[發明專利]一種微通道半導體激光器芯片結構及其制作方法

有效

• 申請號: 201710115702.8
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN108512031B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 蘇建;朱振;夏偉;李沛旭;徐現剛
• 申請（專利權）人: 山東華光光電子股份有限公司
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024;H01S5/343
• 代理公司: 37224 濟南日新專利代理事務所
• 代理人: 王書剛

一種微通道激光器芯片結構及其制作方法，該芯片包括外延片，外延片包括自下至上依次設置的襯底、N限制層、量子阱有源區、AlGaInP層和GaAs層，在AlGaInP層和GaAs層上腐蝕出條形發光區，量子阱有源區及條形發光區上設置有SiO₂層，SiO₂層上設置有P面金屬，P面金屬與條形發光區的側面之間設置有的微通道。其制作方法，包括如下步驟：（1）在激光器外延片的表面光刻出條形發光區；（2）腐蝕表面GaAs和AlGaInP；（3）形成帽檐；（4）在激光器外延片上進行SiO₂層和P面金屬的蒸鍍；（5）腐蝕掉SiO₂層；（6）腐蝕掉AlGaInP，形成微通道。本發明通過在激光器芯片中設置微通道，提高了激光器抗熱、抗大電流的能力，提高了激光器的壽命。

技術領域

本發明涉及一種微通道半導體激光器芯片結構及制作方法，屬于半導體激光器芯片技術領域。

背景技術

半導體激光器具有體積小、重量輕、效率高、壽命長易于調制及價格低廉等優點，在工業、醫療和軍事領域得到了廣泛的應用，如材料加工、光纖通訊、激光測距、目標指示、激光制導、激光雷達、空間光通信等。近幾年隨著半導體激光器輸出功率的大幅度提高，應用范圍越來越廣，對激光器的可靠性要求也越來越高。

半導體激光器的主要退化模式有：有源區退化、腔面退化、電極和歐姆接觸退化。有源區退化可以分成兩類：均勻退化，暗線缺陷和暗點缺陷，這些缺陷在適當的溫度下會增殖，不斷擴散會在晶體中逐漸形成位錯線、位錯網格，范圍不斷擴大使得注入載流子的非輻射復合速度增加，電流閾值不斷增加。腔面退化機理主要有三種情況：腔面災變光學損傷COD、化學腐蝕和位錯生長。在高峰值功率密度的激光作用下，由于近場的不均勻局部過熱、氧化、腐蝕等因素使腔面受到損傷增加表面態復合或光吸收，形成更多的表面態。這樣使得注入電流密度增加，局部大量發熱，造成解離面局部熔融分解增加表面態復合速度。而溫度增加又使吸收系數增加形成惡性循環，最終導致災變性損傷，使激光器完全失效。

由此可見影響激光器可靠性的主要因素是熱量，隨著激光器輸出功率的增加、熱效應對激光器的影響也隨之增大，如何將期間工作時產生的熱量及時有效的排出去已成為激光器芯片和封裝工藝的首要問題，其中芯片與熱沉、冷卻器及電極各界面之間連接的熱電阻和接觸電阻對器件的有效散熱起著重要作用。近幾年來為解決半導體激光器的散熱問題，大家主要研究了半導體激光器的封裝技術，通過制備AuSn焊料、無氧銅熱沉、陶瓷熱沉等技術增加激光器的散熱速度；另外一種方法就是改變半導體激光器外延層中的材料摻雜，但往往會改變激光器的其他參數變化。而從半導體激光器芯片自身結構的改變，達到快速散熱目的，尚無研究。

發明內容

針對現有半導體激光器存在的散熱不良現象，本發明提供一種微通道半導體激光器芯片結構，以有效增加散熱速度，提高激光器抗熱及抗大電流的能力。

本發明的微通道激光器芯片結構，采用如下技術方案：

該芯片結構，包括外延片，外延片包括自下至上依次設置的襯底、N限制層、量子阱有源區、AlGaInP層和GaAs層，在AlGaInP層和GaAs層上腐蝕出條形發光區，量子阱有源區及條形發光區上設置有SiO₂層，SiO₂層上設置有P面金屬，P面金屬與條形發光區的側面之間設置有的微通道。

所述條形發光區上設置有光刻膠。

上述微通道激光器芯片結構的制作方法，包括如下步驟：

(1)在激光器外延片的表面光刻出條形發光區，條形發光區的寬度為2-10μm，

(2)腐蝕表面GaAs,然后腐蝕AlGaInP；

(3)控制腐蝕時間，使AlGaInP的腐蝕寬度W2小于GaAs寬度W1，形成帽檐；