[發明專利]一種具有新型近腔面電流非注入區結構的半導體激光器及制造方法

有效

• 申請號: 201310493175.6
• 申請日: 2013-10-20
• 公開（公告）號: CN103545714A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 崔碧峰;王曉玲;張松;凌小涵
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S5/22
• 分類號: H01S5/22;H01S5/227;H01S5/10;H01S5/024;H01S5/028
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及一種新型進腔面電流非注入區結構，屬于半導體激光器及制造方法領域，尤其涉及一種具有新型近腔面電流非注入區結構的半導體激光器及制造方法。

背景技術

大功率半導體激光器在泵浦固體激光器、打印、材料加工、通信等方面都有著廣泛的應用，這主要是由于其高的轉化效率、高的可靠性以及較長的壽命。隨著實際應用的不斷拓展，對大功率半導體激光器的性能提出了更高的要求，盡可能提高半導體激光器的輸出功率、延長半導體激光器的使用壽命，改善半導體激光器光束質量一直是半導體激光器研究的重要方向。

半導體激光器基本工作原理是通過對半導體激光器加正向偏壓，使半導體物質（即電子）在能帶間躍遷發光，光子在F-P諧振腔中來回諧振，進行縱模選擇，選擇出非常少數的模式，這些模式在腔中震蕩的同時，與處于激發態的電子空穴相互作用，產生受激發射，實現這些被選擇模式的放大，從腔面輸出激光。但對于大多數大功率半導體激光器而言,高光功率密度工作時產生的腔面光學災變損傷（COD）使得器件最大功率受到限制，腔面COD現象也是影響激光器壽命的最主要的因素之一。引起腔面COD的主要因素是由于半導體激光器腔面處存在表面態和界面態,這些都是非輻射復合中心,它們的存在同樣會導致光吸收,產生的電子空穴對通過這些非輻射復合中心產生非輻射復合,增加腔面處的溫升,導致腔面附近帶隙收縮,進一步加劇了腔面光吸收,不斷的進行循環,當熱量的積累促使腔面溫度升高到有源區材料的熔點時,就會突然燒壞腔面,出現COD現象導致器件失效。

提高大功率半導體激光器COD閾值,就需要減小腔面附近處的電流密度、光吸收和表面復合速率，在制作工藝中通常是采用應變補償量子阱有源區、大光腔結構有源區、非對稱波導結構、優化腔面鍍膜材料以及在腔面處制作各種類型的非吸收窗口等方法來提高器件壽命。腔面非注入區技術主要是通過在前后腔面附近各引入一段電流非注入區，限制載流子注入腔面、減小腔面處的載流子濃度，從而減少腔面處載流子的非輻射復合、提高COD閾值。腔面非注入區采用與腔面附近介質鈍化相結合的方法來實現，這種方法不僅可以提高大功率半導體激光器的抗COD能力，并且與常規工藝基本相同，沒有增加繁瑣的工藝步驟，但是這種方法使非注入窗口區在側向上缺少對光束的限制，光束在水平方向上的發散比較嚴重。

為此，本發明提出一種具有新型近腔面電流非注入區結構的半導體激光器及制造方法，由于激光器的COD主要發生在有光輸出的前腔面，因為其相對于后腔面有更高的光功率密度，本發明所述的新型腔面非注入區窗口結構主要應用在前腔面，然而本發明所公開的相同考慮事項可同樣應用在后腔面。本發明所述的半導體激光器結構中，歐姆接觸層四周的部分被去掉，從而使腔面附近沒有電流注入，降低腔面附近電流密度，減少腔面產生的熱量。因此本發明有效地抑制了由于腔面處載流子的非輻射復合產生熱量過大導致的腔面損壞，從而保證了半導體激光器在功率輸出時具有的高可靠性；腔面附近通過刻蝕形成的脊型臺使非注入區在側向上形成弱折射率波導，從而抑制了激光器光束在水平方向的發散現象。

發明內容

本發明的目的在于提出一種具有電流非注入區窗口結構的半導體激光器及制造方法，該激光器包括襯底、緩沖層、下限制層、下波導層、具有量子阱結構的有源層、上波導層、第二上限制層、刻蝕停止層、第一上限制層、歐姆接觸層、電絕緣介質層、正面電極和背面電極。本發明提高了激光器COD閾值，從而使其在大功率輸出時具有高可靠性；同時抑制半導體激光器光束的水平發散角，改善光束質量；使電流注入更集中，轉化效率更高；此外，這種半導體激光器制作簡單，便于生產。

為達到上述目的，本發明所采取的技術方案為一種電流非注入區靠近腔面的半導體激光器及制造方法，其由下到上排列順序為襯底、緩沖層、下限制層、下波導層、具有量子阱結構的有源層、上波導層、第二上限制層、刻蝕停止層、第一上限制層、歐姆接觸層、電絕緣介質層；四個分別與激光器兩側腔面相鄰的被暴露出來的凹槽；位于四個凹槽中間的位置并含有一個電流注入區的條形脊型臺；電絕緣介質層覆蓋于除電流注入區之外的歐姆接觸層及凹槽上；歐姆接觸層位于第一上限制層的上方，第一上限制層在刻蝕停止層上方；從半導體激光器腔面附近的歐姆接觸層開始刻蝕凹槽，由于刻蝕停止層的存在，使脊型臺能夠被精確地刻蝕出來；刻蝕后部分第一上限制層側壁和部分刻蝕停止層被暴露出來；正面電極覆蓋于電絕緣介質層和作為電流注入區的歐姆接觸層之上，背面電極覆蓋在襯底上。

本發明具體制作方法包括以下步驟：