半导体激光器的制作方法技术

本发明专利技术涉及半导体激光器技术，尤其是一种半导体激光器的制作方法。其步骤包括：在激光器外延片表面刻蚀出脊型区(2)；通过光刻技术，在激光器的前后腔面附近注入离子；然后在500～1200℃、保护气氛下进行快速退火；接着在激光器的脊型区(2)上方蒸镀P型接触电极(5)；减薄激光器的衬底后蒸镀上N型接触电极(8)；经过解理后得到激光器bar条；在激光器bar条前腔面和后腔面分别蒸镀或沉积增透膜(6)和高反膜(7)；最后把激光器bar条进行分割或解理，完成单个激光器的制作。本发明专利技术方法可以有效减少腔面处的光吸收，减少腔面处的光功率密度，有效增加激光器的最大输出功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体激光器技术，尤其是一种。
技术介绍
半导体激光器由于制作简单，体积小，重量轻，寿命长，效率高等，在光通信、光泵浦、光存储和激光显示等领域得到广泛应用。而目前半导体激光器的输出功率偏小，限制了半导体激光器的应用，因此，业界一直致力于提高半导体激光器的输出功率。目前大功率半导体激光器面临的主要问题是大电流注入下的严重发热和如何提高器件的光学灾变损伤 (COD)阈值。光学灾变损伤是由热量的溢出产生的，一般发生在半导体激光器的腔面。半导体激光器腔面解理会在腔面处产生缺陷。在靠近腔面处，光功率密度较高，缺陷密度较大，缺陷将产生表面光吸收和非辐射复合，光吸收和非辐射复合会产生热量，使腔面温度升高，同时导致腔面附近材料带隙的局部热收缩，而光吸收和非辐射复合会随着温度的升高而加剧，形成一个正反馈过程，从而导致光学灾变的发生。因此提高大功率半导体激光器的光学灾变损伤阈值功率是大功率半导体激光器生产工艺中极为重要的环节。为了提高激光器的光学灾变损伤阈值，国际上通常的做法是，在GaAs基和InP基激光器腔面沉积一层钝化层，如Ga2O3，Si, ZnSe等，然后再对激光器腔面进行镀膜，而对GaN 基激光器的腔面直接镀膜，这种方法没有去除解理激光器而产生的缺陷，激光器的腔面依然有许多悬键，同时激光器腔面处的光功率密度很大，不能有效减小激光器的腔面吸收。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术采用在激光器腔面引入离子注入区，避免了激光器腔面与介质膜的直接接触，同时采用镀膜来减小激光器腔面处的光功率密度的方法，增大激光器的输出功率。这种，其特征在于包括如下步骤(1)在激光器外延片表面刻蚀出脊型区；(2)利用刻蚀技术，通过离子注入机在激光器的前后腔面附近注入离子，形成离子注入区；(3)然后在500 1200°C、保护气氛下进行快速退火；(4)在激光器外延片上蒸镀或沉积一层隔离层；(5)结合刻蚀技术，在所述脊型区上方蒸镀P型接触电极；(6)采用刻蚀和蒸镀的方法在脊型区上方形成P型加厚电极；(7)对激光器外延片的衬底减薄，然后在所述的衬底上蒸镀N型接触电极；(8)解理后得到激光器bar条；(9)在激光器bar条前腔面和后腔面分别蒸镀或沉积增透膜和高反膜；(10)最后把激光器bar条进行分割或解理，完成单个激光器的制作。 其中，所述的注入离子是铝离子、锌离子、硼离子或氧离子中的一种。所述的注入离子的能量为lOOkeV，离子注入流量为4. lX1021cm_2。由于采用腔面注入离子，增大了腔面附近有源区的禁带宽度，减少了激光器腔面附近的悬键而减少腔面对光的吸收。所述的隔离层是Si02、TiO2, ZrO2, AlN, Al2O3中的一种。该隔离层可起到掩蔽、局部保护的作用。所述的保护气氛是由氮气、氩气、氦气或氧气中的一种气体形成的。为保护激光器外延层在高温环境下的稳定性，需要在特定气体保护的范围下进行。所述的增透膜由光学厚度为1/4的出射光波长的单层薄膜组成。所述的高反膜由两种薄膜交替重叠形成八层的薄膜组合；所述与后腔面直接相连的第一层薄膜光学厚度为1/2的出射光波长，其余七层薄膜光学厚度均为1/4的出射光波长。所述的增透膜或高反膜的制作材料为Si02、TiO2, ZrO2或Al2O3中的至少一种。通过调整增透膜或高反膜组成材料及薄膜层数，可以获得所需的光学效果。本专利技术的有益效果为在激光器腔面注入离子可以减小腔面处的光吸收，由于采用腔面注入离子，腔面附近有源区有一个薄层，为非吸收区，这个薄层与有源区的界面自然形成，不是通过解理形成，因此避免了解理引起的对激光器腔面的破坏，减少了激光器腔面附近的悬键，而离子注入引起的损伤可以通过高温快速退火消除。另通过设计的薄膜可以减小激光器腔面处的光功率密度，因此本方法可以极大减小腔面处的光吸收和由此引起的温度上升，减小激光器的激射阈值电流密度，提高半导体激光器的腔面光学灾变损伤阈值， 提高激光器的输出功率和可靠性。附图说明图1为本专利技术提供的技术方案的实施流程图。图2为刻蚀激光器的脊型区所用的光刻板示意图。图3为设有离子注入区的半导体激光器外延片。图4为激光器bar条剖面图。图5为激光器bar条俯视图。图6为单个激光器芯片的立体图。图7为本专利技术激光器芯片腔面附近的光功率分布图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合具体实例，并参照附图来对本专利技术作进一步描述。实施例1本实施例采用450nm蓝光脊型GaN基激光器。激光器的有源区1为InGaN/GaN多量子阱，电流由脊型区2注入。具体操作流程图参见图1，实施步骤包括(1)采用光刻蚀技术，用光刻胶作掩膜，采用如图2所示的光刻板，在激光器外延片上利用离子束刻蚀出激光器的脊型区2，如图4所示。不同的激光器，脊型区2宽度不同，一般范围为1-200 μ m，本实施例中脊型区2的宽度为5 μ m。( 2)采用光刻蚀技术，在激光器的前后腔面附近用光刻胶作掩膜，通过离子注入机，从垂直于激光器出射腔面的方向在激光器的前后腔面附近注入离子，如图3所示，激光器前后腔面附近都有一个离子注入区3。本实施例采用Al离子作为目标注入离子，调节注入Al离子的能量为IOOkeV,使得腔面附近有源区1材料逐渐生长为AlGaN/AlInGaN，调节 Al离子的注入流量为4. 1 X IO21Cm-2,使Al离子在腔面区域内注入深度为0. 2 μ m，分布均勻，使离子注入区3成为Ala !Ga0^N,即注入Al原子的数量是原有N原子的数目的10%，完成离子注入。Al离子的注入，形成AlGaN的禁带宽度增加了 0. 28eV, AlInGaN的禁带宽度增加大于0. 28eV,因此，腔面处材料对出射光波的吸收非常小，几乎不吸收，因此，激光器的光学灾变损伤阈值得到大大提高。但此时，离子的注入会使得激光器受到损伤，因此必须经过高温退火工艺以修复注入引起的损伤。即在离子注入完成后，在500 1200°C、氮气保护的条件下进行快速退火，得到腔面附近为AlGaN/AlInGaN的离子注入区3的激光器外延片。(3)然后在激光器外延片上蒸镀或沉积一层隔离层4。本实施例中采用SiO2介质膜作为隔离层4，在不同的实施例中还可以采用其他介质膜作同等替换，这种同等替换均应落入本专利技术保护范围内。(4)在所述隔离层4上形成光刻胶掩膜，采用光刻蚀技术除去激光器脊型区2上方的隔离层4，然后在所述脊型区2上方蒸镀P型接触电极5，本实施例采用M/Au制作，如图 4所示。(5)在余下的SiO2隔离层4及脊型区2上方的P型接触电极5上，采用光刻和蒸镀金属电极的方法形成激光器的P型加厚电极9，该P型加厚电极9的制作材料为Ti/Au。 P型加厚电极9的作用是为了改善激光器P型区的散热以及保护激光器的脊型区2。(6)采用掩膜或减薄机方法对激光器外延片的GaN衬底进行减薄，减薄至100 μ m, 然后在所述的衬底上蒸镀N型接触电极8，该N型接触电极8的制作材料为Ti/Al/Ti/Au， 与P型电极配合形成欧姆连接。(7)解理激光器外延片成条状，得到激光器的bar条，其形态参见图5。(8)在激光器bar条前腔面和后腔面分别蒸镀或沉积增透膜，6和高反膜7。本实施例采用在激光器bar条前腔面蒸镀增本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种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，在激光器外延片表面刻蚀出脊型区（２）；步骤２，利用刻蚀技术，通过离子注入机在激光器的前后腔面附近注入离子，形成离子注入区〔３〕；步骤３，然后在５００～１２００℃、保护气氛下进行快速退火；步骤４，在激光器外延片上蒸镀或沉积一层隔离层（４）；步骤５，结合刻蚀技术，在所述脊型区（２）上方蒸镀Ｐ型接触电极（５）；步骤６，采用刻蚀和蒸镀的方法在脊型区（２）上方形成Ｐ型加厚电极（９）；步骤７，对激光器外延片的衬底减薄，然后在所述的衬底上蒸镀Ｎ型接触电极（８）；步骤８，解理后得到激光器ｂａｒ条；步骤９，在激光器ｂａｒ条前腔面和后腔面分别蒸镀或沉积增透膜（６）和高反膜（７）；步骤１０，最后把激光器ｂａｒ条进行分割或解理，完成单个激光器的制作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯美鑫，张书明，王辉，刘建平，曾畅，李增成，王怀兵，杨辉，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：32