【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体激光器，涉及一种椭圆脊型波导激光器及其制备方法。
技术介绍
1、半导体激光器具有高的功率和转换效率、低的阈值以及体积小、质量轻、易集成等优点，近几十年成为研究热点。其中，氮化镓(gan)基脊型波导激光器是大功率激光显三基色中蓝、绿光源的最优选择，在激光照明和显示、光信息存储、量子技术、水下通信、金属焊接和激光增材制造等领域具有重要应用价值和广阔市场前景。在半导体激光器中脊型波导起到限制光场和电流注入的作用。脊型波导的几何尺寸直接影响激光器的光电特性，是半导体激光器重点研究的结构。传统脊型激光器的脊型形状多是矩形，其中脊型的长度定义为激光器腔长，沿垂直腔长方向解理后形成的两个平行面是激光器的一对反射面，即激光器腔面，由腔长和平行腔面组成了激光器的谐振腔，称为法布里-珀罗谐振腔(f-p腔)。电流通过矩形顶部接触面垂直注入到量子阱中产生自发辐射发光，经腔面多次反射后形成自激振荡，最终在垂直腔面的纵向形成激光出射，获得脊型波导半导体激光器。
2、脊型波导激光器的脊型结构决定了激光器的光学性能，高的光输出功率要求宽的脊型，但宽脊会导致激光器阈值电流增加和激射模式增多等问题，降低激光器的光电性能。阈值电流表征激光器的光腔损耗(包括内部损耗和腔面损耗)的情况，阈值电流小表明光腔损耗低，低光腔损耗高品质因子的光学腔是大功率激光器追求更高输出功率和稳定性的必然要求。单模大功率半导体激光器，因高光束质量、能量集中、转换效率高、易于耦合等优势受到关注。依据半导体激光器本身的物理特性，其高温下折射率降低，导致光场限制因子
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题：
2、本专利技术的目的是针对上述技术难题结合产业化生产需求创新地专利技术一种椭圆脊型波导激光器。本专利技术创造性地设计及制备了gan基椭圆脊型波导边发射激光器，利用椭圆脊型波导结构增加谐振腔的光学增益，降低激光器的阈值电流，是实现宽脊高功率激光器的基础。针对宽波导脊型激光器存在的多模振荡，通过椭圆脊型波导结构增加光腔的模式选择能力抑制高阶模式振荡。椭圆脊型波导结构不仅增加了注入电极的面积以实现大电流工作，还可以改善芯片散热能力，解决折射率因温升导致的波导限制能力降低的问题，是实现单模高功率及长寿命激光器的技术保障。相比传统脊型波导激光器高的偏振比，椭圆脊型波导激光器存在两种振荡模式，即f-p振荡和wgm振荡模式，可以有效削弱激光器偏振特性，即减弱激光的相干性，以此抑制激光散斑的产生，提高显示效果。此外，椭圆脊型波导结构增加了激光器f-p腔中光束振荡光程，有效减小传统谐振腔的长度，达到增加芯片数量和降低成本的目的。综上，本专利技术为大功率激光器的商业及工业应用提供了可靠技术保障。
3、(二)技术方案：
4、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
5、一种椭圆脊型波导激光器，包括激光器本体，所述激光器本体的脊型结构为椭圆脊型波导结构，所述椭圆脊型波导结构的顶面呈椭圆状。
6、进一步，所述椭圆脊型波导结构的顶面椭圆状满足椭圆方程椭圆脊型波导结构的顶面椭圆的两个焦点f1、f2的间距与激光器本体的腔长l相同，椭圆脊型波导结构的顶面椭圆的短轴b1b2的长度小于激光器本体外延衬底的顶面的宽。
7、进一步，所述椭圆脊型波导结构通过光刻和刻蚀形成。
8、本专利技术要解决的另一技术问题是提供一种椭圆脊型波导激光器的制备方法，包括以下步骤：
9、步骤1：在激光器外延片上沉积接触层，并通过光刻和刻蚀工艺制备椭圆形状的接触层并进行退火。其中接触层的作用是使注入电极与半导体之间形成欧姆接触，降低接触电阻。
10、步骤2：在激光器外延片的晶圆表面沉积硬掩模并通过光刻和刻蚀方法完成椭圆结构的硬掩模图形，用于激光器脊型波导结构的刻蚀和侧壁修饰过程，步骤1的接触层位于晶圆和硬掩模之间。
11、步骤3：通过刻蚀方法实现椭圆脊型波导结构，并采用碱性溶液对椭圆脊型刻蚀侧壁(椭圆脊型波导结构的刻蚀侧壁)进行表面损伤修复。
12、步骤4：在晶圆表面沉积绝缘层，通过光刻和刻蚀方法对椭圆脊型上方的绝缘层实施精准“开窗”，形成的窗口作为电流注入通道。
13、步骤5：制备p面电极、进行晶圆减薄和制备n面电极。
14、步骤6：对晶圆进行腔面解理、腔面镀膜和单管划裂等步骤完成椭圆脊型波导激光器芯片的制备工序。
15、进一步，步骤3所述椭圆脊型波导结构的顶面满足椭圆方程，椭圆脊型波导结构的顶面椭圆的两个焦点f1和f2的间距与激光器本体的腔长l相同，椭圆脊型波导结构的顶面椭圆的短轴b1b2小于激光器器件宽度。
16、进一步，步骤3所述表面损伤修复为碱性溶液浸泡刻蚀，碱性溶液为显影液(tham)等，浸泡温度为60-90℃，浸泡时间为30-120min。
17、进一步，步骤1所述接触层的椭圆形状满足椭圆方程，步骤1所述椭圆脊型波导结构的接触层的顶面与步骤3所述椭圆脊型波导结构的顶面以及步骤4所述的绝缘层的“窗口”结构相适配。
18、(三)有益效果：
19、与现有技术相比，本专利技术提供了一种椭圆脊型波导激光器及其制备方法，具备以下有益效果：
20、本方法创造性的设计并制备了gan基椭圆脊型波导边发射激光器，解决了高光腔增益、低阈值电流、单模大功率、低偏振比激光器制造困难的问题，为其在激光显示照明和金属焊接及增材制造等民用和工业领域提供了可靠的技术支撑。
21、1、该椭圆脊型波导激光器及其制备方法，通过利用椭圆脊型波导结构增加谐振腔的光学增益，其不仅具备了传统f-p腔的光增益而且变形部分同时提供了新的光学振荡增益路径，提高了光学谐振腔的品质因子，降低了激光器的阈值，有利于提升高功率半导体激光器光电性能。
22、2、该椭圆脊型波导激光器及其制备方法，针对传统宽波导脊型激光器存在的多模振荡，通过椭圆脊型波导结构特有的焦点性质在光腔内形成特定的光学振荡模式，即激光器的模式选择，有利于大功率激光器的模式抑制，获得高光束质量和能量分布更加集中的出射激光，提升光束耦合的效率。
23、3、该椭圆脊型波导激光器及其制备方法，通过椭本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种椭圆脊型波导激光器，包括激光器本体，其特征在于：所述激光器本体的脊型结构为椭圆脊型波导结构，所述椭圆脊型波导结构的顶面呈椭圆状。
2.根据权利要求1所述的椭圆脊型波导激光器，其特征在于：所述椭圆脊型波导结构的顶面椭圆状满足椭圆方程，椭圆脊型波导结构的顶面椭圆的两个焦点的间距与激光器本体的腔长相同，椭圆脊型波导结构的顶面椭圆的短轴长度小于激光器本体外延衬底顶面的宽。
3.根据权利要求1所述的椭圆脊型波导激光器，其特征在于：所述椭圆脊型波导结构通过光刻和刻蚀形成。
4.一种椭圆脊型波导激光器的制备方法，其特征包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的椭圆脊型波导激光器的制备方法，其特征在于：步骤3所述椭圆脊型波导结构的顶面椭圆状满足椭圆方程，椭圆脊型波导结构的顶面椭圆的两个焦点的间距与激光器本体的腔长相同，椭圆脊型波导结构的顶面椭圆的短轴长度小于激光器本体外延衬底顶面的宽。
6.根据权利要求4所述的椭圆脊型波导激光器的制备方法，其特征在于：步骤3所述表面损伤修复为碱性溶液浸泡刻蚀。
7.根据权利要求6所述的
8.根据权利要求4所述的椭圆脊型波导激光器的制备方法，其特征在于：步骤1所述接触层的椭圆形状满足椭圆方程，步骤1所述接触层的顶面与步骤3所述椭圆脊型波导结构的顶面以及步骤4所述的绝缘层的窗口相适配。
...【技术特征摘要】
1.一种椭圆脊型波导激光器，包括激光器本体，其特征在于：所述激光器本体的脊型结构为椭圆脊型波导结构，所述椭圆脊型波导结构的顶面呈椭圆状。
2.根据权利要求1所述的椭圆脊型波导激光器，其特征在于：所述椭圆脊型波导结构的顶面椭圆状满足椭圆方程，椭圆脊型波导结构的顶面椭圆的两个焦点的间距与激光器本体的腔长相同，椭圆脊型波导结构的顶面椭圆的短轴长度小于激光器本体外延衬底顶面的宽。
3.根据权利要求1所述的椭圆脊型波导激光器，其特征在于：所述椭圆脊型波导结构通过光刻和刻蚀形成。
4.一种椭圆脊型波导激光器的制备方法，其特征包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的椭圆脊型波导激光器的制备方法，其特征在于：步骤3所述椭圆脊型波...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟令海，付建波，宗华，蒋盛翔，胡晓东，罗郑彪，
申请(专利权)人：北京飓芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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