本实用新型专利技术涉及一种减少半导体激光器封装应力的芯片结构。所述芯片结构是在具有电流注入区域和发光增益区域的增益波导型半导体激光器结构中刻蚀出沿激光振荡方向延伸的2个沟槽，电流注入区域位于2个沟槽中间，通过适当加大沟槽的开口宽度及调控开口宽度和深度比，使后续封装时的焊料充分进入和浸润到发光增益区域两侧的沟槽内并减少了发光增益区域两侧的焊料，残余应力明显降低，激射光波长单一且稳定；同时改善导电导热能力。本实用新型专利技术方法不增加工序及制造成本，利于工业应用。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种用于减少半导体激光器封装应力的芯片结构，属于半导体激 光器芯片
技术介绍
对于半导体激光器不仅要求高输出功率，还要求单一而稳定的波长，以保证激光 的照射、传导或栗浦效果。目前普遍采用的半导体激光器芯片的结构如图1所示，是在半导 体基片1上采用金属有机气相外延法顺次生长第一包覆层2、第一光波导层3、发光活性层 4、第二光波导层5和第二包覆层6,而后利用光刻和气相外延生长的方法，刻蚀去除部分第 二光波导层5和第二包覆层6后形成发光增益区域A，然后部分覆盖注入阻隔层7,再沉积 P面电接触层8,形成电流注入区域W，最后沉积N面电接触层9。通过电流注入区域W和光 增益区域A对电子和光子的限域效应，提升激光器的输出功率和稳定性。激光器芯片需要 通过焊料烧结到热沉上使用，一般工艺是将焊料层与P面电接触层8烧结和合金。金属焊 料在烧结的升降温过程中形变较半导体发光层要大得多，在发光增益区域两侧的焊料会在 烧结后对发光增益区域A产生显著的残余应力，如附图1中的箭头所示。目前半导体激光器一般采用的量子阱结构中，量子尺寸效应使有源区材料的重空 穴与轻空穴的能带简并度解除，这对应于晶体中的对称性发生变化，会导致跃迀矩阵元的 各向异性。当阱材料受到平行或垂直于阱面方向的应变作用时，其价带顶的重空穴能级和 轻空穴能级的位置、曲率和有效质量均将发生变化。因此，发光增益区域受到的应力不仅影 响半导体激光器的阈值电流和增益效应，还将改变出射激光的物理特性，激光的波长、峰位 和偏振模式都将发生变化，一般表现为激光波长出现多双峰且不断变换（如附图3所示）。 而正常工作所需的是单一发光峰且波长位置稳定的激光器。因而，需要优化芯片结构，降低 半导体激光器烧结后的焊料残余应力。 现有半导体激光器中对输出激光发光峰和波长的稳定性以及对半导体激光器芯 片的封装应力的关注，均为从芯片内的外延结构或者与芯片贴合的热沉上进行修改和优 化。而实际应用中激光器芯片是通过焊料贴装到热沉上的，所受到的应力作用也是由于焊 料和热沉的变形并经由焊料传递到芯片发光层的。因此，现有技术没有很好的解决激光发 光峰波长稳定性及封装应力有效降低的问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供一种具有低的封装应力和高的激光输出稳 定性的半导体激光器芯片结构，以解决现有技术中半导体激光器芯片在封装后由于烧结残 余应力而造成的激光多双峰且波长位置不稳定等问题。 本技术的技术方案如下： -种减少半导体激光器封装应力的芯片结构，包括在一半导体基片上外延形成的 具有电流注入区域和发光增益区域的增益波导型半导体激光器结构，并具有沿激光振荡方 向延伸的2个沟槽，所述发光增益区域设置于2个沟槽的中间位置。 优选的，所述2个沟槽开口的宽度之和占芯片宽度的总比例控制在5-30%，所述 沟槽的开口宽度和深度的比例在2-50。通过适当加大沟槽的开口宽度及调控开口宽度和深 度比，使后续封装时的焊料充分进入和浸润到沟槽内并减少了发光增益区域两侧的焊料， 保证芯片烧结面的导电导热能力，从而明显降低烧结封装后产生的残余应力，获得发光峰 位单一且稳定的激光器芯片。 优选的，所述半导体激光器芯片的宽度为100-500 μπι，发光增益区域的宽度为芯 片宽度的20% -80 %，发光增益区域的宽度一般为20-200 μ m。 优选的，所述沟槽的截面形状为方形、梯形或半圆形。采用梯形时，沟槽下边长与 上开口的比例在50% -150%。优选所述的2个沟槽形状、尺寸相同。 优选的，沟槽开口的宽度为5-50 μπι，占芯片宽度的总比例控制在5-30%，以减少 发光增益区域周围的焊料； 优选的，沟槽的深度为0. 5-5 μπι，沟槽的宽度和深度的比例在2-50,进一步优选 沟槽的宽度和深度的比例在10-20 ;以保证焊料充分进入和浸润沟槽内部。 根据本技术，优选的，沟槽的开口宽度为15-30 μ m，深度为1-2 μ m。 根据本技术，所述的增益波导型半导体激光器结构，是在半导体基片上顺次 生长有第一包覆层、第一光波导层、发光活性层、第二光波导层和第二包覆层；在第二包覆 层表面光刻刻蚀形成有沿激光振荡方向延伸的2个沟槽，沟槽深度达到至少全部第二包覆 层和适当厚度的第二光波导层，2个沟槽之间部分的发光增益区域上留有电注入窗口，其余 部分的第二包覆层上有阻隔层，即发光增益区域正上方为电流注入区域。还沉积有P面电 接触层和N面电接触层，形成本技术的芯片结构。 根据本技术，所述沟槽是利用光刻工艺在芯片表面进行刻蚀形成的，至少刻 蚀掉所述沟槽区域的第二包覆层和适当厚度的第二光波导层；或者刻蚀到发光活性层、第 一光波导层、第一包覆层中的任一层，或者刻蚀到半导体基片层。 本技术中，所述半导体基片选自GaAs基片、SiC基片、InP基片或GaN基片。 采用AlGalnP或AlGalnAs材料体系获得0. 6-1 μ m的激射波长，采用适配的光波导层和包 覆层材料。根据所需波长的激光，适当确定各层的厚度、成分和掺杂量等。 本技术的有益效果： 本技术通过对芯片的外侧形状和结构的设计优化，采用发光增益区域两侧设 计适当宽度和深度的沟槽的芯片结构，使后续封装工序的焊料充分进入和浸润到沟槽内实 现调控芯片表面的焊料的分布状态，减少了发光增益区域两侧的焊料，降低芯片在烧结封 装完成后的使用过程中所受到的应力作用，获得低成本高效率的减少半导体激光器封装应 力并提升出射激光的波长单一性和稳定性的芯片结构。同时整个P面电接触层通过焊料贴 合到热沉上，以保证导电导热能力不会因沟槽的引入而降低。 本技术减少封装应力的芯片结构利用现有工艺即可制造，无需额外的设备， 因此不会带来制造成本的增加，易于实现。【附图说明】 图1是对比例原有半导体激光器芯片的结构示意图。A为发光增益区域，W为电 流注入区域。箭头表示两侧焊料在烧结后对发光增益区域A产生的残余应力；图2是本实 用新型半导体激光器芯片的结构示意图。A为发光增益区域，W为电流注入区域。图1、图 2中，1、半导体基片，2、第一包覆层，3、第一光波导层，4、发光活性层，5、第二光波导层，6、第 二包覆层，7、注入阻隔层，8、P面电接触层，9、N面电接触层；图2中第二包覆层6在光刻后 分成三部分。 图3是对比例原有半导体激光器芯片封装后激光器波长呈现双峰的情况，有两个 临近的发光峰。图4是本技术实施例1的半导体激光器芯片封装后激光器波长呈现单 个波峰情况。【具体实施方式】 下面结合实施例、对比例和附图对本技术做进一步描述。但不限于此。 实施例1 : -种减少半导体激光器封装应力的芯片结构，如图2所示。 在GaAs基片1上依次有外延生长的Ιμπι的AlGaAs第一包覆层2、0. 5μπι的 AlGaAs第一光波导层3、AlGaInAs/AlGaAs量子阱结构的发光活性层4、0. 5 μ m的AlGaAs第 二光波导层5和1当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种减少半导体激光器封装应力的芯片结构，包括半导体基片，该芯片结构是在上述半导体基片上通过金属有机气相外延法形成的具有电流注入区域和发光增益区域的增益波导型半导体激光器结构；具有沿激光振荡方向延伸的2个沟槽，上述发光增益区域设置于2个沟槽的中间位置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨扬，夏伟，苏建，徐现刚，
申请(专利权)人：山东华光光电子有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37
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