本公开内容提供一种半导体激光器及其制作方法，所述激光器包括：一衬底；在衬底上形成的半导体结构，包括第一和第二分布布拉格反射镜、第一和第二包覆层以及有源层；以及在所述有源层上形成的第一限制层和/或在所述有源层下形成的第二限制层；所述限制层在所述有源层中限定出N个相邻的子发光区域，所述N个相邻的子发光区域形成一相干耦合发光单元,其中N为大于等于3的整数。本公开内容有助于实现如下效果之一：能解决电流扩展不均匀、获得相干耦合输出，改善光束质量，提供高度紧密排列和精确限定。确限定。确限定。
【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光器件、制造方法及其应用
[0001]本公开内容涉及半导体激光器，更具体而言，涉及一种垂直腔面发射半导体激光器、制造方法及其应用。
技术介绍
[0002]半导体激光器，尤其是垂直腔面发射激光器是一种理想的面发射光源，具有光束质量好、单纵模、低阈值、易于二维集成等特点，已在数据传输、传感、光互连、虚拟现实(VR)/增强现实(AR)、激光打印、光信号处理等领域得到了日益广泛的应用。
[0003]在大多数领域，如打靶、激光测距、图像处理、激光雷达、传感等
对垂直腔面发射激光器(Vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)的光束质量要求较高。现有的VCSEL是通过形成相干阵列来实现相干耦合输出，相干耦合VCSEL阵列具有输出近衍射极限光束的潜力，其阵列中发光单元的相干叠加能够使能量集中在轴向中心，从而使轴向波束具有较窄的远场发散角以及均匀的近场分布，并且阵列规模越大，光束质量越好，目前已成为研究的热点。
[0004]针对VCSEL阵列的相干耦合输出，已设计出光子晶体、内置反波导、相位调整层以及金属网格电极等结构，为了实现相干耦合输出，相干阵列中需要各个发光单元间具有较小的间距，以保证各个单元之间出射的光能够相干耦合，但同时为了形成各个发光单元间的电流限制，必须确保各个发光单元间具有一定尺寸的间距，这需要一个折衷考虑。因此目前的VCSEL相干阵列中的单元密度已经无法进一步提高，并且阵列输出的功率无法进一步提高，阵列的光束质量和阈值电流特性无法进一步提高，本专利技术为解决上述技术问题，提供一种密排VCSEL阵列，相对于现有技术，进一步提升密度，并获得相干模式下的大功率输出。
[0005]本公开针对上述技术问题，利用半导体激光器中载流子注入的物理特性，通过特定结构的电流限制方式，解决了电流扩展不均匀以及子发光区域不相干的问题，能够获得相干耦合输出，大大改善了半导体激光器光束质量，解决了电流扩展不均匀、发光点不相干、大功率输出不稳定的技术问题，获得了相干耦合输出，实现了高度紧密排列和精确限定，具有广阔的应用前景。
技术实现思路
[0006]在下文中将给出关于本公开内容的简要概述，以便提供关于本公开内容某些方面的基本理解。应当理解，此概述并不是关于本公开内容的穷举性概述。它并不是意图确定本公开内容的关键或重要部分，也不是意图限定本公开内容的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0007]根据本公开内容的另一方面，提供一种半导体激光器，包括：
[0008]一衬底；在衬底上形成的半导体结构，包括第一和第二分布布拉格反射镜、第一和第二包覆层以及有源层；以及在所述有源层上形成的第一电流限制层和/或在所述有源层下形成的第二电流限制层；所述电流限制层在所述有源层中限定出N个相邻的子发光区域，
所述N个相邻的子发光区域形成一相干耦合发光单元,其中N为大于等于3的整数。
[0009]进一步的，所述相干耦合发光单元从俯视的方向观察是由N段弧形段首尾相连形成的图案。
[0010]进一步的，其中所述第一和/或第二电流限制层为通过离子注入形成。
[0011]进一步的，其中在所述半导体结构上形成一台面结构，所述台面结构暴露所述第一和/或第二限制层的侧面，所述第一和/或第二限制层为通过侧向氧化形成。
[0012]进一步的，其中所述由N个弧形段相连形成的图案中，图案中心离图案边缘的距离为3
‑
10微米。
[0013]进一步的，其中所述N个弧形段是3
‑
8个弧形段。
[0014]进一步的，其中所述台面结构的中央具有一横截面为对称或不对称图形的凹槽。
[0015]进一步的，其中所述第一和第二限制层还包括在所述凹槽周边形成的绝缘区域。
[0016]进一步的，其中所述图形选自：圆形、等腰三角形、正方形、正六边形、弧形段形成的八边形或不对称多边形。
[0017]进一步的，还包括在所述相干耦合发光单元上形成的第一电极。
[0018]进一步的，其中所述第一电极分立设置或一体设置。
[0019]根据本公开内容的另一方面，提供一种半导体激光器的制备方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上形成多个半导体材料形成的层叠结构；所述层叠结构中包含有源层以及在所述有源层上和/或有源层下形成的一Al x Ga 1
‑
x As层，其中X的范围为0.95
‑
0.99；使所述Al x Ga 1
‑
x As层的局部转变为电绝缘特性，以形成电流限制层，所述电流限制层在所述有源层中限定出N个相邻的子发光区域，所述N个相邻的子发光区域形成一相干耦合发光单元，N为大于等于3的整数。
[0020]进一步的，其中使所述Al x Ga 1
‑
x As层局部转变为电绝缘特性的步骤包括：刻蚀所述层叠结构，在所述衬底上形成台面结构；氧化所述Al x Ga 1
‑
x As层，绝缘化所述台面结构暴露的所述Al x Ga 1
‑
x As层的外围以在台面结构中限定出所述相干耦合发光单元。
[0021]进一步的，其中所述台面结构为N个圆弧首尾连接形成的台面结构，N为大于等于3的整数。
[0022]进一步的，其中在所述台面结构的中心处刻蚀形成沟槽结构。
[0023]进一步的，氧化所述Al x Ga 1
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x As层时，同时绝缘化所述沟槽结构暴露出的部分所述Al x Ga 1
‑
x As层。
[0024]进一步的，所述Al x Ga 1
‑
x As层的局部转变为电绝缘特性的步骤包括：对包括层叠结构的衬底进行离子注入，使所述Al x Ga 1
‑
x As层对应的位置转变为绝缘层。
[0025]进一步的，其中所述层叠结构还包括：在所述衬底上形成第一和第二分布布拉格反射镜、第一和第二包覆层。
[0026]进一步的，其中所述层叠结构还包括一缓冲层。
[0027]进一步的，在所述第二分布布拉格反射镜上形成第一电极，以及在所述衬底上形成第二电极。
[0028]进一步的，其中所述第一电极形成为分立或连续的形式。
[0029]根据本公开内容的再一方面提供一种电子装置，其包括前述的半导体激光器。
[0030]进一步的，所述的电子装置，是手机、传感器、激光雷达、光通讯模块或激光打印机。本公开内容的方案至少能有助于实现如下效果之一：解决了电流扩展不均匀以及各子发光区域不能相干耦合的问题，获得相干耦合输出，大大改善半导体激光器的光束质量，实现了电流扩展均匀、获得了相干耦合输出，实现了高度紧密排列和精确限定。
附图说明
[0031]参照附图下面说明本公开内容的具体内容，这将有助于更加容易地理解本公开内容的以上和其他目的、特点和优本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器，包括：一衬底；在衬底上形成的半导体结构，包括第一和第二分布布拉格反射镜、第一和第二包覆层以及有源层；以及在所述有源层上形成的第一电流限制层和/或在所述有源层下形成的第二电流限制层；所述电流限制层在所述有源层中限定出N个相邻的子发光区域，所述N个相邻的子发光区域形成一相干耦合发光单元,其中N为大于等于3的整数。2.如权利要求1所述的半导体激光器，所述相干耦合发光单元从俯视的方向观察是由N段弧形段首尾相连形成的图案。3.如权利要求1所述的半导体激光器，其中所述第一和/或第二电流限制层为通过离子注入形成。4.如权利要求1所述的半导体激光器，其中在所述半导体结构上形成一台面结构，所述台面结构暴露所述第一和/或第二限制层的侧面，所述第一和/或第二限制层为通过侧向氧化形成。5.如权利要求2所述的半导体激光器，其中所述由N个弧形段相连形成的图案中，图案中心离图案边缘的距离为3
‑
10微米。6.如权利要求2所述的半导体激光器，其中所述N个弧形段是3
‑
8个弧形段。7.如权利要求4中所述的半导体激光器，其中所述台面结构的中央具有一横截面为对称或不对称图形的凹槽。8.如权利要求7中所述的半导体激光器，其中所述第一和第二限制层还包括在所述凹槽周边形成的绝缘区域。9.如权利要求7中所述的半导体激光器，其中所述图形选自：圆形、等腰三角形、正方形、正六边形、弧形段形成的八边形或不对称多边形。10.如权利要求1
‑
9中任一项所述的半导体激光器，还包括在所述相干耦合发光单元上形成的第一电极。11.如权利要求10中所述的半导体激光器，其中所述第一电极分立设置或一体设置。12.一种半导体激光器的制备方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上形成多个半导体材料形成的层叠结构；所述层叠结构中包含有源层以及在所述有源层上和/或有源层下形成的一Al x Ga 1
‑
x As层，其中X的范围为0.95
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0.99；使所述Al x Ga 1
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x As层的局部转变为电绝缘特性，以形成电流限制层，所述电流限制层在所述有源...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔碧峰，王翔媛，潘季宸，冯靖宇，陈芬，李彩芳，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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