一种减小脊间串扰的多脊型半导体激光器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种减小脊间串扰的多脊型半导体激光器及其制备方法，所述多脊型半导体激光器包括衬底及其上面包括下限制层、下波导层、有源层、上波导层、上限制层等在内的外延结构；外延结构上包含多个脊型部，每个脊型部从外延层顶部到达有源层以下，脊型部间的间隙以高阻、低热导率、低折射率物质填充，以使得各脊型部有源区相互隔离；然后在脊型部上部一一对应设置有欧姆接触电极，欧姆接触电极上设置有用于连接的顶电极。本发明专利技术提供的多脊型半导体激光器，可以实现各脊型部间电、光的相互独立，有效减小了脊间的热串扰，为获得大功率激光器提供了一种解决思路。

A Multi-ridge Semiconductor Laser for Reducing Interridge Crosstalk and Its Fabrication Method

The invention discloses a multi-ridge semiconductor laser for reducing inter-ridge crosstalk and a preparation method thereof. The multi-ridge semiconductor laser comprises a substrate and an epitaxy structure on it, including a lower limiting layer, a lower waveguide layer, an active layer, an upper waveguide layer, an upper limiting layer, etc. The epitaxy structure comprises a plurality of ridge-shaped parts, each ridge-shaped part reaches below the active layer from the top of the epitaxy layer. The gap between the ridges is filled with high resistance, low thermal conductivity and low refractive index materials, so that the active regions of the ridges are separated from each other. Then, ohmic contact electrodes are arranged one by one on the top of the ridges, and the top electrodes for connection are arranged on the ohmic contact electrodes. The multi-ridge semiconductor laser provided by the invention can realize the mutual independence of electric and optical between ridges, effectively reduce the thermal crosstalk between ridges, and provide a solution for obtaining high-power lasers.

【技术实现步骤摘要】
一种减小脊间串扰的多脊型半导体激光器及其制备方法
本专利技术涉及半导体光电
，尤其涉及一种减小脊间串扰的多脊型半导体激光器及其制备方法。
技术介绍
半导体激光器由于具有电光转换效率高、光谱纯度好、体积小、可靠性高等优点，在激光制导、激光测距、激光印刷、激光通讯等军事及民用领域都有广泛应用前景。其中，百毫瓦级的GaN基激光器已成功应用于光盘信息存储技术之中。然而激光显示、水下通信等应用领域对氮化镓激光器的输出功率，提出了更高的要求。对于激光器单管而言，采用多脊型结构是获得高输出功率的一种方法。而解决不同脊间的热串扰，则是多脊型半导体激光器面临的重要问题。为解决脊间热串扰的问题，有很多研究学者做了很多研究，其中，较为传统的是采用增大脊间间距来解决这一问题，例如KatsuyaSamonji,ShinjiYoshida,HiroyukiHagino,KazuhikoYamanakaandShinichiTakigawa等人著的“6.3WInGaNLaserDiodeArraywithHighlyEfficientWide-StripedEmitters”。随着进一步的研究，有基于上述解决方案的优化方案，例如公开号为CN170910747A的中国专利文献，公开了一种多脊型半导体激光器及其制作方法，该多脊型半导体激光器包括衬底和衬底上的外延结构，该外延结构的顶部具有脊型半导体层，脊型半导体层包括多个脊型部，多脊型半导体激光器包括多个顶电极，多个顶电极形成于多个脊型部上并与多个脊型部一一对应；该多脊型半导体激光器的多个脊型部之间相互独立，当其中一个脊型部对应的有源区退化时，可以采用其他脊型部和顶电极进行工作，同时可以通过控制同时工作的脊型部的数量来调节激光输出功率，从而增加了激光器输出功率的调节范围。这种类似结构的多脊型半导体激光器，其主要特点是各脊型部的有源区彼此连接，脊型部电极彼此独立。但是上述结构中，都存在脊间间距较大的特点，当脊间间距太大时，会导致光束质量的恶化，而各脊型部有源区彼此连接，则热串扰则很难消除。因此如何实现在不增大脊间间距的前提下，仍然保持多脊型部间的电的相互独立，还可以减小脊间热串扰，需要进一步改进设计相应的激光器结构。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种减小脊间串扰的多脊型半导体激光器及其制备方法，通过该方法制备得到的激光器，能够改善脊间的热串扰，驱动各脊同时发光，提高器件能承受的输入电流，增大激光器输出功率。本专利技术的具体技术方案为：一种减小脊间串扰的多脊型半导体激光器，至少包括衬底和其上面的外延结构，外延结构上形成有多个脊型部，脊型部上面均一一对应设置有欧姆接触电极，欧姆接触电极上设置有用于多个欧姆接触电极并联连接的顶电极，所述脊型部之间的间隙填充有高电阻率、低热导率、低折射率的填充物，也可以根据情况在外延结构上的脊型部外侧的台阶部分也有填充物，使得各脊型部有源区相互隔离。进一步地，所述外延结构从下至上依次，至少包括下限制层、下波导层、有源层、上波导层、上限制层。进一步地，所述脊型部从上至下，至少包括上限制层、上波导层、有源层；或者可以更进一步，包括下波导层，或者包括下波导层和下限制层，或者包括下波导层、下限制层和衬底。进一步地，所述填充物可以是二氧化硅或氮化硅，或其他高电阻率、低折射率、高热导率物质。进一步地，所述顶电极为加厚电极，厚度大于300nm。进一步地，所述多个脊型部的宽度、间距可以相等或者不等。进一步地，所述多脊型半导体激光器还包括底电极，底电极形成于减薄抛光的衬底背面。对于衬底及外延结构各层的材料，具体可以为：所述衬底为N型氮化镓衬底，所述下限制层为N型氮化铝镓材料，所述下波导层为N型氮化镓或N型氮化铟镓材料，所述有源层为包括交替生长的氮化镓势垒层和氮化铟镓势阱层的量子阱结构，所述上波导层为P型氮化镓或P型氮化铟镓材料,所述上限制层为P型氮化铝镓材料。本专利技术还提供了一种多脊型半导体激光器的制备方法，可用于制备上述多脊型半导体激光器，所述制作方法包括步骤如下：一、在一衬底顶部生长形成包括下限制层、下波导层、有源层、上波导层、上限制层结构的外延结构；二、采用光刻和镀膜工艺，在所述外延结构的顶部生长欧姆接触电极；三、采用光刻和刻蚀工艺，在所述外延结构上刻蚀形成与欧姆接触电极位置一一对应的脊型部；四、采用镀膜工艺，将所述脊型部间的间隙填充高阻、低折射率、高热导率填充物；根据情况在外延结构上的脊型部外侧的台阶部分也进行填充；五、采用光刻和刻蚀工艺，移除覆盖在欧姆接触电极表面的填充物，暴露出脊型欧姆接触电极；六、在欧姆接触电极顶部制作顶电极，所述顶电极用于连接多个欧姆接触电极，使其并联连接；七、对衬底进行减薄抛光，并利用镀膜工艺在衬底背面制作底电极，制成多脊型半导体激光器。本专利技术提供的多脊型半导体激光器包括多个脊型部、与多脊型部一一对应的多个欧姆接触电极以及连接多个欧姆电极的顶部加厚电极，所述多脊型部从外延层顶部到达有源层以下，所述多脊型部间的间隙使用高阻、低折射率、低热导率物质进行填充；所述欧姆接触电极形成于各多脊型部顶部并与之一一对应，所述顶部加厚电极连接各欧姆电极，通过在脊间间隙填充高阻、低折射率、低热导率物质使所述多脊型部间实现了电的相互独立，可以有效减小脊间的热串扰，从而实现大功率输出；同时，电流通过顶电极分配到各脊型部，驱动各脊型部同时发光，也能增大器件整体的输出功率。附图说明图1为本专利技术的一种具体实施结构示意图。图2至图6为本专利技术的制备流程示意图。其中附图标记为：1底电极，2衬底，3外延结构，30下限制层，31下波导层，32有源层，33上波导层，34上限制层，4欧姆接触电极，5顶电极，6填充物。具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的一种实施例进行详细说明。本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并且本专利技术不应该被解释为局限于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本专利技术的原理，从而使本领域的其他技术人员能够理解本专利技术的各种实施和适合于特定预期应用的各种修改。如图1所示，本实施例提供的多脊型半导体激光器包括衬底2，形成于衬底2上的外延结构3，外延结构3的上部形成有多个脊型部，多脊型部之间的间隙由填充物6进行填充，欧姆接触电极4与脊型部的个数和位置一一对应，顶电极5连接多个欧姆接触电极4。本实施例中，填充物6为具有高阻、低热导率、低折射率特点的二氧化硅或氮化硅，各脊型部的有源区相互电隔离，同时低导热率填隙物质有利于减小脊间热串扰，低折射率有利于加强光的限制，从而提高器件的性能。电流通过顶电极分配到各脊型部，驱动各脊型部同时发光，也能增大器件整体的输出功率。所述脊型部的个数为2个以上，各脊型部的宽度及间距可以相等或者不相等。作为一个具体的事例，本实施例中，多脊型半导体激光器的脊型部个数为2个，脊型部的宽度为15um，脊型部之间的间距为3-15um，顶电极5的厚度至少为300nm。所述多脊型半导体激光器的宽度为350um，腔长1200um，前腔面镀有增透膜，后腔面镀有高反膜。所述外延结构3从下而上依次包括生长于衬底2上的下限制层30、下波导层31、有源层32、上波导层33和上限制层34。其中，所述脊型部是从上限制层34的顶部、上波导层33、有源层32至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减小脊间串扰的多脊型半导体激光器，其特征在于，至少包括衬底（2）和其上面的外延结构（3），外延结构（3）上形成有多个脊型部，脊型部上面均一一对应设置有欧姆接触电极（4），欧姆接触电极（4）上设置有用于多个欧姆接触电极（4）并联连接的顶电极（5），所述脊型部之间的间隙均填充有使得各脊型部有源区相互隔离的填充物（6）。

【技术特征摘要】
1.一种减小脊间串扰的多脊型半导体激光器，其特征在于，至少包括衬底（2）和其上面的外延结构（3），外延结构（3）上形成有多个脊型部，脊型部上面均一一对应设置有欧姆接触电极（4），欧姆接触电极（4）上设置有用于多个欧姆接触电极（4）并联连接的顶电极（5），所述脊型部之间的间隙均填充有使得各脊型部有源区相互隔离的填充物（6）。2.根据权利要求1所述的多脊型半导体激光器，其特征在于，所述外延结构（3）从下至上依次，至少包括下限制层（30）、下波导层（31）、有源层（32）、上波导层（33）、上限制层（34）。3.根据权利要求2任意一项所述的多脊型半导体激光器，其特征在于，对于衬底（2）及外延结构（3）各层的材料，具体为：所述衬底（2）为N型氮化镓衬底，所述下限制层（30）为N型氮化铝镓材料，所述下波导层（31）为N型氮化镓或N型氮化铟镓材料，所述有源层（32）为包括交替生长的氮化镓势垒层和氮化铟镓势阱层的量子阱结构，所述上波导层（33）为P型氮化镓或P型氮化铟镓材料,所述上限制层（34）为P型氮化铝镓材料。4.根据权利要求3所述的多脊型半导体激光器，其特征在于，所述脊型部从上至下：至少包括上限制层（34）、上波导层（33）、有源层（32）；或者包括上限制层（34）、上波导层（33）、有源层（32）、下波导层（31）；或者包括上限制层（34）、上波导层（33）、有源层（32）、下波导层（31）和下限制层（30）；或者包括上限制层（34）、上波导层（33）、有源层（32）、下波导层（31）、下限制层（30）和衬底（2）。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨浩军，王文杰，谢武泽，李沫，李俊泽，邓泽佳，廖明乐，罗惠文，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51