一種多有源區級聯的半導體激光器制造技術

本發明專利技術涉及半導體光電子技術領域，具體涉及一種多有源區級聯的半導體激光器。所述多有源區級聯的半導體激光器包括：若干級聯有源區，每一所述級聯有源區包括多個有源區；隧道結，在所述級聯有源區的至少一側設置，與所述級聯有源區電連接；其中，在所述級聯有源區中，至少一組相鄰的所述有源區之間通過勢壘層連接。這樣周期性增益結構中可增加更多的有源區，提高了器件的內量子效率，同時也降低了載流子的密度，從而獲得更多的增益。勢壘層連接不具有引入新的pn結的特性，因此該層不會提高器件工作的開啟的電壓，同時外延生長也較隧道結簡單。

【技術實現步驟摘要】
一種多有源區級聯的半導體激光器
本專利技術涉及半導體光電子
，具體涉及一種多有源區級聯的半導體激光器。
技術介紹
垂直腔面發射激光器是一種半導體微腔激光器，相較于傳統的邊發射激光器，垂直腔面發射激光器由于具有低閾值電流、體積小、圓對稱光斑易于光纖耦合、高光束質量、單縱模、面發射易于集成等優勢，使其在近年來得到了迅猛的發展，廣泛應用于人臉識別等三維傳感、光通信、激光雷達、無人駕駛等領域中。目前，一種垂直腔面發射激光器的結構包括：上下的反射面形成諧振器、量子阱結構堆疊的增益區以及電流限制層(如氧化限制層，離子注入限制層等)。上述垂直腔面發射激光器通過一組量子阱堆疊形成的增益區，該類垂直腔面發射激光器單點功率為一般10mW(10mA驅動電流)，效率一般接近50％，多應用于所需功率較小的智能設備上，利用三維結構光技術進行近距離的人臉識別。但是，對于在大型三維傳感應用場景，例如基于激光雷達的無人駕駛領域，上述結構的垂直腔面發射激光器已無法滿足需求，需要大功率和高效率的激光器。基于這樣的需求，現有最為廣泛的方法是在垂直腔面發射激光器的結構中，增加有源區的數量來實現，從而形成多個增益區來增強器件的功率和效率。一般的量子阱必須位于周期性諧振結構的波峰位置才能產生增益，通常，對于在外部電場驅動載流子流經第一個有源區后，需要設計足夠多的量子阱堆疊數量，是載流子完全復合后，就需要通過隧道結結構將載流子重新激活，從而在下一個有源區繼續復合輻射光子，通過隧道結將多個量子阱堆疊的有源區連接起來，進而實現更高功率和效率的目的。但是，隧道結實質是很薄的重摻雜層構成的pn結，在外延生長中要實現準確的重摻雜難度大于其他普通外延層的生長，半導體級聯有源區的隧道結是反向偏置的設計在器件結構中，隧道結的引入會增加器件工作的開啟電壓，從而提高工作電壓。同時，隨著對激光器功率和效率需求的提升，受空間和散熱性能的限制，上述多個有源區的垂直腔面發射激光器越來越難以滿足對激光器功率和效率的需求。
技術實現思路
本專利技術的主要目的在于提供一種多有源區級聯的半導體激光器，以解決現有技術中多有源區級聯的半導體激光器效率不高的問題。為實現上述目的，本專利技術提供了一種多有源區級聯的半導體激光器，包括：若干級聯有源區，每一所述級聯有源區包括多個有源區；隧道結，在所述級聯有源區的至少一側設置，與所述級聯有源區電連接；其中，在所述級聯有源區中，至少一組相鄰的所述有源區之間通過勢壘層連接。進一步地，在所述級聯有源區中，若干組相鄰的所述有源區均通過勢壘層連接。進一步地，每一所述有源區中由多個量子阱堆疊成型或一個量子阱成型；或者每一所述有源區中由多個量子線堆疊成型或一個量子線成型；或者每一所述有源區中由多個量子點堆疊成型或一個量子點成型。進一步地，在所述多個量子阱堆疊中，多個量子阱之間采用隧道結和/或勢壘層連接。進一步地，所述級聯有源區為多個，相鄰兩所述級聯有源區之間通過所述隧道結連接。進一步地，所述多有源區級聯的半導體激光器還包括電流限制層，所述電流限制層在所述有源區的外側設置。進一步地，所述電流限制層的數量為一層或多層，在所述有源區上層區域、下層區域或者中間區域設置。進一步地，所述電流限制層采用含鋁和砷材料的氧化層；或者所述電流限制層采用離子注入層；或者所述電流限制層采用高電阻層。進一步地，所述多有源區級聯的半導體激光器還包括抗反射層，所述抗反射層在所述半導體激光器的出光口位置設置。進一步地，所述多有源區級聯的半導體激光器還包括光柵層，所述光柵層臨近所述半導體激光器輸出端的所述有源區設置。進一步地，所述多有源區級聯的半導體激光器還包括反射層，所述反射層包括上反射層和下反射層。進一步地，所述上反射層和所述下反射層為分布式布拉格反射結構、亞波長光柵結構、金屬膜反射結構和介質膜反射結構中的一種結構或任二組合結構。進一步地，所述反射層通過高低折射率材料堆疊成型，或者通過高低折射率材料堆疊，并在高低折射率材料之間存在漸變層。進一步地，所述多有源區級聯的半導體激光器為多有源區垂直面發射激光器。本專利技術技術方案，具有如下優點：本專利技術提供的多有源區級聯的半導體激光器中，讓各個小數量的量子阱堆疊周期性的分布在周期性光場的每一個峰的中心，這樣的話，每一組量子阱堆疊所占據的都是更靠近光場峰值的位置，這樣就增加了腔內增益，降低了器件的閾值，也不會增加材料的內損耗，從而提高了激光器的功率和效率。相鄰兩所述有源區之間通過勢壘層連接，進而讓載流子充分復合完后，再加入隧道結結構使載流子從新被激活，繼續流入下一個級聯有源區繼續產生增益，可以實現載流子繼續在下一個有源區中復合產生光子，這樣周期性增益結構中增加了更多的有源區，從而提高了器件的內量子效率，同時也降低了載流子的密度，從而獲得更多的增益。勢壘層連接不具有引入新的pn結的特性，因此該層不會提高器件工作的開啟的電壓，同時外延生長也較隧道結簡單很多。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本專利技術的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：圖1為本專利技術實施例中多有源區級聯的半導體激光器的主視結構示意圖。圖2為圖1所示多有源區級聯的半導體激光器中反射層的主視結構示意圖。圖3為圖1所示多有源區級聯的半導體激光器中增益區的結構示意圖，其中示意出了增益區的光場分布。圖4為圖1所示多有源區級聯的半導體激光器中加入表面光柵實現偏振輸入的結構示意圖。圖5為圖3所示增益區的周期諧振駐波場圖。圖6為本專利技術實施例中量子阱堆疊的周期諧振駐波場圖。圖7為現有量子阱堆疊的周期諧振駐波場圖。圖8為本專利技術變形實施例中多有源區級聯的半導體激光器結構圖。圖9為本專利技術另一變形實施例中多有源區級聯的半導體激光器結構圖，其中半導體激光器為底發射半導體激光器。其中，上述附圖中的附圖標記為：1、第一電極；2、襯底；3、下反射層；4、增益區；5、第一波導層；6、第一有源區；7、第一勢壘層；8、第二有源區；9、第二波導層；10、隧道結；11、第三波導層；12、第三有源區；13、第二勢壘層；14、第四有源區；15、第四波導層；16、電流限制層；17、上反射層；18、抗反射層；19、第二電極；20、光柵層；201、高折射率材料層；203、低折射率材料層；202、第一高低折射率材料層過渡層；204、第二高低折射率材料層過渡層。具體實施方式下面將結合附圖對本專利技術的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種多有源區級聯的半導體激光器，其特征在于，包括：/n若干級聯有源區，每一所述級聯有源區包括多個有源區；/n隧道結(10)，在所述級聯有源區的至少一側設置，與所述級聯有源區電連接；/n其中，在所述級聯有源區中，至少一組相鄰的所述有源區之間通過勢壘層連接。/n

【技術特征摘要】
1.一種多有源區級聯的半導體激光器，其特征在于，包括：
若干級聯有源區，每一所述級聯有源區包括多個有源區；
隧道結(10)，在所述級聯有源區的至少一側設置，與所述級聯有源區電連接；
其中，在所述級聯有源區中，至少一組相鄰的所述有源區之間通過勢壘層連接。


2.根據權利要求1所述的多有源區級聯的半導體激光器，其特征在于，在所述級聯有源區中，若干組相鄰的所述有源區均通過勢壘層連接。


3.根據權利要求1所述的多有源區級聯的半導體激光器，其特征在于，每一所述有源區中由多個量子阱堆疊成型或一個量子阱成型；或者每一所述有源區中由多個量子線堆疊成型或一個量子線成型；或者每一所述有源區中由多個量子點堆疊成型或一個量子點成型。


4.根據權利要求3所述的多有源區級聯的半導體激光器，其特征在于，在所述多個量子阱堆疊中，多個量子阱之間采用隧道結(10)和/或勢壘層連接。


5.根據權利要求1所述的多有源區級聯的半導體激光器，其特征在于，所述級聯有源區為多個，相鄰兩所述級聯有源區之間通過所述隧道結(10)連接。


6.根據權利要求1至5中任一項所述的多有源區級聯的半導體激光器，其特征在于，所述多有源區級聯的半導體激光器還包括電流限制層(16)，所述電流限制層(16)在所述有源區的外側設置。


7.根據權利要求6所述的多有源區級聯的半導體激光器，其特征在于，所述電流限制層(16)的數量為一層或多層，在所述有源區上層區域、下層區域或者中間區域設置。

【專利技術屬性】
技術研發人員：王俊，肖垚，譚少陽，劉恒，李泉靈，
申請(專利權)人：蘇州長光華芯光電技術有限公司，蘇州長光華芯半導體激光創新研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32