一种改善光束质量的宽条型半导体激光器及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种改善光束质量的宽条型半导体激光器及其制备方法。本发明专利技术激光器包括：层叠结构、脊波导、散热结构；层叠结构：包括自下至上依次设置的衬底、N型限制层、N型波导层、有源层、P型波导层、P型限制层、欧姆接触层；脊波导：欧姆接触层两侧对称位置上设置有波导槽，波导槽贯穿欧姆接触层，并且波导槽底部下陷至P型限制层但不超过P型限制层，两波导槽之间形成脊波导；散热结构：脊波导上表面设置有散热结构，散热结构位于欧姆接触层中。本发明专利技术激光器可有效消除因热透镜效应以及载流子空间烧孔效应带来的折射率分布不均匀问题，进而有效提高半导体激光器芯片的光束质量。有效提高半导体激光器芯片的光束质量。有效提高半导体激光器芯片的光束质量。

【技术实现步骤摘要】
一种改善光束质量的宽条型半导体激光器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体激光器芯片制备
，具体涉及到宽条型多模大功率半导体激光器制备领域，尤其涉及一种改善光束质量的宽条型半导体激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]半导体激光器因其体积小、光电转换效率高等优势，在工艺、医疗、科研以及军事等领域得到了广泛的应用。
[0003]半导体激光器芯片按照光束的横模模式可以分为基模和多模两类，其中基横模半导体激光器芯片其光束为高斯光束，光束质量高、亮度大、能量密度大，但其发光区宽度较小，一般仅为2～10μm，这就导致其功率无法做的很大。目前提升输出功率常用的方法是将条宽加大，形成所谓的宽条型大功率半导体激光器，其发光区宽度一般在50～300μm之间。宽条型大功率半导体激光器常用结构为脊结构，该脊结构属于波导结构，用于限制载流子和光场；然而条宽的增大会导致空间烧孔以及热透镜效应等现象，这些现象会导致脊波导内载流子分布以及折射率分布不均匀，并导致慢轴发散角变大，进而使得光束质量急剧下降。
[0004]中国专利文献CN114498299A公开了一种半导体器件及其制备方法。该专利技术通过消除载流子边缘堆积效应以及降低腔面处对光场限制作用的方法来降低模式数量，进而达到降低慢轴发散角、提高光束质量的方法。但该方法是通过增大高阶模损耗来减少模式数量，没有在根本上解决因热透镜效应等现象导致的高阶模激射的问题，其改善效果不佳。
[0005]中国专利文献CN104332823A公开了一种改善宽条形大功率半导体激光器光束质量的方法。该方法主要通过在宽条形大功率半导体激光器芯片施加凸形强度分布的张应力，减弱由于波导去凸形温度分布引起的凸形折射率分布，抑制激光器波导的热透镜效应，从而改善宽条形大功率半导体激光器的光束质量。但该方法需要通过封装的方式在芯片边缘区域引入焊装垫块并在焊装过程中在芯片中间施加压力，这会导致封装效率低且成品率低，不适合批量化生产。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提出一种改善光束质量的宽条型半导体激光器及其制备方法。本专利技术方法通过制备超厚渐变掺杂型欧姆接触层，并在脊波导位置通过刻蚀掉一定厚度的欧姆接触层来制备散热结构；该散热结构在脊波导中间分布密集、向两侧不断递减，通过散热结构来改善热透镜效应，进而有效降低因热透镜效应导致的折射率分布不均匀问题。同时，由于散热结构处的欧姆接触层更薄，导致该处的载流子注入密度更大，可以有效抑制载流子的空间烧孔效应，进而消除因载流子空间烧孔效应导致的折射率分布不均匀问题。本专利技术激光器可有效消除因热透镜效应以及载流子空间烧孔效应带来的折射率分布不均匀问题，进而有效提高半导体激光器芯片的光束质量。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种改善光束质量的宽条型半导体激光器，包括：层叠结构、脊波导、散热结构；
[0009]层叠结构：包括自下至上依次设置的衬底、N型限制层、N型波导层、有源层、P型波导层、P型限制层、欧姆接触层；
[0010]脊波导：欧姆接触层两侧对称位置上设置有波导槽，波导槽贯穿欧姆接触层，并且波导槽底部下陷至P型限制层但不超过P型限制层，两波导槽之间形成脊波导；
[0011]散热结构：脊波导上表面设置有散热结构，散热结构位于欧姆接触层中。
[0012]根据本专利技术优选的，所述欧姆接触层为超厚型欧姆接触层，厚度为0.5～1.5μm。
[0013]根据本专利技术优选的，欧姆接触层中掺杂元素的掺杂浓度自下至上逐渐降低。
[0014]根据本专利技术优选的，波导槽沿半导体激光器的第一方向设置，所述第一方向为半导体激光器腔长的延伸方向，即半导体激光器长度方向；波导槽的长度与半导体激光器的长度相同，波导槽沿其宽度方向的截面为倒梯形结构或者矩形结构；波导槽底部距离P型限制层底部的距离为0.3～0.5μm。波导槽的宽度按现有技术即可。
[0015]根据本专利技术优选的，脊波导沿半导体激光器的第一方向设置；脊波导的长度与半导体激光器的长度相同；脊波导底部距离P型限制层底部的距离为0.3～0.5μm，脊波导顶部宽度为90～320μm，脊波导底部宽度为90～320μm。
[0016]根据本专利技术优选的，散热结构为孔或槽；所述孔为圆形孔、矩形孔、三角形孔、椭圆形孔等任意一种。所述槽为矩形槽、梯形槽、倒梯形槽、三角形槽等任意一种，上述槽沿脊波导宽度方向的截面依次为矩形、梯形、倒梯形、三角形等任意一种。
[0017]优选的，散热结构为圆形孔或矩形槽；圆形孔的直径为0.1～10μm；矩形槽的宽度为0.1～10μm。
[0018]根据本专利技术优选的，散热机构中孔或槽的底部距离P型限制层上表面的距离为0.1～2μm。
[0019]根据本专利技术优选的，脊波导上表面沿脊波导长度方向均匀设置有数排孔；在脊波导长度方向的中心线上设置有一排孔，其孔的数量最多；沿脊波导宽度方向向两侧，每排孔中孔的数量逐渐减少。
[0020]优选的，在脊波导长度方向的中心线上设置的一排孔中，相邻孔之间的间距为2～10μm。
[0021]根据本专利技术优选的，脊波导上表面沿脊波导长度方向设置有数条槽；在脊波导长度方向的中心线上设置有槽，槽间距沿脊波导宽度方向向两侧逐渐减小；槽的长度与脊波导长度相同。
[0022]根据本专利技术优选的，衬底下表面还设置有N面电极；P面电极层填充波导槽和散热结构，并设置于欧姆接触层的上方。
[0023]优选的，P面电极层和波导槽之间还设置有绝缘介质层。
[0024]上述改善光束质量的宽条型半导体激光器的制备方法，包括步骤：
[0025](1)采用MOCVD方法，在衬底上依次外延生长N型限制层、N型波导层、有源层、P型波导层、P型限制层、欧姆接触层形成层叠结构；
[0026](2)采用干法刻蚀或湿法刻蚀得到波导槽，形成脊波导；
[0027](3)在刻蚀后的层叠结构上表面生长绝缘介质层；
[0028](4)将脊波导上表面的部分绝缘介质层刻蚀去除，然后采用干法刻蚀或湿法刻蚀
P型波导层105Al
50
GaAs600 有源层104InGaAs8 N型波导层103Al
50
GaAs6000 N限制层102Al
23
GaAs600 衬底101GaAs
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[0048]脊波导120：欧姆接触层107两侧对称位置上设置有波导槽130，波导槽130贯穿欧姆接触层107，并且波导槽130底部下陷至P型限制层106但不超过P型限制层106，两波导槽130之间形成脊波导120；波导槽130沿半导体激光器的第一方向设置，所述第一方向为半导体激光器腔长的延伸方向，即半导体激光器长度方向；波导槽130的长度与半导体激光器的长度相同，波导槽130沿其宽度方向(即第二方向)的截面为倒梯形结构；波导槽130底部距离P型限制层106底部的距离为0.4μm。波导槽130的宽度按现有技术即可。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善光束质量的宽条型半导体激光器，其特征在于，包括：层叠结构、脊波导、散热结构；层叠结构：包括自下至上依次设置的衬底、N型限制层、N型波导层、有源层、P型波导层、P型限制层、欧姆接触层；脊波导：欧姆接触层两侧对称位置上设置有波导槽，波导槽贯穿欧姆接触层，并且波导槽底部下陷至P型限制层但不超过P型限制层，两波导槽之间形成脊波导；散热结构：脊波导上表面设置有散热结构，散热结构位于欧姆接触层中。2.根据权利要求1所述改善光束质量的宽条型半导体激光器，其特征在于，所述欧姆接触层为超厚型欧姆接触层，厚度为0.5～1.5μm；优选的，欧姆接触层中掺杂元素的掺杂浓度自下至上逐渐降低。3.根据权利要求1所述改善光束质量的宽条型半导体激光器，其特征在于，波导槽沿半导体激光器的第一方向设置；波导槽的长度与半导体激光器的长度相同，波导槽沿其宽度方向的截面为倒梯形结构或者矩形结构；波导槽底部距离P型限制层底部的距离为0.3～0.5μm。4.根据权利要求1所述改善光束质量的宽条型半导体激光器，其特征在于，脊波导沿半导体激光器的第一方向设置；脊波导的长度与半导体激光器的长度相同；脊波导底部距离P型限制层底部的距离为0.3～0.5μm，脊波导顶部宽度为90～320μm，脊波导底部宽度为90～320μm。5.根据权利要求1所述改善光束质量的宽条型半导体激光器，其特征在于，散热结构为孔或槽；优选的，散热结构为圆形孔或矩形槽；圆形孔的直径为0.1～10μm；矩形槽的宽度为0.1～10μm。6.根据权利要求1所述改善光束质量的宽条型半导体激光器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：任夫洋，苏建，刘琦，吴德华，
申请(专利权)人：山东华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：