本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器，具體涉及一種半導(dǎo)體激光器及半導(dǎo)體激光器的制備方法。

背景技術(shù)：

1、980納米（nm）單模半導(dǎo)體激光器是指發(fā)射波長(zhǎng)為980nm，且在工作時(shí)以單一的橫向模式（例如基模）進(jìn)行激光輸出的半導(dǎo)體激光器。980nm單模半導(dǎo)體激光器具有單色性好、單橫模激射、閾值電流低、易與光纖耦合和穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于激光打印、3d感測(cè)、光通信和光存儲(chǔ)等領(lǐng)域。

2、傳統(tǒng)的980nm單模半導(dǎo)體激光器使用單量子阱外延結(jié)構(gòu)，通過(guò)2微米（μm）至10μm寬的脊型波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)高階模式的限制和抑制。由于發(fā)光區(qū)寬度較窄，單模半導(dǎo)體激光器腔面處的光功率密度極高，易發(fā)生腔面燒蝕失效，并且由于熱透鏡效應(yīng)等原因，激光器在高電流下難以保持單模激射，電光效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體激光器及半導(dǎo)體激光器的制備方法，以解決由于低效率、高功率密度和熱效應(yīng)等因素，半導(dǎo)體激光器的輸出功率受限的問(wèn)題。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體激光器，半導(dǎo)體激光器包括襯底層和外延結(jié)構(gòu)，外延結(jié)構(gòu)包括多個(gè)發(fā)光結(jié)構(gòu)、隧道結(jié)和歐姆接觸層；發(fā)光結(jié)構(gòu)包括自下而上依次設(shè)置的下限制層、有源區(qū)和上限制層，發(fā)光結(jié)構(gòu)還包括第一氧化層，第一氧化層設(shè)置于上限制層遠(yuǎn)離有源區(qū)的一側(cè)表面上，或第一氧化層設(shè)置于上限制層內(nèi)；多個(gè)發(fā)光結(jié)構(gòu)層疊設(shè)置，相鄰的兩個(gè)發(fā)光結(jié)構(gòu)通過(guò)隧道結(jié)連接，最下層的發(fā)光結(jié)構(gòu)設(shè)置于襯底層的一側(cè)表面上，歐姆接觸層設(shè)置在最上層的外延結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離襯底層的一側(cè)表面上；外延結(jié)構(gòu)在垂直于外延生長(zhǎng)方向和出光方向上形成有脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)或柱狀孔陣列結(jié)構(gòu)，第一氧化層靠近脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)或柱狀孔的側(cè)壁為絕緣層，第一氧化層靠近脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)側(cè)向中心或兩側(cè)柱狀孔中心的區(qū)域?yàn)閷?dǎo)電層；在形成脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)后，第一氧化層從脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的刻蝕界面向內(nèi)進(jìn)行氧化形成第二氧化層；或在形成柱狀孔陣列結(jié)構(gòu)后，第一氧化層從外延結(jié)構(gòu)靠近每個(gè)柱狀孔的側(cè)壁開(kāi)始氧化形成第二氧化層，且同一側(cè)相鄰的兩個(gè)柱狀孔對(duì)應(yīng)的氧化區(qū)域存在重疊，柱狀孔的深度大于或等于歐姆接觸層到最靠近襯底層的發(fā)光結(jié)構(gòu)中第一氧化層的距離。

3、可選的，通過(guò)在側(cè)向上形成脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)或特殊形狀的柱狀孔陣列結(jié)構(gòu)構(gòu)成側(cè)向波導(dǎo)，通過(guò)側(cè)向上的折射率差，抑制高階模，實(shí)現(xiàn)基模激射。

4、可選的，外延結(jié)構(gòu)在發(fā)光區(qū)域以外的區(qū)域設(shè)置有通過(guò)離子注入形成的電隔離區(qū)域，其中，離子注入深度大于歐姆接觸層遠(yuǎn)離襯底層的表面到最靠近襯底層的發(fā)光結(jié)構(gòu)的下限制層的距離。

5、可選的，脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的寬度小于15μm。

6、可選的，將脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的寬度限制在3μm至7μm，有助于在實(shí)現(xiàn)單模激射，減小高階模增益，提高光束質(zhì)量。

7、可選的，脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的刻蝕深度大于歐姆接觸層遠(yuǎn)離襯底的面到最接近襯底的發(fā)光結(jié)構(gòu)的下限制層的厚度，圖形的底部一般在下限制層內(nèi)。

8、可選的，柱狀孔陣列結(jié)構(gòu)位于發(fā)光區(qū)域兩側(cè)，柱狀孔陣列結(jié)構(gòu)中柱狀孔的形狀為三角形、圓形或多邊形，刻蝕深度從歐姆接觸層遠(yuǎn)離襯底的面到最接近襯底層的發(fā)光結(jié)構(gòu)的第一氧化層以下，刻蝕孔可以是多排也可以是單排，可以均勻分布，也可以離散分布。

9、可選的，第一氧化層在高溫高濕的環(huán)境下，自側(cè)向波導(dǎo)的刻蝕界面向內(nèi)發(fā)生氧化，氧化部分形成電絕緣，限制自遠(yuǎn)離襯底方向到靠近襯底方向的電流注入面積，從而使每個(gè)發(fā)光結(jié)中量子阱的電流注入面積相同，輸出光模式耦合效率更高，實(shí)現(xiàn)光限制。

10、可選的，第一氧化層材料為含鋁半導(dǎo)體化合物，鋁組分可在高溫高濕環(huán)境快速氧化。

11、可選的，第一氧化層材料可以是alas、alxga1-xas材料。

12、可選的，多個(gè)發(fā)光結(jié)構(gòu)的第一氧化層的鋁組分可以不同。氧化的深度與第一氧化層鋁組分及氧化條件有關(guān)，一般鋁組分越高，相同氧化條件下，氧化速度越快。通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)第一氧化層的鋁組分，可以調(diào)節(jié)各個(gè)量子阱（有源區(qū)）上方的氧化層的氧化區(qū)域?qū)挾龋瑥亩胶舛鄠€(gè)發(fā)光結(jié)構(gòu)之間的量子阱的注入寬度，提升外延結(jié)構(gòu)之間的耦合效率，改善由于載流子橫向擴(kuò)散產(chǎn)生的效率降低的問(wèn)題。

13、可選的，可以通過(guò)離子注入的方式在電流注入?yún)^(qū)之外形成電隔離區(qū)域，高能離子的注入破壞該區(qū)域晶格排布，通過(guò)退火方式使其形成性能穩(wěn)定的電隔離區(qū)域，從而限制載流子橫向擴(kuò)散，提高效率。

14、第二方面，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體激光器的制備方法，方法包括：提供襯底層；在襯底層的一側(cè)表面上依次生長(zhǎng)下限制層、有源區(qū)和上限制層，形成發(fā)光結(jié)構(gòu)；其中，發(fā)光結(jié)構(gòu)還包括第一氧化層，第一氧化層形成于上限制層遠(yuǎn)離有源區(qū)的一側(cè)表面上，或第一氧化層形成于上限制層內(nèi)；在上限制層遠(yuǎn)離襯底層的一側(cè)表面上形成隧道結(jié)；在隧道結(jié)遠(yuǎn)離襯底層的一側(cè)表面上再次形成至少一個(gè)發(fā)光結(jié)構(gòu)，其中，相鄰的兩個(gè)發(fā)光結(jié)構(gòu)通過(guò)隧道結(jié)連接；在最上層的發(fā)光結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離襯底層的一側(cè)表面上形成歐姆接觸層，以得到外延結(jié)構(gòu)；在外延結(jié)構(gòu)垂直于外延生長(zhǎng)方向上和出光方向上形成脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)或柱狀孔陣列結(jié)構(gòu)，以得到上述第一方面或其對(duì)應(yīng)的任一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器，第一氧化層靠近脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)或柱狀孔的側(cè)壁為絕緣層，第一氧化層靠近脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)側(cè)向中心或兩側(cè)柱狀孔中心的區(qū)域?yàn)閷?dǎo)電層。

15、可選的，在外延結(jié)構(gòu)垂直于外延生長(zhǎng)方向和出光方向上形成脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包括：刻蝕外延結(jié)構(gòu)，使外延結(jié)構(gòu)在垂直于外延生長(zhǎng)方向上和出光方向上呈脊型；對(duì)脊型結(jié)構(gòu)進(jìn)行氧化處理，使第一氧化層從靠近脊型結(jié)構(gòu)側(cè)壁的區(qū)域開(kāi)始向內(nèi)氧化，形成第二氧化層。

16、可選的，在外延結(jié)構(gòu)垂直于外延生長(zhǎng)方向上和出光方向上形成柱狀孔陣列結(jié)構(gòu)，包括：刻蝕外延結(jié)構(gòu)，在發(fā)光區(qū)域的兩側(cè)形成柱狀孔陣列結(jié)構(gòu)；將柱狀孔作為氧化窗口進(jìn)行氧化處理，使外延結(jié)構(gòu)的第一氧化層從靠近柱狀孔側(cè)壁的區(qū)域開(kāi)始向內(nèi)氧化，形成第二氧化層，且同一側(cè)相鄰的兩個(gè)柱狀孔對(duì)應(yīng)的第二氧化層存在重疊。

17、可選的，在外延結(jié)構(gòu)側(cè)向上形成脊型波導(dǎo)或柱狀孔陣列結(jié)構(gòu)的方法包括：生長(zhǎng)一層硬掩膜材料，包括但不限于sio2、sixny材料。旋涂光刻膠并光刻顯影，在外延片遠(yuǎn)離襯底的表面形成光刻圖形?？涛g硬掩膜，使硬掩膜復(fù)刻光刻圖形后去膠。使用干法刻蝕或濕法腐蝕或兩者結(jié)合的方式刻蝕側(cè)向波導(dǎo)，精確控制刻蝕深度。

18、可選的，上述掩膜也可以是光刻膠掩膜，也可以是硬掩膜和光刻膠掩膜。

19、可選的，將刻蝕了側(cè)向波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的外延片放置于高溫高濕環(huán)境，第一氧化層發(fā)生氧化，形成第二氧化層，被氧化部分形成電絕緣材料，可實(shí)現(xiàn)光限制。

20、可選的，在最上層的發(fā)光結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離襯底層的一側(cè)表面上形成歐姆接觸層之后，方法還包括：在外延結(jié)構(gòu)除發(fā)光區(qū)域之外的區(qū)域注入離子，形成電隔離區(qū)域。

21、可選的，離子注入可以在刻蝕脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)或者是柱狀孔陣列結(jié)構(gòu)之前，形成電流注入?yún)^(qū)和電隔離區(qū)域。旋涂光刻膠，通過(guò)光刻顯影，在外延片遠(yuǎn)離襯底表面發(fā)光區(qū)域以內(nèi)形成光刻膠圖形。調(diào)節(jié)注入能量和注入角度，在離子注入設(shè)備進(jìn)行高能離子注入，使注入離子深入外延片最接近襯底的發(fā)光結(jié)的n限制層。退火處理，使離子注入?yún)^(qū)域形成電絕緣。

22、可選的，離子注入可以在刻蝕脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)或者是柱狀孔陣列結(jié)構(gòu)之后。旋涂光刻膠，通過(guò)光刻對(duì)準(zhǔn)，在電流注入?yún)^(qū)上方歐姆接觸層遠(yuǎn)離襯底的方向設(shè)置掩膜層，再進(jìn)行離子注入，形成電隔離區(qū)域（以脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為例）。

23、本發(fā)明技術(shù)方案至少具有以下有益效果：

24、本發(fā)明技術(shù)方案采用雙結(jié)或多結(jié)外延結(jié)構(gòu)，通過(guò)在外延結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離襯底層的表面向下設(shè)置脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)或柱狀孔陣列結(jié)構(gòu)，在垂直外延生長(zhǎng)方向上和發(fā)光方向的側(cè)向上形成弱折射率波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高階模的限制和基模激射。多結(jié)外延結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相同電流注入下功率翻倍，效率提升。每個(gè)發(fā)光結(jié)構(gòu)在p型摻雜區(qū)域內(nèi)設(shè)置高鋁材料層，沿高鋁材料與空氣接觸界面向內(nèi)部氧化，通過(guò)調(diào)節(jié)各結(jié)高鋁材料的鋁組分，控制氧化速率，實(shí)現(xiàn)對(duì)多結(jié)外延結(jié)構(gòu)有源區(qū)寬度的調(diào)節(jié)，降低光與脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)或柱狀孔側(cè)壁的交疊，降低光的表面散射損耗，提高功率。自外延層遠(yuǎn)離襯底方向向下對(duì)發(fā)光區(qū)域以外進(jìn)行高能離子注入，注入?yún)^(qū)域形成電絕緣，阻礙電流側(cè)向擴(kuò)散，提高電光轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)多結(jié)電限制。