较差的问题，此外，相比现有技术中采用Bonding方式形成反射层，本发明实施例提供的半导体激光器的制备方法无需在衬底上外延生长额外的可选择性蚀刻阻挡层,减少了工艺上的复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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是根据本实用新型实施例的半导体激光器的结构示意图；

图2是根据本实用新型另一实施例的半导体激光器的结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的半导体激光器的制备方法的流程图；

图4A至图4C是根据本实用新型实施例的半导体激光器的制备方法所得到的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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。

在本实用新型的描述中，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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型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

本实用新型实施例提供一种半导体激光器，如图1所示，该半导体激光器包括：依次层叠的衬底10、发光层20和出光镜面30，衬底具有贯穿的通孔40，露出发光层20远离出光镜面30的第一表面；反射层50，沉积在衬底10的通孔暴露的发光层20的第一表面。其中，发光层20的发光波长可以是大于600nm。具体地，该半导体激光器可以是体材料激光器、量子阱激光器、量子线激光器、量子点激光器、量子级联激光器中的任意一种，本申请对此不做限定。

本实用新型实施例提供的半导体激光器，在衬底上形成有贯穿衬底的通孔，该通孔露出发光层远离出光镜面的第一表面，在发光层露出的第一表面上沉积有反射层，反射层与出光镜面共同构成半导体激光器的谐振腔，该半导体激光器反射层为沉积形成，与发光层的第一表面结合的较为紧密，使得半导体激光器的良率高，解决了现有技术中采用Bonding方式形成反射层不易在大面积晶圆上制作且制作后反射层与发光层表面结合不够紧密导致的良率较差的问题，此外，Bonding方式需在衬底上外延生长额外的可选择性蚀刻阻挡层,Bonding完成后,需用湿法蚀刻移除衬底,增加工艺上的复杂度，本实用新型实施例通过将反射层沉积在衬底的通孔中，结构简单，良率较高，可以降低半导体激光器的成本。

作为本实用新型实施例的一种可选的实施方式，该半导体激光器的结构可以是包括从上至下依次设置的第一电极、衬底(包含反射层)、缓冲层、下限制层、下波导层、发光层、上波导层、上限制层、出光镜面、欧姆接触层及第二电极，其中，缓冲层、下限制层、下波导层、上波导层及上限制层可以根据实际需要设置，该半导体激光器中可以包含缓冲层、下限制层、下波导层、上波导层及上限制层中的一层或多层，本申请对此不做限定。

其中，出光镜面包括沿垂直于发光层表面多个交替排列的高折射率材料层和低折射率材料层，高折射率材料层和低折射率材料层的周期数可以根据实际需要设定在5-30之间。以激光波长为940nm的InGaAs基VCSEL为例，出光镜面可以采用20周期的GaAs/AlGaAs结构。此外，该出光镜面也可以由TiO₂/SiO₂两种材料构成，本申请对此不做限定。

为了增加反射层与发光层之间粘结的紧密程度，提高产品的良率，作为本实用新型实施例的一种可选的实施方式，如图2所示，该半导体激光器还包括：黏着层60，黏着层60设置在反射层50和发光层20之间。具体地，黏着层60可以增加反射层50和发光层20之间的黏着力。其中，黏着层60可以是由金属材料构成，例如钛、铬、碳化镍中的任意一种，本申请对黏着层60的材料不做限制，黏着层60也可以由其他材料构成。此外，黏着层60的厚度可以是2～10nm，例如，黏着层60可以是5nm。

作为本实用新型实施例的一种可选的实施方式，反射层50材料可以是金属材料，具体地，该反射层50可以是金、银、铜、铝中的任意一种；本申请对反射层50的材料不做限制，反射层50也可以由其他材料构成。此外，反射层50的厚度可以是50～200nm，例如，反射层50可以是100nm。

本实用新型实施例提供的半导体激光器，可以利用金属材料作为激光器谐振腔中的反射层，而金属材料对光具有较高的反射率，尤其是对波长为600nm以上的光反射率较高，采用金属作为反射层，相比现有的DBR谐振腔反射层，可以减少工艺的复杂程度和时间，进一步提升良率降低器件成本。

实施例2

本实用新型实施例还提供一种半导体激光器的制备方法，如图3所示，该制备方法包括如下步骤：

S101：在衬底10上依次层叠制备发光层20和出光镜面30。具体地，根据期望的半导体激光器的发光波长，衬底的材料可以选择GaAs、SiC、InP或其他材料。在制备发光层和出光镜面时，可以采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法或分子束外延法(MBE)，本申请对具体制备工艺不做限定。此外，还可以根据实际需要制备缓冲层、下限制层、下波导层、上波导层及上限制层等结构。经过S101后的结构如图4A所示。

S102：在衬底10上形成贯穿衬底10的通孔40，露出发光层20远离出光镜面30的第一表面。具体地，可以在衬底远离发光层的表面采用腐蚀、研磨、干法刻蚀或湿法刻蚀中的任意一种形成贯穿衬底的通孔。经过S102后的结构如图4B所示。

S103：在发光层20露出的第一表面上制备反射层50，形成半导体激光器。具体地，可以采用蒸镀或溅射工艺中的任意一种在发光层露出的第一表面上制备反射层50，反射层50材料可以是金属材料，具体地，该反射层50可以是金、银、铜、铝中的任意一种；本申请对反射层50的材料不做限制，反射层50也可以由其他材料构成。此外，反射层50的厚度可以是50～200nm，例如，反射层50可以是100nm。经过S103后的结构如图4C所示。

作为本实用新型实施例的一种可选的实施方式，步骤S103在发光层20露出的第一表面上制备反射层50，形成半导体激光器之前，还包括如下步骤：

在发光层20露出的第一表面上制备黏着层60。具体地，可以采用蒸镀或溅射工艺中的任意一种在发光层20露出的第一表面上制备黏着层60，黏着层60可以增加反射层和发光层之间的黏着力。其中，黏着层60可以是由金属材料构成，例如钛、铬、碳化镍中的任意一种，本申请对黏着层60的材料不做限制，黏着层60也可以由其他材料构成。此外，黏着层60的厚度可以是2～10nm，优选地，黏着层60可以是5nm。经过该步骤后的结构如图2所示。

本实用新型实施例提供的半导体激光器的制备方法，通过在衬底上形成贯穿衬底的通孔，露出发光层远离出光镜面的第一表面，在发光层露出的第一表面上沉积反射层，反射层与出光镜面共同构成半导体激光器的谐振腔，该半导体激光器反射层制备工艺简单，反射层为沉积形成，与发光层的第一表面结合的较为紧密，使得半导体激光器的良率高，解决了现有技术中采用Bonding方式形成反射层不易在大面积晶圆上制作且制作后反射层与发光层表面结合不够紧密导致的良率较差的问题，此外，相比现有技术中采用Bonding方式形成反射层，本实用新型实施例提供的半导体激光器的制备方法无需在衬底上外延生长额外的可选择性蚀刻阻挡层,减少了工艺上的复杂度。

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实用新型创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种半导体激光器，其特征在于，包括：

依次层叠的衬底、发光层和出光镜面，所述衬底具有贯穿的通孔，露出所述发光层远离所述出光镜面的第一表面；

反射层，沉积在所述衬底的通孔暴露的所述发光层的第一表面。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，还包括：黏着层，所述黏着层设置在所述反射层和发光层之间。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述反射层包括反射金属层，所示反射金属层包括为金、银、铜、铝中的任意一种；所述反射层的厚度为50～200nm。

4.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，所述黏着层包括黏着金属层，所示黏着金属层包括钛、铬、碳化镍中的任意一种；所述黏着层的厚度为2～10nm。

5.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述出光镜面包括沿垂直于所述发光层表面多个交替排列的高折射率材料层和低折射率材料层。

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