具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。

由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅。一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝，由于不透光部分和透光部分的存在折射率差，从而满足光栅选模的要求。现有技术中光栅通常制备在激光器的内部或表面，内部光栅由于需要进行多次外延生长，工艺复杂成本高，且容易产生沾污，影响器件的性能和可靠性。表面光栅通常采用干法刻蚀制备，而干法刻蚀会影响电流注入导致电流注入不均匀，产生悬挂键等表面态引起非辐射复合从而影响器件的效率，也会导致光栅损耗较大；为了减少刻蚀损伤的影响，采用脊形侧壁光栅结构，导致光栅的耦合效率较低，激光器容易出现多模，影响器件的性能。此外，无论是在脊形侧壁还是在脊形上表面制备光栅都会减小电流的注入面积，引起器件串联电阻增加。为解决上述问题，本发明实施例通过在衬底表面沿第一方向依次设置多个台阶结构，光栅结构包括台阶结构和位于相邻两个台阶结构之间的第一子外延结构，利用台阶结构实现对激光器的第一子外延结构厚度的调控，形成包括衬底表面台阶结构和第一子外延结构的光栅结构，将光栅做在激光器的下方，实现了光栅与激光器上表面脊形的分离，从而实现对激光器模式的调控和选择。本发明实施例提供的半导体激光器具有光栅损耗低、光栅耦合效率高、串联电阻小与成本低等优点，可以显著提升半导体激光器的性能、可靠性以及市场竞争力。

具体的，图1为本发明实施例提供的一种半导体激光器的表面结构示意图，图2为图1中一种沿AA’方向的截面示意图，图3为图1中沿BB’方向的截面示意图。如图1-3所示，本发明实施例提供的半导体激光器包括：激光器外延结构，该激光器外延结构包括衬底101以及依次位于衬底101一侧的光栅结构20和脊形结构30；衬底101包括沿第一方向X依次设置的多个台阶结构201，第一方向X与衬底101所在平面平行且与衬底101指向脊形结构30的方向相交；光栅结构20包括台阶结构201和设置于相邻两个台阶结构201之间的第一子外延结构202，台阶结构201和第一子外延结构202的折射率不同；脊形结构30至少包括叠层设置的上光场限制层106、上接触层107和第一电极层108，第一电极层108位于上接触层107远离衬底101的一侧；位于衬底101远离光栅结构20一侧的第二电极层112。

示例性的，参考图1-3，本发明实施例提供的半导体激光器包括激光器外延结构，外延结构为激光器的主要发光结构，激光器外延结构包括衬底101依次位于衬底101一侧的光栅结构20和脊形结构30。其中，衬底101材料包括GaAs、InP、GaN、AlGaN、InGaN、AlN、蓝宝石、SiC、Si和SOI中的任意一种或两种以上的组合。

如图2所示，定义第一方向X与衬底101所在平面平行，且与衬底101指向脊形结构30的方向(如图中Y方向所示)相交。沿第一方向X，衬底101表面依次设置有多个台阶结构201，交替设置的台阶结构201和第一子外延结构202构成光栅结构20。其中，第一子外延结构202可以为单层外延层，也可以为沿Y方向层叠设置的多层外延层，当第一子外延结构202为单层外延层时，第一子外延结构202可以包括部分该单层外延层，参考图2，图2中第一子外延结构202为单层外延层，且该单层外延层的一部分位于相邻两台阶结构201之间。可选的，第一子外延结构202的材料包括Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1As_x2P_y2N_1-x2-y2，满足，0≤x1≤1、0≤y1≤1、0≤x2≤1、0≤y2≤1、0≤(x1+y1)≤1、0≤(x2+y2)≤1。本领域技术人员可以根据分布式反馈激光器的特性，选择不同的外延层半导体材料，本发明实施例对此不做限定。

具体的，通过合理选择衬底101和第一子外延结构202的材料实现衬底101表面台阶结构201的折射率n₁和第一子外延结构202的折射率n₂不同，满足光栅结构形成的条件。示例性的，通过控制折射率n₁和折射率n₂的折射率差δn，可有效控制光栅结构20的选模模式，选择单模激光或多模激光输出。当折射率n₁和折射率n₂的折射率差δn较大时，可以有效提升光栅结构的反射率，从而更好的实现单模工作。设置相邻的台阶结构201在第一方向X上的宽度L₁和第一子外延结构202在第一方向X上的宽度L₂之和为光栅结构20的光栅周期L，通过调整光栅周期L实现光栅结构20满足单一激光波长λ的光栅方程，从而满足有且只有一个激光激射模式λ的单模工作的要求。与传统的通过干法刻蚀制备表面光栅相比，本发明实施例通过调控激光器第一子外延结构202的厚度形成光栅，所用的第一子外延结构202均为外延生长制备，由于外延生长的半导体材料缺陷较少，远少于干法刻蚀引起的缺陷，因此光栅损耗更低。此外，在衬底101表面形成台阶结构201，不会引入杂质，不影响衬底101以上的其他膜层，可提高材料质量，进而提升器件性能。

同时，光栅结构20和脊形结构30在衬底101一侧形成多层外延层，脊形结构30至少包括在光栅结构20远离衬底101的一侧层叠生长的上光场限制层106、上接触层107和第一电极层108，采用脊形结构30可以增强半导体激光器中的电流限制和光场限制。在传统的半导体光栅结构中，为了减少光栅刻蚀损伤的影响，通常表面光栅采用脊形侧壁光栅结构，由于光场主要分布在脊形下方，因此光栅的耦合效率较低，激光器容易出现多模，而衬底101表面台阶结构201与第一子外延结构202形成的光栅结构20，在脊形结构30的正下方，可以有效增加光栅结构20与激光器外延结构内激光光场的重叠，从而提升光栅的耦合效率。同时，无论是在脊形侧壁还是在脊形上制备光栅都会减小电流的注入面积，因此都会增加器件的串联电阻，而本实施例提出的结构，将脊形与光栅分离，脊形结构30不受光栅结构20的影响，可以有效避免光栅结构20对电流注入面积的影响，增大脊形面积，进而增大脊形电流注入面积，降低器件的串联电阻，提升器件性能。此外，本发明实施例提出的光栅结构20均是高电导率的，不会影响电流的注入与传导，因此不会影响有源区的效率和器件性能。进一步，衬底101表面台阶结构201与第一子外延结构202形成的光栅结构20仅需进行一次外延生长，因此可以有效降低器件成本，且生长激光器时，表面设置有台阶结构201的衬底101与平片衬底几乎无差别，外延生长的面积与平片衬底一样，不会影响生长速率和掺杂等，因此与常规的在平片上生长激光器程序完全一样，无需增加额外的调试成本。

设置第一电极层108位于上接触层107远离衬底101一侧，使第一电极层108与上接触层107之间具有较好的欧姆接触，有利于提高载流子的注入效率。其中，第一电极层108的材料可以包括Ni、Ti、Pd、Pt、Au、Al、Cr、TiN、ITO、AuGe、AuGeNi和IGZO中的任意一种或两种以上的组合。

综上所述，与传统的DFB激光器光栅结构在器件内部或者上表面不同，本发明实施例提供的半导体激光器，通过在衬底表面沿第一方向依次设置多个台阶结构，光栅结构包括台阶结构和位于相邻两个台阶结构之间的第一子外延结构，利用台阶结构实现对激光器的第一子外延结构厚度的调控，形成包括衬底表面台阶结构和第一子外延结构的光栅结构，将光栅做在激光器的下方，实现了光栅与激光器上表面脊形的分离，从而实现对激光器模式的调控和选择。本发明实施例提供的半导体激光器具有光栅损耗低、光栅耦合效率高、串联电阻小与成本低等优点，可以显著提升半导体激光器的性能、可靠性以及市场竞争力。

具体的，多个台阶结构201周期设置。

如图2所示，沿第一方向X，衬底101表面设置有周期性的台阶结构201，此处周期性的含义是所有台阶结构201在第一方向X上的宽度L₁相等，所有台阶结构201在Y方向上的高度H相等，且所有第一子外延结构202在第一方向X上的宽度L₂相等，即所有台阶结构201的尺寸相同且相邻两个台阶结构201之间的距离相等。通过合理设置周期性的台阶结构201在Y方向的高度H可实现对激光器的第一子外延结构201厚度的调控，提高光栅的折射率差，从而提升光栅的反射率，更好的实现单模工作。可选的，衬底101表面的台阶结构201在Y方向的高度H，满足0μm＜H≤5μm，例如3μm。本实施例通过在衬底表面沿第一方向X设置周期性的台阶结构201，利用台阶结构201实现对激光器的第一子外延结构202厚度的调控，形成包括衬底101表面台阶结构201和第一子外延结构202的周期性光栅结构20，从而实现对激光器模式的调控和选择。

可选的，台阶结构201包括靠近脊形结构30一侧的第一表面以及与第一表面连接的侧壁；第一表面与侧壁的夹角α为直角；或者，第一表面与侧壁的夹角α为钝角。

图4为图1中另一种沿AA’方向的截面示意图，参考图2和图4，衬底101表面的台阶结构201包括靠近脊形结构30一侧的第一表面，以及与第一表面连接的侧壁。如图2所示，沿Y方向台阶结构201在第一方向X上的宽度L₁均相等，即台阶结构201的第一表面与侧壁的夹角α为直角，在Y方向上台阶结构201为突变型，突变型的台阶结构201工艺简单。如图4所示，沿Y方向台阶结构201呈上窄下宽状的梯形，即台阶结构201的第一表面与侧壁的夹角α为钝角，在Y方向上台阶结构201为缓变型。当在一种材料上生长另一种材料时，会产生晶格失配和热失配，相对于突变型的台阶结构201，缓变型的台阶结构201可减少缺陷，提高材料质量，进而提升器件性能。

可选的，第一子外延结构202至少包括部分下光场限制层102。

如图2所示，第一子外延结构202可以包括部分下光场限制层102，在其他实施例中第一子外延结构202可以包括全部的下光场限制层102即为单层外延层，也可以为多层外延层的层叠设置。示例性的，参考图2，以第一子外延结构202包括部分下光场限制层102为例，由于下光场限制层102和衬底101的材料和折射率不同，使第一子外延结构202和台阶结构201形成光栅结构20。

可选的，继续参考图2，激光器外延结构还包括至少一层公共外延层40，公共外延层40位于第一子外延结构202远离衬底101的一侧；公共外延层40与台阶结构201具备第一有效折射率N1，公共外延层40和第一子外延结构202具备第二有效折射率N2，第一有效折射率N1与第二有效折射率N2不同。

示例性的，继续参考图2，激光器外延结构较复杂，具有多层外延结构层叠设置形成稳定单模输出的激光谐振腔结构。具体的，激光器外延结构还包括至少一层公共外延层40，具有激发光波和限制光场分布的功能，设置公共外延层40沿第一子外延结构202远离衬底101的一侧层叠设置。通常激光波导的光场在公共外延层40、台阶结构201和第一子外延结构202中并不能均匀分布，激光波导在激光谐振腔内多次振荡激发输出过程中存在光损耗。通过设置公共外延层40和台阶结构201的结构组合具有第一有效折射率N1，公共外延层40和第一子外延结构202的结构组具有第二有效折射率N2，使第一有效折射率N1和第二有效折射率N2存在折射率差，当折射率差值越大，光栅结构20的反射率越大，光栅光损耗越小，从而实现更好的单模工作。

可选的，第一有效折射率N1满足：

第二有效折射率N2满足：

其中，1≤i≤k，1≤j≤m，且i、j、m、k为正整数；P_i为激光激射模式在公共外延层40第i层的光强与激光激射模式总光强的比值，n_i为公共外延层40中第i层的折射率；P_a为激光激射模式在台阶结构201的光强与激光激射模式总光强的比值，n_a为台阶结构201的折射率；P_bj为激光激射模式在第一子外延结构202第j层的光强与激光激射模式总光强的比值，n_bj为第一子外延结构202第j层的折射率。

示例性的，继续参照图2，设置公共外延层40和台阶结构201的组合结构的第一有效折射率N1满足比例关系：

以及公共外延层40和第一子外延结构202的结构组合的第二有效折射率N2满足：

其中，1≤i≤k，1≤j≤m，且i、j、m、k为正整数。

公共外延层40为至少一层设置的外延层，其中，P_i为激光激射模式在公共外延层40第i层的光强与激光激射模式总光强的比值，n_i为公共外延层40中第i层的折射率，由于不同材料折射率不同，光场在公共外延层40中的强度分布不同，第一有效折射率N1和第二有效折射率N2的折射率差值影响光强在公共外延层40和光栅结构20的分布，直接影响光栅的反射率、光损耗以及模式选择。参考第一有效折射率N1和第二有效折射率N2的公式，可知，通过合理设置公共外延层结构40和光栅结构20，具体的，设置光栅结构20包括沿第一方向X交替设置的台阶结构201和第一子外延结构202，选择不同材料的半导体外延层，调整台阶结构201和第一子外延结构202的折射率差值，可以增大光栅结构20对光的反射率，降低光损耗，进而影响激光器单模工作。

需要说明的是，当第一子外延结构202为单层外延层时，示例性的，如图2所示，第一子外延结构202包括部分下光场限制层102，则第二有效折射率N2满足：

n_b1为下光场限制层102的折射率，P_b1为激光激射模式在下光场限制层102的光强与激光激射模式总光强的比值。

当第一子外延结构202为多个叠层设置的外延层时，示例性的，第一子外延结构202包括下光场限制层102和至少部分下波导层103时，第二有效折射率N2满足：

其中，n_b1为下光场限制层102的折射率，P_b1为激光激射模式在下光场限制层102的光强与激光激射模式总光强的比值，n_b2为下波导层103的折射率，P_b2为激光激射模式在下波导层103的光强与激光激射模式总光强的比值。据此类推，当第一子外延结构202包括m个叠层设置的外延层时，公共外延层40和第一子外延结构202的结构组合的第二有效折射率N2满足：

可选的，第一子外延结构202包括至少部分下光场限制层102；公共外延层40至少包括叠层设置的下波导层103、有源区104、上波导层105、上光场限制层106和上接触层107，上接触层107位于远离衬底101的一侧(参考图2)；

或者，第一子外延结构包括叠层设置的下光场限制层和至少部分下波导层；公共外延层至少包括叠层设置的有源区、上波导层、上光场限制层和上接触层，上接触层位于远离衬底的一侧(此结构图中未示出)；

或者，第一子外延结构包括叠层设置的下光场限制层、下波导层和至少部分有源区；公共外延层至少包括叠层设置的上波导层、上光场限制层和上接触层，上接触层位于远离衬底的一侧(此结构图中未示出)；

或者，第一子外延结构包括叠层设置的下光场限制层、下波导层、有源区和至少部分上波导层；公共外延层至少包括叠层设置的上光场限制层和上接触层，上接触层位于远离衬底的一侧(此结构图中未示出)；

或者，第一子外延结构包括叠层设置的下光场限制层、下波导层、有源区、上波导层和至少部分上光场限制层；公共外延层至少包括上接触层，上接触层位于远离衬底的一侧(此结构图中未示出)。

示例性的，通过合理设置光栅结构20中第一子外延结构202的膜层结构，存在多种衬底101表面台阶结构201与第一子外延结构202形成的深光栅结构，具体的，以第一子外延结构202包括至少部分下光场限制层102，公共外延层40至少包括叠层设置的下波导层103、有源区104、上波导层105、上光场限制层106和上接触层107为例进行说明。如图2所示，第一子外延结构202包括部分下光场限制层102，公共外延层40包括叠层设置的部分下光场限制层102、下波导层103、有源区104、上波导层105、上光场限制层106和上接触层107；或者第一子外延结构包括下光场限制层，公共外延层包括叠层设置的下波导层、有源区、上波导层、上光场限制层和上接触层(此结构图中未示出)。第一子外延结构202和台阶结构201形成的光栅结构，增加了光栅结构20与激光器光场的重叠面积，从而可有效提升光栅的耦合效率。相似的，随着第一子外延结构202的外延层结构逐渐增加，可进一步增加光栅结构20在Y方向的深度，得到具有衬底101表面台阶结构201与第一子外延结构202形成的深光栅结构，增加光栅结构20与激光器外延结构内激光光场的重叠，从而有效提升光栅的耦合效率。其他具体的结构，这里不做一一的列举。

可选的，第一子外延结构包括叠层设置的下光场限制层、下波导层、有源区、上波导层、上光场限制层和上接触层，上接触层位于远离衬底的一侧；脊形结构包括部分上光场限制层、上接触层和第一电极层。

示例性的，进一步设置第一子外延结构包括叠层设置的下光场限制层、下波导层、有源区、上波导层、上光场限制层和上接触层，使得光栅结构贯穿激光器外延结构的所有光场区，并且脊形结构包括部分上光场限制层、上接触层和第一电极层，光栅结构和脊形结构在远离衬底一侧方向上存在部分重叠设置。与传统的脊形侧壁光栅结构相比，脊形结构不受侧壁光栅的影响，一方面可以增大脊形面积，增大脊形电流注入面积，降低器件的串联电阻，提升器件性能；另一方面，增大激光波导在光栅结构和脊形结构的分布，可以有效增加光栅结构内的激光光场，从而有效提升光栅的耦合效率。

可选的，参照如2和图3，半导体激光器还包括位于第一电极层108远离衬底101一侧的连接电极111；连接电极111的厚度大于第一电极层108的厚度，且连接电极111在衬底101所在平面上的垂直投影覆盖脊形结构30在衬底101所在平面上的垂直投影。

参考图3，可选的，半导体激光器还包括位于第一电极层108与连接电极111之间的介质层110。

示例性的，通常脊形结构30宽度较窄以及第一电极层108相对较薄，不利于实际的生产电连接，为了增加脊形结,30上表面第一电极层108的导电性和电连接的可操作性，在第一电极层108远离衬底101一侧沉积厚度大于第一电极层108厚度的连接电极111，作为加厚电极，方便激光器电连接制备。其中，设置连接电极111在衬底101所在平面上的垂直投影覆盖脊形结构30在衬底101所在平面上的垂直投影，使第一电极层108与第二电极层112形成注入载流子的电极对，提高载流子的注入效率。其中，连接电极111可以包括Ni、Ti、Pd、Pt、Au、Al、Cr、TiN、ITO、AuGe、AuGeNi和IGZO中的任意一种或两种以上的组合。

具体的，继续参照图3，为了避免第一电极层108与连接电极111发生电连接短路，在第一电极层108与连接电极111之间增设介质膜形成介质层110，介质层110覆盖剩余部分上光场限制层108以及脊形结构30的侧壁，使第一电极层108与连接电极111之间电绝缘。其中，介质层110的介质膜材料包括HfO₂、Si、SiO₂、SiN_x、SiON、Al₂O₃、AlON、SiAlON、TiO₂、Ta₂O₅、ZrO₂、MgO、MgF₂和多晶硅等材料中的任意一种或两种以上的组合。

综上，本发明实施例提供的包括衬底表面台阶结构与第一子外延结构形成的光栅结构的半导体激光器具有光栅损耗低、光栅耦合效率高、串联电阻小与成本低等优点，可以显著提升半导体激光器的性能、可靠性以及市场竞争力。

基于同一构思，本发明实施例还提供了一种半导体激光器的制备方法，用于制备上述任意实施例提供的半导体激光器。图5为本发明实施例提供的一种半导体激光器的制备方法的流程图；图6为制备的图形衬底的表面结构示意图；图7为制备的图形衬底沿AA’的截面示意图；图8为生长完激光器结构后的外延片沿着AA’的截面示意图；图9为刻蚀制备完脊形结构后的外延片的表面结构示意图；图10为刻蚀制备完脊形结构后的外延片沿着BB’的截面示意图；图11为沉积完介质层后外延片沿着BB’的截面示意图；图12为剥离介质层后外延片沿着BB’的截面示意图；图13为制备完连接电极后外延片沿着BB’的截面示意图；图14为衬底面制备第二电极后外延片沿着BB’的截面示意图。如图5-14所示，该半导体激光器的制备方法包括：

S101、制备激光器外延结构，激光器外延结构包括衬底以及依次位于衬底一侧的光栅结构和脊形结构，在衬底的一侧表面制备沿第一方向依次设置的多个台阶结构，第一方向与衬底所在平面平行且与衬底指向脊形结构的方向相交；在衬底的一侧制备光栅结构，光栅结构包括台阶结构和设置于相邻两个台阶结构之间的第一子外延结构，台阶结构和第一子外延结构的折射率不同。

具体的，在衬底101上旋涂光刻胶，采用光刻技术光刻出沿第一方向X依次设置的多个台阶结构201，采用干法刻蚀或湿法腐蚀将台阶结构201转移到衬底101上，形成图形衬底101，如图6和图7所示。其中，衬底材料包括GaAs、InP、GaN、AlGaN、InGaN、AlN、蓝宝石、SiC、Si和SOI中的任意一种或两种以上的组合。示例性的，结合图2，沿第一方向X，衬底101表面设置有周期性的台阶结构201，且台阶结构201的宽度为L₁，相邻两个台阶结构201之间的距离为L₂。

以第一子外延结构202包括部分下光场限制层102，激光器结构外延结构还包括下光场限制层102远离衬底101一侧的下波导层103、有源区104、上波导层105、上光场限制层106和上接触层107为例进行说明。具体的，如图8所示，清洗图形衬底101，随后放进反应室，采用一次外延生长的方式在图形衬底101上依次生长下光场限制层102、下波导层103、有源区104、上波导层105、上光场限制层106和上接触层107，形成激光器结构。结合图2，台阶结构201和第一子外延结构202形成光栅结构20。与现有技术相比，只需采用一次外延生长即可制备得到光栅结构和多层外延层，因此可以有效降低器件成本，且生长激光器时，表面设置有台阶结构201的衬底101与平片衬底几乎无差别，外延生长的面积与平片衬底一样，不会影响生长速率和掺杂等，因此与常规的在平片上生长激光器程序完全一样，无需增加额外的调试成本。继续参照图2，通过设置台阶结构201和第一子外延结构202在第一方向X上的宽度调整光栅周期，从而实现不同激光激射模式的输出。选择设置台阶结构201和第一子外延结构202的材料，使其具有较大的折射率差值，进而提高光栅结构20对激光波导的反射率，更好地实现单模工作。

示例性的，根据激光器外延结构，第一子外延结构202可以包括至少部分下光场限制层102，或者第一子外延结构202包括下光场限制层102、下波导层103、有源区104和上波导层107，更多的第一子外延结构202结构这里不再一一列举，可以根据激光器结构和实际工作需求设定。其中。激光器外延结构的材料包括：Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1As_x2P_y2N_1-x2-y2，满足，0≤x1≤1、0≤y1≤1、0≤x2≤1、0≤y2≤1、0≤(x1+y1)≤1、0≤(x2+y2)≤1，使其外延层具有多种半导体材料可选择。

S102、在光栅结构远离衬底的一侧制备脊形结构，至少刻蚀叠层设置的上光场限制层、上接触层和第一电极层形成脊形结构，第一电极层位于上接触层远离衬底的一侧。

具体的，参考图9-10，清洗制备得到的激光器外延片，在外延片远离衬底101的一侧表面沉积第一电极层108并进行退火，第一电极层108与上接触层107形成欧姆接触，第一电极层108作为半导体激光器的第一电极，用于激光器受激辐射工作的载流子注入。进一步，在外延片表面旋涂光刻胶109，采用光刻技术光刻出脊形图形，随后进行干法刻蚀或湿法腐蚀刻蚀出叠层设置的部分上光场限制层106、上接触层107和第一电极层108形成的脊形结构30。其中，保留蚀刻后的光刻胶109，进一步制备外延结构。

S103、在位于衬底远离光栅结构的一侧制备第二电极层。

具体的，对制备得到的外延结构进行减薄、研磨和抛光，在衬底101远离光栅结构20的一侧沉积第二电极层112，制备得到半导体激光器的第二电极，参考图14，第二电极层112与第一电极层108相对设置。其中，第一电极层108和第二电极层112的材料包括Ni、Ti、Pd、Pt、Au、Al、Cr、TiN、ITO、AuGe、AuGeNi和IGZO中的任意一种或两种以上的组合。

S104、对外延结构进行划片、解理、镀膜以及裂片工艺，形成半导体激光器。

具体的，根据激光器生产的需要，进一步对外延结构进行合理的划片、解理、镀膜以及裂片工艺，制备得到需要的半导体激光器。

综上所述，本发明实施例提供的半导体激光器的制备方法，通过在衬底表面沿第一方向依次设置多个台阶结构，光栅结构包括台阶结构和位于相邻两个台阶结构之间的第一子外延结构，利用台阶结构实现对激光器的第一子外延结构厚度的调控，形成包括衬底表面台阶结构和第一子外延结构的光栅结构，将光栅做在激光器的下方，实现了光栅与激光器上表面脊形的分离，从而实现对激光器模式的调控和选择。本发明实施例提供的制备方法具有光栅损耗低、光栅耦合效率高、串联电阻小与成本低等优点，可以显著提升半导体激光器的性能、可靠性以及市场竞争力。

图15为本发明实施例提供的另一种半导体激光器的制备方法的流程图，如图15所示，该半导体激光器的制备方法包括：

S201、制备激光器外延结构，激光器外延结构包括衬底以及依次位于衬底一侧的光栅结构和脊形结构，在衬底的一侧表面制备沿第一方向依次设置的多个台阶结构，第一方向与衬底所在平面平行且与衬底指向脊形结构的方向相交；在衬底的一侧制备光栅结构，光栅结构包括台阶结构和设置于相邻两个台阶结构之间的第一子外延结构，台阶结构和第一子外延结构的折射率不同。

S202、在光栅结构远离衬底的一侧制备脊形结构，至少刻蚀叠层设置的上光场限制层、上接触层和第一电极层形成脊形结构，第一电极层位于上接触层远离衬底的一侧。

S203、在第一电极层远离衬底的一侧制备介质层。

具体的，参考图10-12，制备得到脊形结构后，在外延片表面沉积介质层110，随后采用脊形结构上方的光刻胶109进行剥离，由于保留了光刻胶109，在去除脊形结构表面的介质层110的过程中起到保护第一电极层108的作用，随后将脊形结构上表面的光刻胶109进行剥离，形成的介质层110覆盖剩余部分上光场限制层106的上表面以及脊形结构的侧壁。其中，介质层110的材料包括HfO₂、Si、SiO₂、SiN_x、SiON、Al₂O₃、AlON、SiAlON、TiO₂、Ta₂O₅、ZrO₂、MgO和多晶硅等材料中的任意一种或两种以上的组合。

S204、在第一电极层远离衬底的一侧制备连接电极，连接电极的厚度大于第一电极层的厚度，且连接电极在衬底所在平面上的垂直投影覆盖脊形结构在衬底所在平面上的垂直投影，介质层位于第一电极层与连接电极之间。

参照图13，为了增加脊形结构上表面第一电极层108的导电性和电学连接的可操作性，进一步制备连接电极111。具体的，在外延片表面旋涂光刻胶进行光刻，随后结合镀膜、剥离技术等，在激光器外延片上表面制备厚度大于第一电极层108厚度的连接电极111，且设置连接电极111在衬底101所在平面上的垂直投影覆盖脊形结构在衬底101所在平面上的垂直投影。连接电极111一方面使第一电极层108与第二电极层112形成注入载流子的电极对，提高载流子的注入效率；另一方面作为加厚电极，方便激光器电连接制备。

S205、在位于衬底远离光栅结构的一侧制备第二电极层。

S206、对外延结构进行划片、解理、镀膜以及裂片工艺，形成半导体激光器。

本发明实施例提供的半导体激光器的制备方法，通过在衬底表面沿第一方向依次设置多个台阶结构，光栅结构包括台阶结构和位于相邻两个台阶结构之间的第一子外延结构，利用台阶结构实现对激光器的第一子外延结构厚度的调控，形成包括衬底表面台阶结构和第一子外延结构的光栅结构，将光栅做在激光器的下方，实现了光栅与激光器上表面脊形的分离，从而实现对激光器模式的调控和选择。本发明实施例提供的制备方法具有光栅损耗低、光栅耦合效率高、串联电阻小与成本低等优点，可以显著提升半导体激光器的性能、可靠性以及市场竞争力。

作为一个可行的实施方式，列举一个具体的实施例，基于上述实施例提供的制备方法制备氮化镓(GaN)基半导体激光器，参考图6-14，具体的制备方法如下所示：

步骤1、在n-GaN衬底表面旋涂光刻胶，采用光刻技术光刻出周期性的台阶结构。

步骤2、采用感应耦合等离子(ICP)刻蚀将周期性的台阶结构转移到衬底上，随后去除光刻胶，如图6和图7所示。

步骤3、清洗n-GaN衬底，随后放进金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备的反应室，外延生长n-AlGaN下光场限制层，GaN下波导层，4对InGaN/GaN多量子阱，GaN上波导层，p-AlGaN上光场限制层，p-GaN接触层，如图8所示。

步骤4、清洗外延片，在外延片表面沉积第一电极Ti/Au并进行热退火，与上接触层p-GaN形成欧姆接触。

步骤5、在外延片表面旋涂光刻胶，采用光刻技术光刻出脊形图形，随后进行电感耦合等离子(ICP)刻蚀之别脊形结构，如图9和图10所示。

步骤6、在外延片表面低温沉积介质层SiN，如图11所示；随后采用脊形上方的光刻胶进行剥离，如图12所示。

步骤7、在外延片表面旋涂光刻胶进行光刻，随后结合镀膜和剥离技术，在激光器外延片上表面制备第一电极的加厚电极Cr/Au。如图13所示。

步骤8、对外延片减薄、研磨和抛光，随后在外延片背面制备第二电极Ni/AuGe/Ni/Au，并进行热退火，以形成较好的欧姆接触，如图14所示。

步骤9、进行划片、解理、镀膜和裂片，形成半导体激光器管芯。

采用本发明实施例提供的半导体激光器的制备方法，制备得到包括衬底表面台阶结构和第一子外延结构的光栅结构的氮化镓(GaN)基激光器，将光栅做在激光器的下方，实现了光栅与激光器上表面脊形的分离，具有光栅损耗低、光栅耦合效率高、串联电阻小与成本低等优点，可以显著提升半导体激光器的性能和可靠性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，本发明的各个实施方式的特征可以部分地或者全部地彼此耦合或组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。