半导体二极管激光器及其制造方法技术

本发明专利技术半导体二极管激光器的反射镜区１７、１９中包括第一覆层１＇、辐射导引层２＇和第三覆层６。在２＇中，利用在其中的装置１２形成辐射波导１５，而形成有效折射率台阶。位于１５增强断面的层１＇、２＇、６的禁带宽度大于层３。反射镜区中无辐射吸收，劣化减少，激光器的功率高寿命长。装置１２通过减小波导两侧导引层２＇的厚度或通过搀杂改变层２＇的组分形成。折射率台阶足够小时，可使反射镜区１７、１９的横向模稳定。本发明专利技术方法只需使用ＭＯＶＰＥ生长技术。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种半导体二极管激光器，这种激光器有一个半导体本体，该半导体本体有一个第一导电型的半导体衬底，衬底上依次配置有至少一第一导电型的第一覆层、一发出辐射的激活层和一第二导电型的第二覆层，半导体衬底和第二覆层设有供流装置，作为激活层一部份的激活区位于一条形区底下，以足够大的电流强度在激活区内产生相干电磁辐射，该条形区的纵向基本上垂直于位于激活区外的镜面，在镜面与激活区之间的中间层中则设置有一辐射波导，该辐射体位于介在第三和第四覆层之间的辐射导引层中，将辐射导引层光学耦合到镜面上。本专利技术还涉及制造这类半导体二极管激光器的一种方法，这种方法是在半导体衬底上依次配置至少一第一导电型的第一覆层、一发出辐射的激活层和一第二导电型的第二覆层。这类半导体二极管激光器属于所谓NAM(非吸收镜)型，由于在高功率辐射的情况下产生的镜面劣化程度较小，因而特别适用作高功率半导体二极管激光器。这类激光器，特别是当用GaAs/AlGaAs材料制造时，用作光记录系统的写入激光器非常合适。从H.Naito等人在1988年8月29日至9月1日在美国波士顿召开的第十一届I、E、E、E、(电气与电子工程师协会)国际半导体激光器会议的会议文集，文件L-2第150-151页中发表的题为“100毫瓦带非吸收反射镜的GaAlAs掩埋式双脊衬底激光器的高可靠性相干波运行”可以了解到这种的情况。该文章公开了一种半导体二极管激光器，该激光器的辐射波导在中间区中横方向上借助于一有效折射率的台阶形成，所产生的电磁辐射，有一部分被位于所产生的辐射的增强分布断面(amplification profile)内的辐射波导两侧的辐射吸收层所吸收。辐射波导是在辐射导引层中形成的，辐射导引层则位于充满着吸收层沟道的第三覆层上。该方法利用LPE(液相外延)形成(特别是)该第三覆层。实践证明，这种半导体二极管激光器的缺点在于，光功率极高时，反射镜会劣化。这就是说，特别是在上述那种希望激光器发出高功率的应用中，要进一步抑制反射镜的劣化，甚至可以采用更多的合适的半导体二极管激光器，从而对激光器的寿命和功率都带来有利的影响。本专利技术的目的特别是提供一种反射镜不会劣化或基本上不会劣化因而能产生高功率长寿命的半导体二极管激光器。本专利技术的目的还在于提供一种制造合乎要求的半导体二极管激光器的方法。本专利技术特别是基于这样的认识，即在上述已知的激光器中，所产生的电磁辐射中有一部分在镜面附近的辐射波导两侧被吸收。为达到本专利技术的目的，本说明书开端所述的那种半导体二极管激光具有这样的特点辐射波导是通过设在辐射导引层中的装置(means)限定在横向方向上的，借助于该装置，在辐射波导两侧形成有效折射率的一个台阶，且所有位于辐射波导增强分布断面内各层的各部分，它们的禁带宽度都大于激活层。由于辐射导引层中存在形成有效折射率台阶的装置，因而电磁辐射在辐射波导中是横向封闭的。由于位于辐射波导的增强分布断面内各层的各部分(即各辐射导引层、第三和第四覆层的各部份)，其禁带宽度都大于激活层，因而本专利技术半导体二极管激光器的中间区中没有或基本上没有吸收电磁辐射的现象发生。由于采取了这些措施，避免了反射镜附近的吸收现象，从而防止了反射镜因温度升高或吸收辐射产生反应而带来的劣化。所以，本专利技术的半导体二极管激光器能产生高功率，且由于抑制了反射镜的劣化，因而使用寿命长。根据本专利技术，这种激光器的制造方法的特征在于，在条形中间区内至少腐蚀除去激活层和覆盖层，并在中间层内，以如下方式至少敷设一辐射导引层和第四覆层，使得辐射导引层光学耦合到激活区上，且在敷设第四覆层之前，在辐射导引层中的横向形成一辐射波导，方法是在辐射导引层提供一装置，借助于该装置在该辐射波导两侧形成有效折射率的台阶。用本专利技术的方法可制取很好地满足要求的半导体二极管激光器。在本专利技术半导体二极管激光器的第一实施例中，辐射波导两侧的有效折射率台阶小于大约0.01。在有效折射率台阶如此小的情况下，横向基模在实用所要求的宽度约1微米-7微米之间、且辐射导引层和第三和第四覆层的厚度和组成为通常实用值(这是可以计算出来的，而且最好这样做)的辐射波导中受惠。在激活区两侧，可形成折射率的台阶，由于在那里的各吸收区的存在，所产生的电磁辐射的部分吸收对横向基模相当有利。激活区旁边出现的辐射吸收不影响或基本上不影响邻接镜面的中间区，因而该辐射吸收不影响反射镜劣化。在本专利技术半导体二极管的另一个实施例中，所述的装置的构成是减小辐射波导两侧第二辐射导引层的厚度。形成一有利变型方案，即从辐射波导的横截面来看，它的断面呈台阶形，该层的下边基本是平的，上边处台阶的高度比辐射导引层的厚度小。辐射导引层的厚度，举例说，在0.10和0.40微米之间时，台阶的高度最好在0.02和0.10微米之间。在辐射导引层由例如Al0.31Ga0.69As组成且厚度为0.30微米，各覆层由Al0.41Ga0.59As组成且辐射波导宽度约4微米的情况下，当台阶高度为0.05微米时有效折射率的台阶约为4＊10-3，台阶高度为0.10微米时有效折射率台阶约为8＊10-3。这种台阶形的断面可以在第二辐射导引层上借助于条形掩模用湿法化学蚀刻法形成，即将掩模外的一部分辐射导引层腐蚀掉。在本专利技术方法的第一实施例中，同时采用阳极氧化法，将掩模外辐射导引层的部分厚度转化成半导体材料氧化物层，同时或以后，在蚀刻工序中将该层用针对辐射导引层选取的蚀刻剂溶解掉。这样，视一些阳极氧化工序和蚀刻工序的具体情况而定，将辐射导引层按极其精确的方式局部制得较薄。在本专利技术半导体二极管激光器值得推荐的方案中，辐射导引层设置在激活层与第一或第二覆层之间于是得到叫做LOC(大光腔)式的半导体二极管激光器，因此激活区中产生的电磁辐射就部分出现在另一辐射导引层的邻接部分。当这另一辐射导引层处在激活层下方时就是特别有利的。在这种情况下，该另一辐射导引层同时可作为中间区的辐射导引层。这样就简化了本专利技术半导体二极管激光器的制造过程现在减少了需要在中间区除去和敷设的薄层的数量。此外，辐射波导与激活区之间的光连接非常好，即低耗连接。另外还有一个很大的好处由于已经有了辐射导引层，且无需另外进行生长工序，因而蚀刻之后在中间区形成各薄层的工序只需要一个生长工艺。在本专利技术半导体二极管的另一个实施例中，所述装置构成如下辐射波导两侧辐射导引层的组分是至少在该层的部分厚度上以如下方式加以改变，即使得辐射波导两侧形成有效折射率的台阶。此外，在该实施例中，没有或基本上没有吸收所产生的电磁辐射的现象出现，同时有效折射率的台阶确保了辐射的横向导引。该台阶最好要小得使横向基模构成最稳定的模。为达到该目的，需要变更组分(对Ⅲ-Ⅴ半导体材料来说约为1原子%)，这个变更比起在掩埋式异质型辐射波导中以可重现的方式仍然可获得的组分变更要小。在对本实施例有益的变化方案中，辐射波导两侧第二辐射导引层的组分是通过搀杂剂的出现而改变的。掺杂剂可以简单的方式以足够低的浓度加入。为此，可在辐射导引层中局部进行例如扩散搀杂或注入搀杂。对上一个实施例增设辐射导引层(最好位于激活区下方)的作法也适用于本实施例。在本专利技术半导体二极管激光器的一个重要实施例中，其中一个覆层在条形区内的厚度大于在该区外的厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体二极管激光器，包括一半导体本体（３０），该半导体本体具有第一导电型半导体衬底（１０），半导体衬底（１０）上依次配置有至少一第一导电型的第一覆层（１）、一激活辐射发射层３和一第二导电型的第二覆层（４）；半导体衬底（１０）和第二覆层（４）在激活区（１３′）内设有供流装置（８、１１、２１），激活区（１３′）是激活层（３）的一部分，位于条形区（１３）底下，且其纵向基本上垂直于位于激光区（１３′）外的镜面（３５，３６），在激活区（１３′）中由于在正向方向上具有足够高的电流强度，而产生相干电磁辐射，且在激活区（１３′）中，在镜面（３５，３６）与激活区（１３′）之间的中间区（１７，１９）中配置有辐射波导（１５），辐射波导（１５）将激活区（１３′）光学耦合到镜面（３５，３６）上，且出现在位于第三覆层（１′）与第四覆层（６）之间的辐射导引层（２′）中；其特征在于，辐射波导（１５）借助于配置在辐射导引层（２′）中的装置（１２）在横向确定，这样在辐射导引层（２′）中在辐射波导（１５）两侧形成有效折射率的台阶，且位于辐射波导（１５）的增强断面内的层（１′，２′，６）的各部分，它们的禁带宽度都比激活层（３）的大。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬奥普舒尔，HPMM安布罗修斯，
申请(专利权)人：皇家菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]