一種半導(dǎo)體錐形激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種新的半導(dǎo)體錐形激光器(表面電極結(jié)構(gòu))，既克服了現(xiàn)有電極集成一起的錐形激光器在高電流注入時光束質(zhì)量變差的問題，同時避免了現(xiàn)有電極分離的錐形激光器散熱差，制作復(fù)雜等問題。該半導(dǎo)體錐形激光器將脊型波導(dǎo)表面電極切割分段，去掉脊型波導(dǎo)表面的部分電極，減小脊型波導(dǎo)表面的電極面積，這樣，正極電源電極(塊)整體壓接在P面電極的脊型區(qū)部位時，減小注入脊型波導(dǎo)的電流分量，降低脊型波導(dǎo)有源區(qū)的電流密度，進而在高電流注入條件下提高錐形激光器的光束質(zhì)量。本發(fā)明綜合了現(xiàn)有的兩類錐形激光器的優(yōu)點，具有脊型波導(dǎo)內(nèi)注入電流低，制作簡單，散熱好，光束質(zhì)量好的特點。
【專利說明】
一種半導(dǎo)體錐形激光器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子領(lǐng)域，涉及一種半導(dǎo)體錐形激光器。
【背景技術(shù)】
[0002] 高功率、高亮度半導(dǎo)體激光器在醫(yī)療器械、材料加工等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，近年來 在市場上的競爭力逐漸增強。半導(dǎo)體激光器的亮度是指輸出光束的單位面積、單位發(fā)散角 內(nèi)的光功率，由半導(dǎo)體激光器輸出光功率和光束質(zhì)量決定。在半導(dǎo)體激光器增益長度不變 的情況下，增大半導(dǎo)體激光器出光單元的寬度可以增大有源區(qū)面積，提高輸出功率，但是較 大的增益區(qū)由于熱效應(yīng)及載流子聚焦效應(yīng)引起高階模式的激射和燈絲效應(yīng)，降低了出光單 元的光束質(zhì)量。窄條型波導(dǎo)的激光器可以實現(xiàn)對高階模式的抑制，實現(xiàn)出光單元的高光束 質(zhì)量輸出，但是較小的有源區(qū)面積和高的腔面功率容易引起腔面災(zāi)變損傷，導(dǎo)致串聯(lián)電阻 升高，散熱降低，降低了輸出功率及效率。
[0003] 錐形激光器結(jié)合了窄型波導(dǎo)激光器光束質(zhì)量好和寬條型激光器功率高的優(yōu)點，具 體分為兩種結(jié)構(gòu)形式：電極分離的錐形激光器是指脊型波導(dǎo)的電極與放大區(qū)的電極分離， 脊型波導(dǎo)內(nèi)的電流和放大區(qū)內(nèi)的電流分別注入;電極集成一起的錐形激光器是指脊型波導(dǎo) 電極和放大區(qū)的電極連接在一起，在同一個電壓下，脊型波導(dǎo)內(nèi)的電流和放大區(qū)內(nèi)的電流 同時注入。
[0004] 電極分離的錐形激光器在封裝時，需要P面電極向上封裝，會降低激光器的散熱效 果，并且分開供電會增加封裝的復(fù)雜程度，增加制作成本。電極集成一起的錐形激光器可以 采用P面電極向下封裝，提高激光器的散熱。相關(guān)單位對兩種電極的光束質(zhì)量做了相關(guān)研 究，具體如下：德國FBH的研究人員在文章 （IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS，VOL. 11，NO. 5)中指出：在低電流注入下，電極分離的錐形激光器和 電極集成一起的錐形激光器的光束質(zhì)量大致相當；而在高電流注入條件下，電極分離的錐 形激光器光束質(zhì)量保持不變，但電極集成一起的錐形激光器光束質(zhì)量變差。北京半導(dǎo)體所 的李璟等人在文章(半導(dǎo)體學報，2007,28(5))也得到了相同的結(jié)論。
[0005] 從以上的研究成果，可以看出，脊型波導(dǎo)內(nèi)的電流太高時不利于錐形激光器保持 好的光束質(zhì)量，減小脊型波導(dǎo)內(nèi)的電流是錐形激光器在高電流注入下保持高光束質(zhì)量的一 個可靠方法。但是現(xiàn)有電極分離的錐形激光器存在散熱差，制作復(fù)雜的缺點，電極集成的錐 形激光器存在高電流注入下脊型波導(dǎo)內(nèi)注入電流高導(dǎo)致光束質(zhì)量變差的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提出了一種新的錐形激光器(表面電極結(jié)構(gòu)），既克服了現(xiàn)有電極集成一起 的錐形激光器在高電流注入時光束質(zhì)量變差的問題，同時避免了現(xiàn)有電極分離的錐形激光 器散熱差，制作復(fù)雜等問題。
[0007] 本發(fā)明的解決方案如下：
[0008] -種半導(dǎo)體錐形激光器，包括依次設(shè)置的N面電極、N面襯底、N面包層、限制層、P面 包層和P面電極，其中限制層、P面包層和P面電極整體上分為脊型區(qū)和放大區(qū)，特別之處是： P面電極的脊型區(qū)部位由若干個相間隔的小電極組成。
[0009] 上述"若干個"即兩個以上;這里并不絕對要求若干個小電極的形狀尺寸相同，所 以在這里"間隔"的兩邊才是相應(yīng)的"小電極"。
[0010] 在以上方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還進一步做了如下優(yōu)化：
[0011]所述若干個小電極之間為空，或者填充絕緣介質(zhì)。
[0012] 所述若干個小電極等間隔布置。
[0013] 單個小電極的長度與間隔長度相等。
[0014] P面電極的脊型區(qū)部位中的間隔數(shù)量為:每毫米有10-100處間隔。
[0015] 小電極的寬度等于或小于P面包層的脊型區(qū)部位的寬度。
[0016] N面電極的面積等于N面襯底的面積;P面電極的放大區(qū)部位與限制層的放大區(qū)部 位面積相同。
[0017]本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0018] 本發(fā)明采用脊型波導(dǎo)有源區(qū)電流分段注入的方式，將脊型波導(dǎo)表面電極切割分 段，去掉脊型波導(dǎo)表面的部分電極，減小脊型波導(dǎo)表面的電極面積，這樣，正極電源電極 (塊)整體壓接在P面電極的脊型區(qū)部位時，減小注入脊型波導(dǎo)的電流分量，降低脊型波導(dǎo)有 源區(qū)的電流密度，進而在高電流注入條件下提高錐形激光器的光束質(zhì)量。
[0019] 本發(fā)明綜合了現(xiàn)有的兩類錐形激光器的優(yōu)點，具有脊型波導(dǎo)內(nèi)注入電流低，制作 簡單，散熱好，光束質(zhì)量好的特點。
【附圖說明】
[0020] 圖1為現(xiàn)有的電極集成一起的錐形激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2為圖1中表面電極分布及局域放大不意圖。
[0022] 圖3為本發(fā)明的表面電極分布及局域放大示意圖。
[0023]圖4為圖2所示電極結(jié)構(gòu)的有源區(qū)電流密度分布及局部區(qū)域的電流密度分布。
[0024]圖5為圖3所示電極結(jié)構(gòu)的有源區(qū)電流密度分布及局部區(qū)域的電流密度分布。
[0025] 附圖標號說明：
[0026] 1-N面電極、2-N面襯底、3-N面包層、4-限制層、5-P面包層、6-絕緣鍍層、7-P面電 極，8-脊型區(qū);9-放大區(qū)。
【具體實施方式】
[0027 ]如圖1所示，從下到上依次包括N面電極，N面襯底，N面包層，限制層，P面包層，P面 電極。激光器的長度為4mm，寬度為1mm，激光器整體上分為脊型區(qū)和放大區(qū)，脊型波導(dǎo)部分 的長度為1mm，寬度為0.005mm，放大區(qū)的長度為3mm，放大角度為6°，出光面寬度為0.32mm， 脊型波導(dǎo)表面由十個小電極組成，每個電極的長度為0.05mm，寬度為0.005mm，電極之間的 間距為0.05mm，放大區(qū)的電極和放大區(qū)P面限制層完全相同。
[0028]在P面電極兩邊的平面上，設(shè)置有絕緣鍍層，用來防止電流未經(jīng)過有源區(qū)直接從襯 底流出。其中，脊型區(qū)的絕緣鍍層位于相應(yīng)位置的限制層表面，放大區(qū)的絕緣鍍層位于相應(yīng) 位置的P面包層表面。
[0029] 半導(dǎo)體激光器bar條的制備過程如下：
[0030] 步驟一、清洗外延片，對清洗好的外延片P面第一次光刻、顯影，干法刻蝕P面后出 現(xiàn)P型脊型波導(dǎo)臺面，刻蝕深度正好到達有源區(qū)的上方;其中，外延片通過本領(lǐng)域技術(shù)人員 公知方式可以獲得，一般采用商購；
[0031] 步驟二、對P型脊型波導(dǎo)表面利用lift-off工藝生長P面電極；
[0032] 步驟三、減薄拋光襯底，然后在襯底的表面上生長N面電極；
[0033] 步驟四、解理，測試，封裝，得到半導(dǎo)體激光器bar條。
[0034] 具體參數(shù)值如下表1:
[0035] 表 1
[0036]

[0038]如圖4、圖5,模擬了脊型波導(dǎo)和放大區(qū)電極分離，并且脊型區(qū)域電極減小后，脊型 波導(dǎo)有源區(qū)的電流密度分布，結(jié)果如下，本發(fā)明相比于目前常規(guī)結(jié)構(gòu)的錐形激光器，在相同 電流注入條件下，有源區(qū)的電流密度減小，提高了脊型波導(dǎo)內(nèi)高階模式的閾值電流，并且該 結(jié)構(gòu)在未注入?yún)^(qū)還會增大高階模式的吸收損耗和散射損耗。
【主權(quán)項】
1. 一種半導(dǎo)體錐形激光器，包括依次設(shè)置的N面電極、N面襯底、N面包層、限制層、P面包 層和P面電極，其中限制層、P面包層和P面電極整體上分為脊型區(qū)和放大區(qū)，其特征在于:P 面電極的脊型區(qū)部位由若干個相間隔的小電極組成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體錐形激光器，其特征在于：所述若干個小電極之間為 空，或者填充絕緣介質(zhì)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體錐形激光器，其特征在于:所述若干個小電極等間隔布 置。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體錐形激光器，其特征在于:單個小電極的長度與間隔長 度相等。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體錐形激光器，其特征在于:P面電極的脊型區(qū)部位中的 間隔數(shù)量為:每暈米有10-100處間隔。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體錐形激光器，其特征在于：小電極的寬度等于或小于P 面包層的脊型區(qū)部位的寬度。7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的半導(dǎo)體錐形激光器，其特征在于:N面電極的面積等于 N面襯底的面積;P面電極的放大區(qū)部位與限制層的放大區(qū)部位面積相同。
【文檔編號】H01S5/22GK106025796SQ201610472021
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】李秀山, 王貞福, 楊國文
【申請人】中國科學院西安光學精密機械研究所