一种AlGaInP结构的808nm半导体激光器结构制造技术

本发明专利技术涉及一种AlGaInP结构的808nm半导体激光器结构，从下至上依次为衬底、缓冲层、下限制层、下波导层、量子阱、上波导层、第一上限制层、第二上限制层和欧姆接触层，所述第一上限制层与所述第二上限制层之间设有通过含Al材料的选择性腐蚀溶液的腐蚀阻挡层。腐蚀时可以通过含Al材料的选择性腐蚀溶液，使腐蚀面截止于腐蚀阻挡层。脊型结构两侧的对称性及不同批次之间的一致性得到大大改善。

【技术实现步骤摘要】
一种AlGaInP结构的808nm半导体激光器结构
本专利技术涉及一种AlGaInP结构的808nm半导体激光器结构，属于半导体激光器

技术介绍
半导体激光器由于具有结构紧凑、成本较低、光场易于调控等优点，被广泛应用于泵浦固体激光器、材料加工、激光医疗等方面。其中，波长为808nm附近的半导体激光器主要用途有两大类。一是用来泵浦Nd:YAG，并且通过倍频获得532nm的通用绿光。小功率激光器泵浦的绿光一般几毫瓦至几十毫瓦，可以用来做指示及定位工具，市场需求量大，批量生产的一致性及成本是关键。另一类用途为：大功率激光器可以用在激光美容、理疗、材料加工、夜市照明灯方面，产量要求不高，但是附加产值高，同样对激光器的性能要求也很高。目前，高功率的808nm半导体激光器的核心芯片只有美国、德国等几个大型厂家能做，其叠阵产品由于可以用作军事，部分产品是禁止出口的。国内厂家以中小功率为主，竞争比较激烈，成本控制尤其重要。AlGaAs材料由于易于生长且材料晶格匹配，是最早用于制作808nm半导体激光器的材料。例如，中国专利文献CN1O4600562A公开了一种8O8nm平顶光场大功率激光器,包括衬底以及在衬底上从下至上依次生长的缓冲层、下限制层、下光场作用层、下波导层、量子阱层、上波导层、上光场作用层、上限制层和电极接触层。下光场作用层采用高掺杂的N型AlGaAs材料,上光场作用层采用高掺杂的P型AlGaAs材料。此专利技术快轴光场顶部分布均匀,能够进一步降低有源区光功率密度,提高激光器的可靠性和耐用性。但是含铝材料极易氧化，会形成深能级，增强载流子的非辐射复合速率，致使半导体激光器的腔面过热，促进了暗线缺陷的产生及扩展，从而降低激光器的输出功率及可靠性。近年来，具有无铝有源区的(Al)GaInP/GaAsP结构半导体激光器引起了人们很大关注。相比于AlGaAs材料的半导体激光器，它具有以下优点：有源区无铝能有效抑制暗线缺陷的产生，减少非辐射复合中心；降低了界面复合速率，使得内量子效率增加；张应变量子阱在解理面弛豫增大窗口区带隙，提高腔面光学损伤阈值。中国专利文献CN103457158A公开了一种TM偏振的GaAsP/GaInP量子阱激光器，有源区采用无铝材料，可以有效降低铝组分的氧化、生长界面粗糙、腔面处附加电场对激光器功率输出及可靠性的影响。同时波导层和限制层设计为非对称结构，能够有效降低内损耗、提高最大输出功率及可靠性。非专利性文献Proc.ofSPIEVol.610461040B研究了InGaAsP/GaInP结构半导体激光器的量子阱应变量对激光器阈值电流密度及增益系数的影响，发现增大张应变量可以有效提高光功率，从而增加半导体激光器的功率转换效率。这些激光器的设计上都使用了AlGaInP材料，但是存在一个问题。在进行芯片工艺时，一般使用湿法腐蚀工艺形成脊型结构来做电流限制及光限制。上包层是单独的AlGaInP结构时，对批次之间的腐蚀深度只能通过经验及时间来调控，一致性及可控性较差。甚至脊型结构的两侧也会存在腐蚀深度不一致的现象，这对电参数及光斑的一致性影响很大。因此，在批量生产的一致性及重复性上，单纯的AlGaInP结构激光器是比较难控制的。
技术实现思路
针对现有AlGaInP结构的808nm半导体激光器在制作脊型结构时腐蚀深度不一致而导致的电参数及光斑重复性差的问题，本专利技术提出了一种新型AlGaInP结构的半导体激光器结构；本专利技术可以精确控制腐蚀深度，并能保证批次之间的重复性，适合批量化生产。本专利技术的技术方案为：一种AlGaInP结构的808nm半导体激光器结构，从下至上依次为衬底、缓冲层、下限制层、下波导层、量子阱、上波导层、第一上限制层、第二上限制层和欧姆接触层，所述第一上限制层与所述第二上限制层之间设有通过含Al材料的选择性腐蚀溶液的腐蚀阻挡层。此处设计的优势在于，第一上限制层与第二上限制层中间加入一层腐蚀阻挡层，腐蚀时可以通过含Al材料的选择性腐蚀溶液，使腐蚀面截止于腐蚀阻挡层。条形发光区两侧的对称性及不同批次之间的一致性得到大大改善,如图1所示，传统AlGaInP结构的808nm半导体激光器的条形发光区两侧的高度不对称，相差100多纳米，会导致两侧的有效折射率出现差异，从而影响电参数及光斑。本专利技术加入腐蚀阻挡层后，条形发光区如图2所示，条形发光区两侧的高度几乎一致。同时，腐蚀阻挡层的使用，使得原有腐蚀时间的窗口变大，重复性提升，成本降低，适合于大批量生产。根据本专利技术优选的，所述腐蚀阻挡层为P型GamIn1-mP或P型GaAsnP1-n，掺杂浓度为5-10×1017cm-3，厚度为5-20nm,m的取值范围为0.4-0.6，n的取值范围为0.9-1；此处设计的优势在于，腐蚀阻挡层使用P型GamIn1-mP材料或P型GaAsnP1-n，不含Al，与第二限制层的Al含量相差较大，可以获得较大的选择性腐蚀比率，保证阻挡层能阻挡住溶液的腐蚀。进一步优选的，所述腐蚀阻挡层为P型Ga0.5In0.5P或P型GaAs0.95P0.05，掺杂浓度为7×1017cm-3，厚度为15nm。此处设计的优势在于，腐蚀阻挡层使用P型Ga0.5In0.5P，与衬底晶格相匹配，可以生长至一定厚度而不产生失配缺陷，能获得高质量的第二上限制层。根据本专利技术优选的，所述第一上限制层为P型(AlyGa1-y)0.5In0.5P，y的取值为0.1-0.4，掺杂浓度为5-10×1017cm-3，厚度为100-400nm；所述第二上限制层为P型(AlzGa1-z)0.5In0.5P，z的取值为0.9-1，掺杂浓度为5-10×1017cm-3，厚度为600-1100nm；进一步优选的，所述第一上限制层为P型(AlyGa1-y)0.5In0.5P，y的取值为0.2-0.3，掺杂浓度为6-8×1017cm-3，厚度为200-400nm；所述第二上限制层为P型(AlzGa1-z)0.5In0.5P，z取值为0.9-1，掺杂浓度为6-8×1017cm-3，厚度为800-1000nm；最优选的，所述第一上限制层为P型(AlyGa1-y)0.5In0.5P，y的取值为0.2，掺杂浓度为7×1017cm-3，厚度为300nm；所述第二上限制层为P型(AlzGa1-z)0.5In0.5P，z取值为1，掺杂浓度为7×1017cm-3，厚度为1000nm。此处设计的优势在于，腐蚀阻挡层的GaInP材料与第一上限制层、第二上限制层的AlGaInP材料同为磷化物，易于生长，不会扰乱原有生长气流，并且GaInP材料不会对量子阱发光有任何吸收。根据本专利技术优选的，所述衬底为偏向<111>晶向的N型GaAs(100)单晶片，偏角大小为5-15°，掺杂浓度为2×1018cm-3-5×1018cm-3；所述缓冲层采用N型GaAs材料，掺杂浓度为1×1018cm-3-3×1018cm-3，厚度为100-400nm；所述下波导层为不掺杂的Ga0.5In0.5P，厚度为200-500nm；所述量子阱采用张应变的GaAsP材料，厚度为5-15nm，激射波长为804-812nm；所述上波导层为不掺杂的Ga0.5In0.5P，厚度为200-500nm；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种AlGaInP结构的808nm半导体激光器结构，其特征在于，从下至上依次为衬底、缓冲层、下限制层、下波导层、量子阱、上波导层、第一上限制层、第二上限制层和欧姆接触层，所述第一上限制层与所述第二上限制层之间设有通过含Al材料的选择性腐蚀溶液的腐蚀阻挡层。

【技术特征摘要】
1.一种AlGaInP结构的808nm半导体激光器结构，其特征在于，从下至上依次为衬底、缓冲层、下限制层、下波导层、量子阱、上波导层、第一上限制层、第二上限制层和欧姆接触层，所述第一上限制层与所述第二上限制层之间设有通过含Al材料的选择性腐蚀溶液的腐蚀阻挡层。2.根据权利要求1所述的一种AlGaInP结构的808nm半导体激光器结构，其特征在于，所述腐蚀阻挡层为P型GamIn1-mP或P型GaAsnP1-n，掺杂浓度为5-10×1017cm-3，厚度为5-20nm,m的取值范围为0.4-0.6，n的取值范围为0.9-1。3.根据权利要求1或2所述的一种AlGaInP结构的808nm半导体激光器结构，其特征在于，所述腐蚀阻挡层为P型Ga0.5In0.5P或P型GaAs0.95P0.05，掺杂浓度为7×1017cm-3，厚度为15nm。4.根据权利要求1所述的一种AlGaInP结构的808nm半导体激光器结构，其特征在于，所述第一上限制层为P型(AlyGa1-y)0.5In0.5P，y的取值为0.1-0.4，掺杂浓度为5-10×1017cm-3，厚度为100-400nm；所述第二上限制层为P型(AlzGa1-z)0.5In0.5P，z的取值为0.9-1，掺杂浓度为5-10×1017cm-3，厚度为600-1100nm。5.根据权利要求4所述的一种AlGaInP结构的808nm半导体激光器结构，其特征在于，所述第一上限制层为P型(AlyGa1-y)0.5In0.5P，y的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱振，张新，徐现刚，
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