一种数字多功能光盘用大功率６５０ｎｍ半导体激光器，包括：一衬底用于在其上进行激光器材料结构外延生长；一缓冲层制作在衬底上；一Ｎ型包层制作在缓冲层上，限制载流子泄漏；一有源区层，该有源区层制作在包层上；一第一Ｐ型包层制作在有源区层上，限制载流子泄漏；一电流阻挡层制作在Ｐ型包层上，阻挡电流扩散以减小电流泄漏，提高电光转化效率；一第二Ｐ型包层制作在电流阻挡层和第一Ｐ型包层上，限制载流子泄漏；一过渡层制作在第二Ｐ型包层上；一电极接触层制作在过渡层之上；一双沟道结构是形成在电极接触层、过渡层、第二Ｐ型包层中，采用腐蚀液刻蚀出深及这三层的沟道；一氮氧化硅层制作在电极接触层之上，并覆盖双沟道。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到大功率650nm半导体激光器的结构设计，及其相应的器件工艺制作程序。确切地说，根据650nm半导体激光器的实际应用情况，为实现其在基横模、低功耗条件下大功率(0～70mW)输出工作，我们所提出的一种数字多功能光盘用大功率650nm半导体激光器1、半导体激光器器件结构——二次外延双沟道内条形波导结构以及相应的工艺制作方法；2、解决光灾变损伤的方法——恒定源Zn杂质扩散诱导量子阱混杂制作非吸收窗口。
技术介绍
可重复擦写的数字多功能光盘(Digital Versatile Disk-Random AccessMemory，简称DVD-RAM)用大功率650nm半导体激光器是光信息技术迅速发展的产物，一种应用在光信息存储技术中的重要光电器件。二十世纪末，我们的社会进入了信息革命时代，面对与日俱增、蜂涌而至的“数字巨兽”，这促使人们不断追求更加先进的信息技术高速稳定的信息传输技术和超高容量的信息存储技术。半导体红光激光器就是在这种情势下，被人们认识研究并不断应用到光信息存储技术当中的。首先，上个世纪最后十几年成熟的780nm波段的红光半导体激光器技术带来了一种光信息存储技术——CD技术的辉煌。然而，身材仅仅几百兆字节的CD光盘面对越来越庞大的“数字巨兽”，逐渐变得单薄而无力。随后650nm波段的红光半导体激光器技术走向成熟，一种高容量的光信息存储技术——DVD(Digital Verasital Disc)技术出现了。DVD光盘的存储量是CD光盘的7-30倍之多。随着DVD技术的成熟和普及，DVD光盘也正从只读(DVD-ROM)向单次写入(DVD-R)和可擦写(DVD-RAM)方向发展。由于其技术使用上的要求，尤其在光盘被写入擦除时要求较高的激光器输出功率，使得人们不可避免地开展了对大功率650nm红光半导体激光器的研究。DVD-RAM用大功率650nm半导体激光器在实际设计制作中，考虑到诸多的应用因素，其技术指标都有特定的要求一、稳定波长650nm，基横模输出无论是数字音频光盘(CD)还是视频光盘(VCD、DVD)，也不论存储信息所基于的原理不同的各种光盘(如磁光盘、相变光盘)，为使所记录的信息密度达到最大，经光学系统聚焦的光斑应尽量小，所能达到的最小光斑直径为d=0.82λNA]]> 那么由上式可见在高密度信息的写入与读出过程中，所需光源的激光波长要尽可能短且要稳定；同时为便于光学系统聚焦的需要，激光要有尽可能高的光束质量和尽可能小的光束像散。迫于前者的要求，人们通常选择合适的化合物半导体材料，并制作适当的量子阱，使得波长从780nm(AlGaAs/GaAs化合物半导体材料)降至650nm(AlGaInP/GaInP化合物半导体材料)。而对于后者，设计合理的光波导，得到严格的基横模输出(即单模输出工作)，将有效提高输出光束质量并减小像散。目前，人们多选用脊形波导，脊形尺寸选取合适可以得到很好的单模输出激光光束。二、较大的激光功率对于DVD-RAM光盘机来说，激光器输出功率是一个重要参数。在写入信息时，激光束的作用在于加热磁光盘面上的介质达到居里点(～200℃)，以便在外磁场作用下发生克尔效应；或者是相变盘面上的物质由非晶相向晶相转变。在2400r/min的转速下磁光盘面加热到居里点约需8mW的连续功率激光。从激光器至光盘面的光学系统传输效率取经典值50％，则激光器至少需要16mW的连续输出功率。同时为满足国际标注化组织(ISO)所要求的所有光盘介质的写入功率，以及考虑到光学头非理想的传输效率等因素所需要的功率余量；另外光盘介质对红外光的吸收更灵敏和光盘向更高转速发展的趋向，将激光器输出功率设计为50～70mW的输出功率才是合适的。然而应用于DVD-RAM的这种边发射激光器要满足基模单模输出，这就使得50mW的输出激光功率仅仅集中在约0.8μm2的端面面积上。从而此面积处的光能量密度极高，很容易产生光灾变损伤(CatastrophicOptical Damage，COD)，使得激光器彻底损坏。所谓COD，是激光器腔面发生了不可逆转的物理性损伤。解决COD的方法有1、大光腔结构、锥形腔结构，但这些结构较难满足基模输出的要求；2、带注入区窗口结构，但其制作困难、成本也较高，并较易破坏激光器结构；3、化学钝化，但钝化所需要的药品毒性很大，实用性并不大；4、目前常用的方法是非吸收窗口结构(Nonabsording Window，NAW)，其制作工艺方便简单；结合激光器腔面镀膜技术能较好的提高COD阈值。三、低功耗实际应用于DVD-RAM的大功率激光器要面对消费者，低功耗是一个不可回避的须考虑问题。激光器的阈值电流在40～80mA，工作电流也越小越好。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种数字多功能光盘用大功率650nm半导体激光器及其制作方法，具有低的阈值电流、工作电流，稳定的输出功率(50～70mW)，基横模输出保证高的光束质量。本专利技术一种数字多功能光盘用大功率650nm半导体激光器，其特征在于，包括一衬底，该衬底用于在其上进行激光器材料结构外延生长，衬底是(100)面的N-镓砷，并且(100)面向<111>A面有一偏角；一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上，以缓解衬底和下一层材料的晶格失配度；一N型包层，该N型包层制作在缓冲层上，限制载流子泄漏；一有源区层，该有源区层制作在包层上；一第一P型包层，该第一P型包层制作在有源区层上，限制载流子泄漏；一电流阻挡层，该电流阻挡层制作在P型包层上，阻挡电流扩散以减小电流泄漏，提高电光转化效率；一第二P型包层，该第二P型包层制作在电流阻挡层和第一P型包层上，限制载流子泄漏；一过渡层，该过渡层制作在第二P型包层上；一电极接触层，该电极接触层制作在过渡层之上；一双沟道，该双沟道结构是形成在电极接触层、过渡层、第二P型包层中，采用腐蚀液刻蚀出深及这三层的沟道；一氮氧化硅层，该氮氧化硅层制作在电极接触层之上，并覆盖双沟道。其中在电流阻挡层刻蚀出一条宽4μm的内条沟道。其中双沟道的沟道宽5μm，两沟道相距10μm，深及电流阻挡层上的第二P型包层。其中用电流阻挡层的材料是铝铟磷，铝铟磷材料的禁带宽度比较大，同时又是N型掺杂，形成反向P-N结，对电流扩散有较大阻挡作用。本专利技术一种数字多功能光盘用大功率650nm半导体激光器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1取一衬底，在该衬底上依次外延生长缓冲层、N型包层、有源区、第一P型包层、电流阻挡层、腐蚀停止层、镓砷保护层；步骤2在镓砷保护层上纵向腐蚀出一条形；步骤3在电流阻挡层上光刻出内条沟道；步骤4腐蚀掉电流阻挡层上的镓砷保护层；步骤5在电流阻挡层依次外延生长第二P型包层、过渡层、电极接触层；步骤6在电极接触层生长扩散掩膜层，将扩散掩膜层的两端刻蚀出两横向的条形；步骤7在扩散掩膜层和电极接触层上生长氧化锌层；步骤8将氧化锌层作为锌扩散源，进行扩散；步骤9将扩散掩膜层和氧化锌层腐蚀掉；步骤10采用湿刻的方法制作阻挡电流扩散的双沟道；步骤11在双沟道及电极接触层上制作电流扩散掩膜层，在电流扩散掩膜层上两双沟道之间腐蚀出电极图形。其中在电流阻挡层刻蚀出一条宽4μm本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种数字多功能光盘用大功率６５０ｎｍ半导体激光器，其特征在于，包括：一衬底，该衬底用于在其上进行激光器材料结构外延生长，衬底是（１００）面的Ｎ－镓砷，并且（１００）面向〈１１１〉Ａ面有一偏角；一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上， 以缓解衬底和下一层材料的晶格失配度；一Ｎ型包层，该Ｎ型包层制作在缓冲层上，限制载流子泄漏；一有源区层，该有源区层制作在包层上；一第一Ｐ型包层，该第一Ｐ型包层制作在有源区层上，限制载流子泄漏；一电流阻挡层，该电 流阻挡层制作在Ｐ型包层上，阻挡电流扩散以减小电流泄漏，提高电光转化效率；一第二Ｐ型包层，该第二Ｐ型包层制作在电流阻挡层和第一Ｐ型包层上，限制载流子泄漏；一过渡层，该过渡层制作在第二Ｐ型包层上；一电极接触层，该电极接触 层制作在过渡层之上；一双沟道，该双沟道结构是形成在电极接触层、过渡层、第二Ｐ型包层中，采用腐蚀液刻蚀出深及这三层的沟道；一氮氧化硅层，该氮氧化硅层制作在电极接触层之上，并覆盖双沟道。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑凯，马骁宇，林涛，刘素平，张广泽，
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：11[中国|北京]
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