单片集成双波长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单片集成双波长半导体激光器及其制备方法，属于半导体激光器技术领域。该半导体激光器包括：第一激光器、第二激光器、第一隔离槽和第二隔离槽，所述第一激光器包括第一激光器P电极，所述第二激光器包括第二激光器P电极和第二激光器桥电极；其中，所述第二激光器P电极位于第一激光器P电极与第二激光器桥电极之间，所述第一隔离槽制备于第一激光器P电极和第二激光器P电极之间；所述第二隔离槽制备于第二激光器P电极和第二激光器桥电极之间。本发明专利技术中，通过两个激光器电流和隔离槽的特殊设计，使得两个激光器可以同时或者分别单独工作。

Monolithic integrated dual wavelength semiconductor laser and its preparation

【技术实现步骤摘要】
单片集成双波长半导体激光器及其制备方法
本专利技术涉及半导体激光器领域，特别涉及一种单片集成双波长半导体激光器及其制备方法。
技术介绍
半导体激光器具有输出功率高、体积小、重量轻、光电转换效率高等优点，尤其是半导体边发射激光器在高效率、大功率和气体检测等方面具有极大的优势。常见的半导体激光器为一个PN结结构或PIN结结构，其激射波长受有源区材料和结构直接影响，虽然半导体激光器的增易峰比较宽，可以实现十几纳米甚至一百纳米的调谐激射，但其激射波长基本在一个固定波长区间浮动，即只能单波长区间工作，而在气体监测，激光加工等领域，针对不同气体和加工材料，需要匹配不同波长的激光，为了获得多波长的激光，目前的方法是配置多个不同芯片的半导体激光器，由于每个半导体激光器需要单独的泵浦源和冷却装置，因此整个装置的体积和重量会线性增加。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种单片集成双波长半导体激光器及其制备方法，以实现两个波长激光的同时和分别高功率工作，实现两个波段激光的片上集成，并降低生产和制备的成本。(二)技术方案根据本专利技术的一方面，提供一种单片集成双波长半导体激光器，包括：第一激光器、第二激光器、第一隔离槽和第二隔离槽，所述第一激光器包括第一激光器P电极，所述第二激光器包括第二激光器P电极和第二激光器桥电极；其中，所述第二激光器P电极位于第一激光器P电极与第二激光器桥电极之间，所述第一隔离槽制备于第一激光器P电极和第二激光器P电极之间；所述第二隔离槽制备于第二激光器P电极和第二激光器桥电极之间。在进一步的实施方案中，所述的半导体激光器还包括衬底、外延层、绝缘介质层和N面电极，所述第一激光器和第二激光器共用所述衬底、外延层、绝缘介质层和N面电极。在进一步的实施方案中，所述的第一激光器P电极、第二激光器P电极和第二激光器桥电极材料均为Ti、Pt和Au，厚度分别为5-100nm、5-100nm和100-3000nm。在进一步的实施方案中，所述的N面电极材料为Ni、AuGe和Au，厚度分别为5-50nm、5-100nm和100-3000nm。。在进一步的实施方案中，所述的外延层包括：从下至上依次沉积在衬底上的第一N接触层、第一N限制层、第一波导层、第一有源层、第二波导层、第一P限制层、第一P接触层、隔离层、第二N接触层、第二N限制层、第三波导层、第二有源层、第四波导层、第二P限制层和第二P接触层。在进一步的实施方案中，所述的衬底为N型GaAs、GaSb、InP或GaN衬底；第一N接触层，生长在所述衬底上，N型掺杂，掺杂浓度为1e17-1e19cm-3，厚度为200nm-700nm；第一N限制层，生长在所述第一N接触层上，N型掺杂，掺杂浓度1e17-5e18cm-3，厚度为500-2500nm；第一P接触层，生长在所述第一P限制层上，P型掺杂，掺杂浓度为1e17-1e19cm-3，厚度为100nm-700nm；隔离层，生长在所述第一P接触层上，材料为非故意掺杂的GaAs、GaSb、InP或GaN，厚度为100-500nm；第二N接触层，生长在所述隔离层上，N型掺杂，掺杂浓度为1e17-1e19cm-3，厚度为200nm-700nm；第二N限制层，生长在所述第二N接触层上，N型掺杂，掺杂浓度为5e17cm-3厚度500-2500nm。在进一步的实施方案中，所述的第二激光器桥电极包括：第二激光器桥电极A和第二激光器桥电极B，所述第二激光器桥电极A位于第二激光器P电极和第二激光器桥电极B之间。在进一步的实施方案中，所述的半导体激光器还包括：第一电流注入槽，位于所述第一隔离槽左侧；第二电流注入槽，位于所述第二隔离槽右侧；第三电流注入槽，位于所述第二电流注入槽右侧；第四电流注入槽，位于所述第一隔离槽和第二隔离槽之间。在进一步的实施方案中，所述的第三电流注入槽深度>第一电流注入槽深度>第二电流注入槽深度>第四电流注入槽深度；所述第一电流注入槽、第二电流注入槽、第三电流注入槽和第四电流注入槽的宽度分别介于10μm至200μm之间。在进一步的实施方案中，所述的第一电流注入槽刻蚀至第一P接触层或隔离层；第二电流注入槽刻蚀至第二N接触层或第二N限制层；第三电流注入槽刻蚀至第一N接触层或第一N限制层；第四电流注入槽刻蚀至第二P限制层或第二P接触层。在进一步的实施方案中，所述的第一激光器还包括第一条型波导；第二激光器还包括第二条形波导；所述第一条型波导和第二条形波导宽度为4μm-100μm；其中，所述第一条型波导制备于所述第一电流注入槽，第二条形波导制备于第一隔离槽和第二隔离槽之间。在进一步的实施方案中，所述的第一条型波导和第二条形波导为双沟结构，沟宽分别介于20μm-100μm之间。根据本专利技术的另一方面，提供一种单片集成双波长半导体激光器制备方法，包括：沉积绝缘介质层，并在绝缘介质层上刻蚀电流注入窗口；在绝缘介质层上光刻形成电极图形，沉积P面电极，所述P面电极包括第一激光器P电极、第二激光器P电极和第二激光器桥电极；在第一激光器P电极和第二激光器P电极之间制备第一隔离槽，在第二激光器P电极和第二激光器桥电极之间制备第二隔离槽。在进一步的实施方案中，沉积绝缘介质层之前还包括：取一N型衬底，并在衬底上从下至上依次沉积第一N接触层、第一N限制层、第一波导层、第一有源层、第二波导层、第一P限制层、第一P接触层、隔离层、第二N接触层、第二N限制层、第三波导层、第二有源层、第四波导层、第二P限制层和第二P接触层；分别刻蚀第一电流注入槽、第二电流注入槽、第三电流注入槽和第四电流注入槽；分别刻蚀第一激光器和第二激光器双沟结构的第一条型波导和第二条形波导。在进一步的实施方案中，制备完成隔离槽之后还包括：衬底减薄抛光，在衬底背面制作背电极；退火，解理成矩形芯片，完成制备。在进一步的实施方案中，所述的刻蚀方法为干法刻蚀或湿法腐蚀。在进一步的实施方案中，所述的第一隔离槽和第二隔离槽的制备方法为：剥离或刻蚀。(三)有益效果1、本专利技术利用特殊的能带工程和外延结构设计，在同一片外延上实现不同波段半导体激光器外延材料生长，实现双波长激光器的片上集成，结构紧凑，与常见半导体工高度兼容，降低了功耗的同时也降低了成本和激光器的整体体积与重量，可产生稳定的双波长激光。2、本专利技术通过电流注入槽和隔离槽的特殊设计，实现了两个激光器驱动电极的集成性制备，同时也实现了两个激光器的电隔离，使得两个激光器可以同时工作或者分别工作，两个激光器可以分别单独驱动，即该集成激光器既可以作为单波长激光器工作，也可以作为双波长激光器，双波长同时激射。工艺成熟度高，成本低，在激光加工，气体检测，医学领域具有广泛的应用前景。附图说明图1是本专利技术的单片集成双波长半导体激光器结构示意图；图2是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单片集成双波长半导体激光器，其特征在于，包括：第一激光器、第二激光器、第一隔离槽(204)和第二隔离槽(205)，/n所述第一激光器包括第一激光器P电极(211)，所述第二激光器包括第二激光器P电极(206)和第二激光器桥电极(208)；其中，所述第二激光器P电极(206)位于第一激光器P电极(211)与第二激光器桥电极(208)之间，所述第一隔离槽(204)制备于第一激光器P电极(211)和第二激光器P电极(206)之间；所述第二隔离槽(205)制备于第二激光器P电极(206)和第二激光器桥电极(208)之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种单片集成双波长半导体激光器，其特征在于，包括：第一激光器、第二激光器、第一隔离槽(204)和第二隔离槽(205)，
所述第一激光器包括第一激光器P电极(211)，所述第二激光器包括第二激光器P电极(206)和第二激光器桥电极(208)；其中，所述第二激光器P电极(206)位于第一激光器P电极(211)与第二激光器桥电极(208)之间，所述第一隔离槽(204)制备于第一激光器P电极(211)和第二激光器P电极(206)之间；所述第二隔离槽(205)制备于第二激光器P电极(206)和第二激光器桥电极(208)之间。


2.根据权利要求1所述的单片集成双波长半导体激光器，其特征在于，还包括衬底(101)、外延层、绝缘介质层(201)和N面电极，所述第一激光器和第二激光器共用所述衬底(101)、外延层、绝缘介质层(201)和N面电极。


3.根据权利要求1所述的单片集成双波长半导体激光器，其特征在于，所述第一激光器P电极(211)、第二激光器P电极(206)和第二激光器桥电极(208)材料均为Ti、Pt和Au，厚度分别为5-100nm、5-100nm和100-3000nm。


4.根据权利要求2所述的单片集成双波长半导体激光器，其特征在于，所述N面电极材料为Ni、AuGe和Au，厚度分别为5-50nm、5-100nm和100-3000nm。


5.根据权利要求2所述的单片集成双波长半导体激光器，其特征在于，所述外延层包括：从下至上依次沉积在衬底(101)上的第一N接触层(102)、第一N限制层(103)、第一波导层(104)、第一有源层(105)、第二波导层(106)、第一P限制层(107)、第一P接触层(108)、隔离层(109)、第二N接触层(110)、第二N限制层(111)、第三波导层(112)、第二有源层(113)、第四波导层(114)、第二P限制层(115)和第二P接触层(116)。


6.根据权利要求5所述的单片集成双波长半导体激光器，其特征在于，所述的衬底(101)为N型GaAs、GaSb、InP或GaN衬底；
第一N接触层(102)，生长在所述衬底(101)上，N型掺杂，掺杂浓度为1e17-1e19cm-3，厚度为200nm-700nm；
第一N限制层(103)，生长在所述第一N接触层(102)上，N型掺杂，掺杂浓度1E17-5E18cm-3，厚度为500-2500nm；
第一P接触层(108)，生长在所述第一P限制层(107)上，P型掺杂，掺杂浓度为1e17-1e19cm-3，厚度为100nm-700nm；
隔离层(109)，生长在所述第一P接触层(108)上，材料为非故意掺杂的GaAs、GaSb、InP或GaN，厚度为100-800nm；
第二N接触层(110)，生长在所述隔离层(109)上，N型掺杂，掺杂浓度为1e17-1e19cm-3，厚度为200nm-700nm；
第二N限制层(111)，生长在所述第二N接触层(110)上，N型掺杂，掺杂浓度为5e17cm-3厚度500-2500nm。


7.根据权利要求1所述的单片集成双波长半导体激光器，其特征在于，所述第二激光器桥电极(208)包括：第二激光器桥电极A(209)和第二激光器桥电极B(210)，所述第二激光器桥电极A(209)位于第二激光器P电极(206)和第二激光器桥电极B(210)之间。


8.根据权利要求1所述的单片集成双波长半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器还包括：第一电流注入槽(202)，位于所述第一隔离槽(204)左侧；第二电流注入槽(203)，位于所述第二隔离槽(205)右侧；第三电流注入槽(207)，位于所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成奥，牛智川，张宇，徐应强，谢圣文，张一，尚金铭，黄书山，袁野，苏向斌，邵福会，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11