CN217882297U - 一种边发射半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种边发射半导体激光器，包括：半导体衬底层；位于所述半导体衬底层上的有源层；位于所述有源层上的第一半导体包层；位于所述第一半导体包层中的刻蚀槽单元，所述刻蚀槽单元包括沿着慢轴方向排布的第一刻蚀槽和第二刻蚀槽，所述刻蚀槽单元中的所述第一刻蚀槽和所述第二刻蚀槽之间的第一半导体包层作为脊形区；填充满所述第一刻蚀槽和所述第二刻蚀槽的填充层，所述填充层包括苯并环丁烯填充层或聚酰亚胺填充层。所述边发射半导体激光器的慢轴光束质量、平坦度和偏振度提高。

Description

一种边发射半导体激光器

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种边发射半导体激光器。

背景技术

边发射半导体激光器是一种重要的半导体发光器件，其本质为PIN发光二极管。通过向边发射半导体激光器施加正向电压从而持续注入电流，使得电子空穴在本征层中的有源区(增益介质)复合产生受激辐射光子，光子在激光器前后端面形成的共振腔中反复振荡，在增益介质中激发出更多的受激辐射光子，从而实现光放大，当光子的增益高过阈值时，就可以从端面射出形成激光。由于受激辐射的作用，光子的光学性质高度一致，所以激光相比普通光源(阳光/白炽灯/LED等)有更好的单色性和方向性，也有更高的亮度。边发射半导体激光器由于其良好的光学特性，小尺寸，低成本和简易的封装形式，已经被大量用于工业加工、通信、医疗等领域。边发射半导体激光器的应用场景如光通信、泵浦光纤激光器、材料加工、激光医疗等领域。

边发射半导体激光器为了实现大功率输出，通常采用宽条结构设计(宽条指发光宽度10um以上至几百微米)。在此基础上，由于电流注入区域变大，会更容易引发载流子和温度的横向分布不均匀，载流子注入不均会引发自聚焦效应，引入等效折射率差，如电流注入区温度上升，电流注入区的中心和边缘形成了温度梯度(工作状态下典型差值约为5℃)，因而导致横向波导区折射率分布不均，温度变化来的折射率差区间为0.0001～0.004。折射率梯度过大会支持更多的侧向横模数量，造成边发射半导体激光器的慢轴(侧向)光束质量变差。边发射半导体激光器的光束质量差的外在体现为：在近场光斑大小近似条形，远场光斑横截面为椭圆形，远场发散角快轴发散角通常有30°～60°，慢轴发散角有5°～14°。其次，由于脊形区两侧的刻蚀槽中具有空隙，这样使得电极形成的表面平坦度较差，边发射半导体激光器的平坦度的较差。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种边发射半导体激光器，以解决现有技术中边发射半导体激光器的慢轴光束质量、平坦度和偏振度较差的问题。

本实用新型提供一种边发射半导体激光器，包括：半导体衬底层；位于所述半导体衬底层上的有源层；位于所述有源层上的第一半导体包层；位于所述第一半导体包层中的刻蚀槽单元，所述刻蚀槽单元包括沿着慢轴方向排布的第一刻蚀槽和第二刻蚀槽，所述刻蚀槽单元中的所述第一刻蚀槽和所述第二刻蚀槽之间的第一半导体包层作为脊形区；填充满所述第一刻蚀槽和所述第二刻蚀槽的填充层，所述填充层包括苯并环丁烯填充层或聚酰亚胺填充层。

可选的，还包括：位于所述第一半导体包层背离所述半导体衬底层一侧表面的接触层，刻蚀槽单元还贯穿所述接触层，所述填充层的顶部表面与所述接触层的顶部表面齐平。

可选的，所述填充层的折射率与所述脊形区的材料的折射率的差值小于或等于1.8。

可选的，所述第一半导体包层包括：位于有源层背离所述半导体衬底层一侧的上波导层；位于所述上波导层背离所述有源层一侧的上限制层；所述刻蚀槽单元位于第一半导体包层的至少上限制层中。

可选的，所述第一刻蚀槽的深度为0.05um～5um，所述第二刻蚀槽的深度为0.05um～5um。

可选的，所述第一刻蚀槽的宽度大于或者等于5um，所述第二刻蚀槽的宽度大于或者等于5um。

可选的，所述脊形区的宽度为10微米至400微米。

可选的，还包括：位于所述有源层和所述半导体衬底层之间的第二半导体包层，所述第二半导体包层包括下波导层和下限制层，所述下限制层位于所述下波导层和所述有源层之间。

本实用新型提供的技术方案，具有如下效果：

本实用新型技术方案提供的边发射半导体激光器，由于填充层将第一刻蚀槽和第二刻蚀槽填充满，因此使得填充层所在的位置的折射率提高，这样使得第一刻蚀槽和第二刻蚀槽内部的材料与脊形区的材料之间的折射率差值减小，这样能降低边发射半导体激光器在慢轴方向的横模数量，减少慢轴发散角。其次，苯并环丁烯填充层或聚酰亚胺填充层对脊形区的应力较小，这样能降低脊形区中的缺陷；再次，苯并环丁烯填充层或聚酰亚胺填充层的吸湿性较好，减少水氧传输至脊形区；综上，提高边发射半导体激光器的慢轴光束质量。再次，苯并环丁烯填充层或聚酰亚胺填充层的填充性能较好，这样填充层的顶部表面的平坦度较好，利于边发射半导体激光器表面整体平坦度的提高。再次，能提高边发射半导体激光器发出的光的偏振度。

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是本实用新型一实施例的边发射半导体激光器的结构示意图；

图2是本实用新型另一实施例的边发射半导体激光器的结构示意图。

具体实施方式

宽条边发射半导体激光器通常采用脊波导刻蚀的方式，来限制电流的注入方向及扩展，刻蚀沟槽的深度带来的等效折射率差＜0.01(如0.0006)，刻蚀沟槽的深度对流注入的限制及发散角影响较大。为了降低注入电流的横向扩展，提高电流注入效率，刻蚀沟槽需要的深度需要提高。然而，刻蚀沟槽过深则会由于刻蚀引入的空气柱而带来较大的等效折射率差，从而增加慢轴发散角，边发射半导体激光器的慢轴(侧向)光束质量变差。其次，由于脊形区两侧的刻蚀槽中具有空隙，这样使得电极形成的表面平坦度较差，边发射半导体激光器的平坦度的较差。

在此基础上，本实用新型提供一种边发射半导体激光器，包括：半导体衬底层；位于所述半导体衬底层上的有源层；位于所述有源层上的第一半导体包层；位于所述第一半导体包层中的刻蚀槽单元，所述刻蚀槽单元包括沿着慢轴方向排布的第一刻蚀槽和第二刻蚀槽，所述刻蚀槽单元中的所述第一刻蚀槽和所述第二刻蚀槽之间的第一半导体包层作为脊形区；填充满所述第一刻蚀槽和所述第二刻蚀槽的填充层，所述填充层包括苯并环丁烯填充层或聚酰亚胺填充层。所述边发射半导体激光器的慢轴光束质量、平坦度和偏振度提高。

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。

本实施例提供一种边发射半导体激光器，参考图1，包括：

半导体衬底层100；

位于所述半导体衬底层100上的有源层130；

位于所述有源层13上的第一半导体包层；

位于所述第一半导体包层中的刻蚀槽单元，所述刻蚀槽单元包括沿着慢轴方向排布的第一刻蚀槽和第二刻蚀槽，所述刻蚀槽单元中的所述第一刻蚀槽和所述第二刻蚀槽之间的第一半导体包层作为脊形区A；

填充满所述第一刻蚀槽和所述第二刻蚀槽的填充层160，所述填充层160包括苯并环丁烯填充层或聚酰亚胺填充层。

本实施例的边发射半导体激光器，由于填充层160将第一刻蚀槽和第二刻蚀槽填充满，因此使得填充层160所在的位置的折射率提高，这样使得第一刻蚀槽和第二刻蚀槽内部的材料与脊形区A的材料之间的折射率差值减小，这样能降低边发射半导体激光器在慢轴方向的横模数量，减少慢轴发散角。其次，苯并环丁烯填充层或聚酰亚胺填充层对脊形区的应力较小，这样能降低脊形区A中的缺陷；再次，苯并环丁烯填充层或聚酰亚胺填充层的吸湿性较好，减少水氧传输至脊形区A；综上，提高边发射半导体激光器的慢轴光束质量。再次，苯并环丁烯填充层或聚酰亚胺填充层的填充性能较好，这样填充层160的顶部表面的平坦度较好，利于边发射半导体激光器表面整体平坦度的提高。再次，能提高边发射半导体激光器的偏振度。

所述第一半导体包层包括：位于有源层130背离所述半导体衬底层100一侧的上波导层140；位于所述上波导层140背离所述有源层130一侧的上限制层150；所述刻蚀槽单元位于第一半导体包层的至少上限制层150中。

本实施例中，以第一刻蚀槽和第二刻蚀槽均位于上限制层150和上波导层140中为示例。在其他实施例中，第一刻蚀槽和第二刻蚀槽均位于上限制层中且不位于上波导层中。

参考图1，所述边发射半导体激光器，还包括：位于第一半导体包层背离所述半导体衬底层一侧表面的接触层170，刻蚀槽单元还贯穿所述接触层170。在一个实施例中，所述填充层160的顶部表面与所述接触层170的顶部表面齐平。在一个实施例中，所述接触层170为重掺杂的砷化镓。

参考图2，所述边发射半导体激光器，还包括：位于第一半导体包层背离所述半导体衬底层一侧表面的接触层170a，刻蚀槽单元还贯穿所述接触层170a。在一个实施例中，所述填充层160a的顶部表面与接触层170a的顶部表面齐平。

在一个实施例中，所述接触层170a为重掺杂的砷化镓。在一个实施例中，所述填充层160的折射率与所述脊形区A的材料的折射率的差值小于或等于1.8。

在一个实施例中，所述第一刻蚀槽的深度为0.05um～5um，所述第二刻蚀槽的深度为0.05um～5um。

在一个实施例中，所述第一刻蚀槽的宽度大于或者等于5um，所述第二刻蚀槽的宽度大于或者等于5um。

本实施例中，参考图1，所述第一刻蚀槽沿着脊形区A的宽度方向上的截面的形状为“U”形，第二刻蚀槽沿着脊形区A的宽度方向上的截面的形状为“U”形。在其他实施例中，参考图2，第一刻蚀槽背离所述脊形区A的一侧能延伸至边发射半导体激光器的边缘，第二刻蚀槽背离所述脊形区A的一侧能延伸至边发射半导体激光器的边缘，这样第一刻蚀槽沿着脊形区A的宽度方向上的截面的形状为“L”形，第二刻蚀槽沿着脊形区A的宽度方向上的截面的形状为“L”形，填充层160a延伸至边发射半导体激光器的边缘。

在一个实施例中，所述脊形区A的宽度为10微米至400微米，例如10微米、100微米、200微米、300微米或400微米。脊形区A的宽度较大，使得边发射半导体激光器的光功率提高。

所述边发射半导体激光器还包括：位于有源层130和半导体衬底层100之间的第二半导体包层，所述第二半导体包层包括下波导层120和下限制层110，所述下限制层110位于所述下波导层120和所述有源层130之间。

本实施例的边发射半导体激光器，实现等效折射率差减小0.0001～0.001，对应的慢轴发散角可以减小0.5°～3°。

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 (8)

1.一种边发射半导体激光器，其特征在于，包括：

半导体衬底层；

位于所述半导体衬底层上的有源层；

位于所述有源层上的第一半导体包层；

位于所述第一半导体包层中的刻蚀槽单元，所述刻蚀槽单元包括沿着慢轴方向排布的第一刻蚀槽和第二刻蚀槽，所述刻蚀槽单元中的所述第一刻蚀槽和所述第二刻蚀槽之间的第一半导体包层作为脊形区；

填充满所述第一刻蚀槽和所述第二刻蚀槽的填充层，所述填充层包括苯并环丁烯填充层或聚酰亚胺填充层。

2.根据权利要求1所述的边发射半导体激光器，其特征在于，还包括：位于所述第一半导体包层背离所述半导体衬底层一侧表面的接触层，刻蚀槽单元还贯穿所述接触层，所述填充层的顶部表面与所述接触层的顶部表面齐平。

3.根据权利要求1所述的边发射半导体激光器，其特征在于，所述填充层的折射率与所述脊形区的材料的折射率的差值小于或等于1.8。

4.根据权利要求1所述的边发射半导体激光器，其特征在于，所述第一半导体包层包括：位于有源层背离所述半导体衬底层一侧的上波导层；位于所述上波导层背离所述有源层一侧的上限制层；所述刻蚀槽单元位于第一半导体包层的至少上限制层中。

5.根据权利要求1所述的边发射半导体激光器，其特征在于，所述第一刻蚀槽的深度为0.05um～5um，所述第二刻蚀槽的深度为0.05um～5um。

6.根据权利要求1所述的边发射半导体激光器，其特征在于，所述第一刻蚀槽的宽度大于或者等于5um，所述第二刻蚀槽的宽度大于或者等于5um。

7.根据权利要求1所述的边发射半导体激光器，其特征在于，所述脊形区的宽度为10微米至400微米。

8.根据权利要求1所述的边发射半导体激光器，其特征在于，还包括：位于所述有源层和所述半导体衬底层之间的第二半导体包层，所述第二半导体包层包括下波导层和下限制层，所述下限制层位于所述下波导层和所述有源层之间。

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