一种高亮度条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高亮度条型半导体激光器及其制备方法，属于半导体激光器件的技术领域，该结构的激光器制备在衬底层上，由衬底层往上依次为下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、上限制层、接触层和金属电极，其中，上限制层的部分区域进行离子注入，接触层的部分区域进行腐蚀去除，通过离子注入限制激光器注电区域，通过欧姆接触控制电流的扩展，在控制电流分布的同时降低慢轴方向的波导限制，可提高慢轴亮度，同时，在制备条型半导体激光器时无需使用绝缘膜，无需进行绝缘膜电极窗口工艺，减小芯片中的应力，避免电极窗口光刻时的对准问题，改善芯片的散热，提高芯片偏振度，提高条型半导体激光器的一致性和可靠性。高条型半导体激光器的一致性和可靠性。高条型半导体激光器的一致性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种高亮度条型半导体激光器及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体激光器件的
，具体而言，涉及一种高亮度条型半导体激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]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和光纤激光器、材料加工、激光医疗等方面。对于宽发光区条型激光器，虽然功率较高(单个芯片可达10～25W)，但由于其侧向宽度较大(100～200μm)易受到多侧模、丝状发光效应的影响，光束质量较差(M
2x
＞10)，亮度低。慢轴光束质量较差使得半导体激光器在高能激光应用中受到了很大的局限，要实现高质量、宽范围的半导体激光应用，半导体激光必须同时满足高功率和高光束质量，也就是实现高亮度激光，以满足多种类高能激光应用需求。
[0003]在制备半导体激光器时，需要限制电流的注入区域以提高电光转换效率或者限制束腰的大小。通常通过腐蚀去除外延中导电率较高的P型材料，并在未腐蚀的区域制备欧姆接触电极区域进行电流注入。然而，材料的去除虽然可以很好地限制电流，但同时在慢轴方向带来波导效应，使电流注入区的波导模式增多，并增强了丝状发光，因此，慢轴发散角变大，光束质量退化，亮度难以提升。

技术实现思路

[0004]鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种高亮度条型半导体激光器及其制备方法以达到能在控制电流注入区域的同时减小慢轴发散角的目的。
[0005]本专利技术所采用的技术方案为：一种高亮度条型半导体激光器，包括衬底层，还包括：依次堆叠在衬底层上方的下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、上限制层、接触层和金属电极；
[0006]所述上限制层内相对布置有离子注入区，各所述离子注入区由该半导体激光器的前腔面贯穿至后腔面；
[0007]所述接触层在慢轴方向的宽度小于两所述离子注入区之间的宽度，且接触层嵌入至金属电极内。
[0008]进一步地，所述衬底层、下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、上限制层、接触层和金属电极位于同一对称线上，且各所述离子注入区对称布置于对称线的两侧，以确保条型半导体激光器的一致性和可靠性。
[0009]进一步地，所述离子注入区设为条形状且离子注入区所在方向垂直于半导体激光器的慢轴方向，在限制电流的同时不会形成较强的波导效应，电流不会在注入区的边缘积累。
[0010]进一步地，所述离子注入区的深度大于上限制层的厚度且小于上限制层与上波导
层的厚度之和，在确保离子注入区具有限制电流扩展的作用，又不会对其下层的量子阱材料造成损伤。
[0011]进一步地，所述金属电极与接触层之间形成欧姆接触，良好的欧姆接触有利于电流的注入；所述金属电极与上限制层之间形成肖特基接触，以限制电流从两侧的限制层直接注入。
[0012]在本专利技术中还提供了一种高亮度条型半导体激光器的制备方法，该制备方法包括：
[0013]S1：在衬底层上依次生长下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、上限制层和接触层，以形成外延结构；
[0014]S2：通过第一光刻胶在外延结构的表面上进行光刻，以定义欧姆接触电极图形；
[0015]S3：以第一光刻胶为掩膜，腐蚀接触层以形成欧姆接触电极区域，且腐蚀完成后去除第一光刻胶；
[0016]S4：继续通过第二光刻胶在外延结构的表面上进行光刻，定义由外延结构的前腔面贯穿至后腔面的离子注入区且离子注入区分布于欧姆接触电极区域的两侧；
[0017]S5：以第二光刻胶为掩膜，对离子注入区进行离子注入且注入完成后去除第二光刻胶；
[0018]S6：在外延结构的表面上蒸镀金属电极。
[0019]进一步地，所述离子注入区设为条形状且离子注入区所在方向垂直于外延结构的慢轴方向，在限制电流的同时不会形成较强的波导效应，电流不会在注入区的边缘积累。
[0020]进一步地，所述离子注入区的深度大于上限制层的厚度且小于上限制层与上波导层的厚度之和，在确保离子注入区具有限制电流扩展的作用，又不会对其下层的量子阱材料造成损伤。
[0021]进一步地，在金属电极与欧姆接触电极区域之间形成欧姆接触，良好的欧姆接触有利于电流的注入；在金属电极与上限制层之间形成肖特基接触，以限制电流从两侧的限制层直接注入。
[0022]进一步地，所述上限制层为AlGaAs、AlGaInP或者GaInP材料，且上限制层的掺杂浓度小于2
×
10
18
cm
‑3；所述接触层为GaAs材料，且接触层的掺杂浓度大于1
×
10
20
cm
‑3。
[0023]本专利技术的有益效果为：
[0024]1.采用本专利技术所提供的高亮度条型半导体激光器，在应用时，电流通过接触层注入，并在接触层两侧以外的上限制层中向两侧扩展，而离子注入区限制了电流扩展的边缘，该结构的半导体激光器在限制电流的同时不会形成较强的波导效应，电流不会在离子注入区的边缘积累，进而实现在控制电流分布的同时降低慢轴方向的波导限制，以提高慢轴亮度。
[0025]2.采用本专利技术所提供的高亮度条型半导体激光器的制备方法，其在制备中采用光刻胶定义欧姆接触电极图形和离子注入区，无需使用绝缘膜并进行绝缘膜电极窗口工艺，减小芯片中的应力，避免电极窗口光刻时的对准问题，改善芯片的散热，提高芯片偏振度，提高条型半导体激光器的一致性和可靠性。
附图说明
[0026]图1是本专利技术所提供的高亮度条型半导体激光器的制备方法中S1的结构示意图；
[0027]图2是本专利技术所提供的高亮度条型半导体激光器的制备方法中S2的结构示意图；
[0028]图3是本专利技术所提供的高亮度条型半导体激光器的制备方法中S3的结构示意图；
[0029]图4是本专利技术所提供的高亮度条型半导体激光器的制备方法中S4的结构示意图；
[0030]图5是本专利技术所提供的高亮度条型半导体激光器的制备方法中S5的结构示意图；
[0031]图6是本专利技术所提供的高亮度条型半导体激光器的制备方法中S6的结构示意图；
[0032]附图中标注如下：
[0033]101
‑
N型衬底层，102
‑
N型下限制层，103
‑
N型下波导层，104
‑
量子阱有源层，105
‑
P型上波导层，106
‑
P型上限制层，107
‑
P型接触层，208
‑
第一光刻胶，409
‑
第二光刻胶，501
‑
带有离子注入的上限制层，502
‑
离子注入区，601
‑
金属电极，701
‑
欧姆接触电极区域。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高亮度条型半导体激光器，包括衬底层，其特征在于，还包括：依次堆叠在衬底层上方的下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、上限制层、接触层和金属电极；所述上限制层内相对布置有离子注入区，各所述离子注入区由该半导体激光器的前腔面贯穿至后腔面；所述接触层在慢轴方向的宽度小于两所述离子注入区之间的宽度，且接触层嵌入至金属电极内。2.根据权利要求1所述的高亮度条型半导体激光器，其特征在于，所述衬底层、下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、上限制层、接触层和金属电极位于同一对称线上，且各所述离子注入区对称布置于对称线的两侧。3.根据权利要求1所述的高亮度条型半导体激光器，其特征在于，所述离子注入区设为条形状且离子注入区所在方向垂直于半导体激光器的慢轴方向。4.根据权利要求1所述的高亮度条型半导体激光器，其特征在于，所述离子注入区的深度大于上限制层的厚度且小于上限制层与上波导层的厚度之和。5.根据权利要求1所述的高亮度条型半导体激光器，其特征在于，所述金属电极与接触层之间形成欧姆接触，且金属电极与上限制层之间形成肖特基接触。6.一种高亮度条型半导体激光器的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：S1：在衬底层上依次生长下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、上限制层和接触层，以形成外延结构；S2：通过第一光刻胶在外延结构的表面上进行光刻，以定义欧姆接触电极图形；S...

【专利技术属性】
技术研发人员：周坤，何林安，杨鑫，杜维川，李弋，贺钰雯，高松信，唐淳，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：发明
国别省市：