一种具有双面电流限制结构的半导体激光器及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有双面电流限制结构的半导体激光器及制备方法，属于半导体激光器技术领域，激光器从下至上设有下电极层、衬底、缓冲层、下包层、有源层、上包层、接触层，衬底与缓冲层之间水平方向间隔设有掩盖层；在衬底上逐渐生长掩盖层、外延层；接触层上腐蚀出脊型结构，脊型结构包括凸部和凹部，凹部下陷至上包层中；接触层的脊型结构上方生长绝缘层，凸部顶端的绝缘层设有空断间隔，绝缘层上方蒸镀上电极层，在衬底下表面蒸镀下电极层。相比传统的单面电流限制结构，利用本发明专利技术的制备方法制备的双面电流限制结构激光器，仅需要一次外延及一次外延层刻蚀工艺，不会增加激光器制作步骤和成本，不会影响激光器的产出率。

A semiconductor laser with double-sided current limiting structure and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种具有双面电流限制结构的半导体激光器及制备方法
本专利技术涉及一种具有双面电流限制结构的半导体激光器及制备方法，属于半导体激光器

技术介绍
半导体激光器是利用电注入在半导体中实现电子空穴复合发光并形成谐振放大的光器件。形成激光的必要条件之一是达到粒子数反转，因此需要极高的电流密度。这需要对半导体激光器的注入电流限制在一个微小的区域内，可以有效防止因电流扩展、泄露等问题造成的电流损失，获得较低的阈值电流，提高激光器的增益特性。尤其是大功率激光器，一直在追求高效率、高亮度，从而获得低成本的高功率输出及简易的热处理装置。因此，对电流的限制尤为重要。在半导体激光器中，对注入电流的限制方法包括粒子注入、脊型刻蚀、掩埋异质结、氧化绝缘等，每种方法都有其优缺点，根据器件实际情况都有选择。掩埋异质结结构是光通讯边射型激光器中电流限制的常用方法，主要是在电流注入区两侧形成pnp的反型异质结进行电流隔绝，从而实现注入电流的有效限制。中国专利CN106785910A公布了一种掩埋结构激光器及其制作方法。激光器包括衬底、台面结构、掩埋结构和电极接触层，台面结构位于衬底上；掩埋结构由至少一层第一材料层和至少一层第二材料层构成，第二材料层覆盖于第一材料层上，并且第二材料层上对应台面结构的台顶区域设置有凹槽结构；电极接触层位于第二材料层上。中国专利CN106300013A也公布一种掩埋异质结结构，它有效结合AlGaInAs/InP材料和掩埋异质结技术的优点,生长出一种高效激光器外延结构,达到避免Al氧化，降低俄歇复合，带间吸收，改善器件高温特性的作用，同时减小激光器阈值电流密度，提高有源层材料的特征温度以及有源区量子阱的外量子效率、内量子效率和转换效率。虽然掩埋异质结结构可以有效限制电流，也有多种优化的实现方式，但是这种结构需要经过多次外延及多次芯片工艺，对环境及生长工艺要求较高，而且增加了工艺步骤，必然会降低产品良率。在面发射激光器中，由于谐振腔较短，需要更高的增益系数，因此电流注入区的面积更小，对电流限制要求更加严格。中国专利CN106856296A公开了一种长波长垂直腔面发射激光器。它在n型DBR中间设有电流限制层,电流限制层上形成有圆形电流限制孔,衬底和n型DBR为等直径的圆台型结构,其直径大于所述出光孔的直径,小于长波长垂直腔面发射激光器最终解离芯片横向尺寸。该结构能够减小长波长垂直腔面发射激光器内部的串联电阻,增加注入载流子的效率,实现器件的高速特性的改进。其中的电流限制层一般通过湿法氧化，使AlGaAs变为绝缘的Al2O3，从而使电流限制在出光孔内。但是湿法氧化过程一直是面发射激光器的一个工艺难点，很难保证多个出光孔的一致性，限制了其在阵列集成方面的高功率应用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种具有双面电流限制结构的半导体激光器。本专利技术还提供上述半导体激光器的制备方法。本专利技术的技术方案如下：一种具有双面电流限制结构的半导体激光器，从下至上设有下电极层、衬底、缓冲层、下包层、有源层、上包层、接触层，衬底与缓冲层之间水平方向间隔设有掩盖层；掩盖层在水平方向利用间隔产生空间通道，在空间通道里衬底和缓冲层直接接触、没有掩盖层，这种间隔空间用于电流通过、形成电流通道，衬底和缓冲层之间其他设有掩盖层的地方用于阻挡电流通过、在器件的下方形成电流限制；接触层上设有脊型结构，脊型结构包括凸部和凹部，凹部下陷至上包层中；即，在接触层开始设有深度甚至上包层的脊型结构；接触层的脊型结构上方设有绝缘层，凸部顶端的绝缘层设有空断间隔，绝缘层上方设有上电极层；绝缘层处的空断间隔用于在器件上方形成电流通道，有空断间隔的地方接触层与上电极层直接接触，从而形成电流通道，而接触层上方其他设有绝缘层的地方在器件上方形成电流限制。根据本专利技术优选的，绝缘层的空断间隔与掩盖层的水平方向间隔位于同一竖直方向上。在绝缘层的空断间隔处透过的电流也会顺利穿过下方掩盖层的间隔空间，上下两处电流限制作用在一个竖直方向上，使得电流路径最短。根据本专利技术优选的，所述掩盖层为绝缘的SiO2或者绝缘的Si3N4，掩盖层的厚度为50-100nm，掩盖层的水平方向的间隔宽度为50-200um，其水平方向的间隔宽度为激光器下面的电流通道宽度。根据本专利技术优选的，缓冲层的厚度为1-2um。在进行外延生长时，掩盖层上方不易结晶，而外延材料是沿着掩盖层间隔开口的位置向上生长并向两侧扩展，最终覆盖掩盖层，因此缓冲层必须具有一定厚度，保证外延层融为一层。进一步优选的，所述缓冲层与衬底的材料相同。根据本专利技术优选的，所述绝缘层的材料为SiO2或Si3N4，厚度为50-200nm。绝缘层的绝缘材料与脊型的结构共同限制激光器上方的电流。根据本专利技术优选的，脊型结构凸部顶端的绝缘层空断间隔的宽度为50-200um。为激光器上面的电流通道宽度。一种上述具有双面电流限制结构的半导体激光器的制备方法，包括步骤如下：(1)在衬底上方生长一层掩盖层，垂直于激光器腔面方向腐蚀出周期分布的掩盖层长条，周期分布即使得掩盖层在水平方向产生间隔；(2)将带有周期分布掩盖层的衬底放入气相外延炉中，使用气相外延的方法在图形衬底上依次外延生长缓冲层及标准的激光器外延层，外延层包括下包层、有源层、上包层和接触层；(3)从接触层开始腐蚀出脊型结构，脊型结构的凹部下陷至上包层；(4)在晶片接触层脊型结构的上方生长一层绝缘层，并去掉脊型结构凸部顶端一定宽度的绝缘层，形成绝缘层的空断间隔；(5)减薄衬底背面至厚度80-120μm，在绝缘层上表面蒸镀上电极层，在衬底下表面蒸镀下电极层，并进行合金；(6)经过巴条解理及镀膜，在掩盖层的间隔中心处解离成单颗芯片，形成具有双面电流限制结构的半导体激光器。根据本专利技术优选的，步骤(6)中，掩盖层水平方向上的周期宽度与单颗芯片水平方向上的周期宽度一致。这样在切割出单颗芯片时，单颗芯片上的掩盖层只有掩盖层的水平方向间隔能透过电流。进一步优选的，单颗芯片水平方向上的周期宽度为300-500um。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的双面电流限制结构半导体激光器，通过掩盖层限制激光器下方的电流路径，通过脊型结构及绝缘层限制激光器上方的电流路径，且两种限制结构形成的电流通道位于同一竖直方向，可以有效限制半导体激光器的电流扩展，减小电流流经有源区的面积，使激光器的有源区更容易发生粒子数反转，降低激光器阈值电流，提高激光器的内量子效率，最终增加激光器的转换效率。同时相比传统的单面电流限制结构，本专利技术的双面电流限制结构，仅需要一次外延及一次外延层刻蚀工艺，不会增加激光器制作步骤和成本，不会影响激光器的产出率。附图说明图1是传统的单面电流限制结构的半导体激光器的结构示意图。图2是本专利技术具有双面电流限制结构的半导体激光器的结构示意图。图3是本专利技术中掩盖层的周期分布俯视示意图。图4是本专利技术中掩盖层的周期分布截面示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有双面电流限制结构的半导体激光器，其特征在于，从下至上设有下电极层、衬底、缓冲层、下包层、有源层、上包层、接触层，衬底与缓冲层之间水平方向间隔设有掩盖层；/n接触层上设有脊型结构，脊型结构包括凸部和凹部，凹部下陷至上包层中；接触层的脊型结构上方设有绝缘层，凸部顶端的绝缘层设有空断间隔，绝缘层上方设有上电极层。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有双面电流限制结构的半导体激光器，其特征在于，从下至上设有下电极层、衬底、缓冲层、下包层、有源层、上包层、接触层，衬底与缓冲层之间水平方向间隔设有掩盖层；
接触层上设有脊型结构，脊型结构包括凸部和凹部，凹部下陷至上包层中；接触层的脊型结构上方设有绝缘层，凸部顶端的绝缘层设有空断间隔，绝缘层上方设有上电极层。


2.根据权利要求1所述的具有双面电流限制结构的半导体激光器，其特征在于，绝缘层的空断间隔与掩盖层的水平方向间隔位于同一竖直方向上。


3.根据权利要求1所述的具有双面电流限制结构的半导体激光器，其特征在于，所述掩盖层为SiO2或者Si3N4，掩盖层的厚度为50-100nm，掩盖层的水平方向的间隔宽度为50-200um。


4.根据权利要求1所述的具有双面电流限制结构的半导体激光器，其特征在于，缓冲层的厚度为1-2um。


5.根据权利要求1所述的具有双面电流限制结构的半导体激光器，其特征在于，所述缓冲层与衬底的材料相同。


6.根据权利要求1所述的具有双面电流限制结构的半导体激光器，其特征在于，所述绝缘层的材料为SiO2或Si3N4，厚度为50-200nm。


7.根据权利要求1所述的具有双面电流限...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱振，张新，于军，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