一种含有高选择性腐蚀阻挡层的808nm半导体激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种含有高选择性腐蚀阻挡层的808nm半导体激光器，属于半导体激光器技术领域，从下至上包括衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、第一上限制层、腐蚀阻挡层、第二上限制层和欧姆接触层；腐蚀阻挡层为GaInP材料；有源层为GaAsP材料或者InGaAsP材料；下限制层为AlGaInP材料，第一上限制层为AlGaInP材料，上波导层和下波导层采用GaInP；第二上限制层为AlGaAs材料，欧姆接触层为GaAs材料。本发明专利技术能够较容易的实现材料生长，由第二上限制层和欧姆接触层组成的结构能够实现高选择性的化学腐蚀结果，能够有效控制脊型波导的台阶腐蚀深度、台阶对称性，提升半导体激光器的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含有高选择性腐蚀阻挡层的808nm半导体激光器，属于半导体激光器的

技术介绍
808nm半导体激光器广泛应用于抽运Nd：YAG固体激光器、工业加工和激光医疗等领域，有着非常广泛的应用前景和市场价值。由于巨大的市场需求，808nm半导体激光器得到了迅猛发展。目前在工业生产中，脊形宽面波导结构以其工艺简单并且能够提供一定的侧向光场限制和电流扩展限制的特点，成为目前最常用的大功率输出激光器的结构。通过脊型波导来进行弱折射率导引，其有效折射率差异约为10-3量级。脊型波导的宽度及深度的波动会影响光模式的输出，因此要求脊型波导在形成过程中，脊形的宽度、台阶的高度和两侧的对称性要好。目前在红光等可见光激光器中广泛使用的方法是在器件上限制层中插入一层腐蚀阻挡层，利用材料腐蚀速率的差别来控制脊型波导的深度。文献Appl.Phys.Lett.,1989,Vol.54,pp1391报道了一种横模稳定的AlGaInP红光脊型半导体激光器，使用1-2nm的薄层GaAs作为腐蚀阻挡层。由于As及P化合物的化学腐蚀速率相差较大，可以得到形貌较好的脊型结构，形成稳定的横模输出。但是由于GaAs带隙较小，对AlGaInP有源区发出的光有强烈的吸收，GaAs层必须很薄，这对设备及工艺的均匀性有很高的要求。中国专利CN1848567A公开了一种可以无障碍的在半导体激光器上包层上形成条状凸部，并能够抑制乃至防止向上包层一侧扩展光分布的装置。此器件使用与外延层晶格匹配的AlGaAs作为腐蚀阻挡层，且AlGaAs层折射率约等于各包层折射率，不会对光模式造成紊乱。由于外延生长一般使用化学气相沉积的方式，AlGaInP材料中插入一层AlGaAs会存在As/P气相转换，使得生长界面质量不佳，存在大量界面态。这些界面态会俘获载流子，降低注入效率，影响激光器的性能。美国专利US005379312A公开了脊波导及选择性掩埋脊波导的可见光半导体激光器，腐蚀阻挡层为GaInP材料。其腐蚀性选择比更高，且不吸收有源区发出的光，也适合表面材料的再生长。对于传统小功率AlGaInP激光器来说，此方法实用且简洁。中国专利文件(申请号200680037164.5)，公开了一种高输出红色半导体激光器，该专利是把热传导率良好的AlGaAs作为其限制层，因其热导率高于AlGaInP材料，可以提高激光器元件的散热特性。该专利也是优化AlGaInP红光激光器特性引入了AlGaAs作为部分包层，其目的是利用AlGaAs的导热性优于AlGaInP材料。但是因为红光激光器对材料的限制能力要求较高，AlGaInP中Al含量都在50％以上，因此对AlGaAs的组分有严格要求，同时该结构存在参数下降的风险，并且也没提到脊型区的制作控制问题。中国专利文件(申请号00808789.X)，公开了带有无铝限制层的埋脊半导体激光器，它包括：包含第一电导型AlGaAs的下包层；在下包层上形成的、包含第二电导型AlGaAs的第一上包层；在第一上包层上形成的、且具有用于引导电流的孔的、第一电导型实质无铝半导体限制层；和在穿过限制层的孔上形成的、包含第二电导型AlGaAs的第二上包层。该专利也提到了分层结构，但是AlGaAs包层在此结构中属于激光器的常规包层结构，不是该专利技术的优选对象。以上文献提到的方法都是在AlGaInP材料的红光激光器中实现或者只是常规结构没有优化，在以808nm或者9xxnm激光器中未见有利于控制脊型区的应用。在以AlGaInP为限制层的808nm或者9xxnm激光器的脊型波导制作中也会面临腐蚀不均匀、两侧不对称、台阶高度不宜控制的问题。主要是由于限制层AlGaInP的难以腐蚀而采用Br2水腐蚀的原因。这对脊型波导的制作均匀性和一致性带来一定的难度。
技术实现思路
针对现有技术不足，为了更好的能够实现脊型发光区，便于控制最终的形貌和一致性，本专利技术公开了一种含有高选择性腐蚀阻挡层的优化的808nm半导体激光器。本专利技术的技术方案如下：一种含有高选择性腐蚀阻挡层的808nm半导体激光器，从下至上包括衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、第一上限制层、腐蚀阻挡层、第二上限制层和欧姆接触层；其特征在于，所述腐蚀阻挡层为GaInP材料；所述有源层为GaAsP材料或者InGaAsP材料；下限制层为N型AlGaInP材料，第一上限制层为P型AlGaInP材料，上波导层和下波导层采用无铝材料，无铝材料为GaInP；第二上限制层为P型AlGaAs材料，欧姆接触层为P型GaAs材料。第二上限制层及欧姆接触层可以通过化学腐蚀工艺构成脊型波导结构，化学腐蚀截止于腐蚀阻挡层。根据本专利技术优选的，衬底为(100)面偏(110)方向的N型高掺杂镓砷材料，偏角大小为0°-15°。根据本专利技术优选的，下限制层和第一上限制层的AlGaInP材料为同铝组分的材料，下限制层AlGaInP材料中铝的重量含量与第一上限制层AlGaInP材料中铝的重量含量相同，铝的重量含量为10％-20％，下限制层的厚度为1000-1500nm，第一上限制层的厚度为200-400nm；或，下限制层和第一上限制层的AlGaInP材料为不同铝组分材料，下限制层AlGaInP材料中铝的重量含量与第一上限制层AlGaInP材料中铝的重量含量不同，第一上限制层的AlGaInP材料中铝的重量含量为10％-20％，第一上限制层的厚度为100nm-300nm，下限制层的AlGaInP材料中铝的重量含量为5％-10％，下限制层的厚度900nm-1500nm。此时下限制层和第一上限制层组成非对称结构，降低光吸收。根据本专利技术优选的，下波导层和上波导层的厚度相同，下波导层和上波导层的厚度均为300nm-600nm；或，下波导层和上波导层的厚度不同。组成非对称结构。进一步优选的，上波导层厚度小于下波导层厚度，下波导层厚度为450nm-900nm，上波导层厚度为350nm-650nm。同时不同的波导层厚度结合不同组分的上、下限制层，组成非对称结构，能够有利于降低内吸收系数。根据本专利技术优选的，有源层为张应变的无铝GaAsP材料，有源层的厚度为10-15nm；或，有源层为InGaAsP压应变材料，有源层的厚度为6-12nm。根据本专利技术优选的，腐蚀阻挡层为GaInP材料，腐蚀阻挡层的厚度范围为5-15nm。根据本专利技术优选的，第二上限制层为AlxGa1-xAs材料，x的取值范围为0.5-0.7，为P型AlGaAs材料；第二上限制层的厚度范围为800nm-1500nm。根据本专利技术优选的，欧姆接触层为高掺杂的P型镓砷材料，欧姆接触层的厚度为200-300nm。本专利技术的优势在于：本专利技术中所述第二上限制层为AlGaAs材料，材料生长相对容易均匀性和一致性较好，同时与腐蚀阻挡层相结合，化学选择性腐蚀容易，制作脊型波导结构时，腐蚀面平整，台阶两侧先对一致。同时制作工艺简单，能够适合批量生产满足需求。附图说明图1是本专利技术提出的一种含有高选择性腐蚀阻挡层的808nm半导体激光器；图中：1、衬底，2、下限制层，3、下波导层，4、有源层，5、上波导层，6、第一上限制层，7、腐蚀阻挡层，8、第二上限制层，9、欧姆接触层。具体实施例下面根据实施例和说明书附图对本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有高选择性腐蚀阻挡层的808nm半导体激光器，从下至上包括衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、第一上限制层、腐蚀阻挡层、第二上限制层和欧姆接触层；其特征在于，所述腐蚀阻挡层为GaInP材料；所述有源层为GaAsP材料或者InGaAsP材料；下限制层为N型AlGaInP材料，第一上限制层为P型AlGaInP材料，上波导层和下波导层采用无铝材料，无铝材料为GaInP；第二上限制层为P型AlGaAs材料，欧姆接触层为P型GaAs材料。

【技术特征摘要】
1.一种含有高选择性腐蚀阻挡层的808nm半导体激光器，从下至上包括衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、第一上限制层、腐蚀阻挡层、第二上限制层和欧姆接触层；其特征在于，所述腐蚀阻挡层为GaInP材料；所述有源层为GaAsP材料或者InGaAsP材料；下限制层为N型AlGaInP材料，第一上限制层为P型AlGaInP材料，上波导层和下波导层采用无铝材料，无铝材料为GaInP；第二上限制层为P型AlGaAs材料，欧姆接触层为P型GaAs材料。2.根据权利要求1所述的含有高选择性腐蚀阻挡层的808nm半导体激光器，其特征在于，衬底为(100)面偏(110)方向的N型高掺杂镓砷材料，偏角大小为0°-15°。3.根据权利要求1所述的含有高选择性腐蚀阻挡层的808nm半导体激光器，其特征在于，下限制层和第一上限制层的AlGaInP材料为同铝组分的材料，下限制层AlGaInP材料中铝的重量含量与第一上限制层AlGaInP材料中铝的重量含量相同，铝的重量含量为10％-20％，下限制层的厚度为1000-1500nm，第一上限制层的厚度为200-400nm；或，下限制层和第一上限制层的AlGaInP材料为不同铝组分材料，下限制层AlGaInP材料中铝的重量含量与第一上限制层AlGaInP材料中铝的重量含量不同，第一上限制层的AlGaInP材料中铝的重量含量为10％-20％，第一上限制层的厚度为100nm-300nm，下限制...

【专利技术属性】
技术研发人员：李沛旭，徐现刚，朱振，张新，苏建，
申请(专利权)人：山东华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37