CN102882124B - 一种适用于倒焊装的半导体激光器芯片结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体激光器技术领域，提出了一种适用于倒焊装的半导体激光器芯片结构，主要包括：衬底层1，缓冲层2，N型包覆层3，下波导层4，有源区5，上波导层6，P型包覆层7，过渡层8，P型接触层9，脊型台面10，电流限制沟道11，分离沟道12。本发明能够提高半导体激光器管芯与焊料以及热沉的接触面积，提高管芯的抗压能力和散热能力，避免由于焊料爬升引起的短路现象。

Description

一种适用于倒焊装的半导体激光器芯片结构

技术领域

本发明设计半导体激光器技术领域，特别是一种适用于倒焊装的半导体激光器。

背景技术

半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件。目前的半导体激光器几乎可以覆盖从紫外光到长波红外的波长范围。半导体激光器是实用中最重要的一类激光器。它体积小、寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。由于这些优点，半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用。高功率半导体激光器一般是指单管激光器(＞1W)、激光线阵(＞10W)、激光叠阵以及半导体激光光纤耦合模块，发射波长主要在650nm-1550nm之间。由于高功率半导体激光器在工业和军用领域都有非常重要的应用，因此世界各发达国家都将其列入重点研究的现代化光电子技术之一。

尽管目前半导体激光器的电光转换效率很高，但对于高功率单管芯半导体激光器而言，器件在注入电流较高的情况下，产生的废热依然是影响器件输出特性的主要因素，因此，高效地散热对于高功率半导体激光器而言还是必须地。在实际的器件制作中，大多数高功率半导体激光器都采用宽接触式的器件结构和倒焊装的方式进行，也就是外延层面(P型面)向下，这种结构使得半导体激光器的主要热源更加靠近热沉，从而达到快速散热的目的。但是，倒焊装的方式也有明显的缺点，即由于外延结构的厚度只有几微米且又与焊接所用的焊料紧邻，因此，在焊装器件的过程中以及器件在较大电流下工作时，由于焊料的熔化和熔化后的流动性，致使焊料从半导体管芯侧向爬升至外延结构中，从而造成短路现象，致使器件失效。当选用铟等软焊料时，上述现象更容易发生。

发明内容

为了克服已有单管芯边发射激光器的焊装技术不足和结构缺陷，本发明的目的在于提高管芯在焊装过程中的抗压能力以及散热能力，并有效地抑制由于焊料爬升引起的短路现象，提高器件的可靠性。

本发明要解决的技术问题是：提供一种适用于倒焊装的半导体激光器单管芯结构。

为了解决上述问题，本发明提出了一种适用于倒焊装的半导体激光器，包括：

一衬底层(1)，该衬底用于支撑半导体激光器各层外延材料，并作为激光器的N面电极接触层，衬底是N型砷化镓材料；

一缓冲层(2)，该缓冲层制作在衬底(1)上，为N-砷化镓材料；

一N型包覆层(3)，该N型包覆层制作在缓冲层(2)上，为N型铝镓砷材料；

一下波导层(4)，该下波导层制作在N型包覆层(3)上，为铝镓砷材料；

一有源区(5)，该有源区制作在下波导层(4)上，为单量子阱层，为镓砷磷材料；

一上波导层(6)，该上波导层制作在有源区(5)上，为铝镓砷材料；

一P型包覆层(7)，该P型包覆层制作在上波导层(6)上，为P型铝镓砷材料；

一过渡层(8)，该过渡层制作在P型包覆层(7)上，为P型砷化镓材料；

一P型接触层(9)，该P型接触层制作在过渡层(8)上，为P型砷化镓材料；

一脊型台面(10)，该脊型台面制作在管芯中心；

一电流限制沟道(11)，该电流限制沟道制作在脊型台面的两侧；

一分离沟道(12)，该分离沟道位于管芯的左右两侧。

其中脊型台面(10)为宽的结构，容易形成良好的欧姆接触，利于电流的注入，以提高激光器的输出功率。

其中电流限制沟道(11)的深度在P型接触层(9)之下，沟道内电阻大于脊型台面，容易限制注入电流的注入路径，提高器件的电光转换效率。

其中分离沟道(12)的深度在缓冲层(2)之下，沟道与台面的台阶容易阻止焊料的攀爬，避免因焊料爬升引起的短路现象，从而提高器件的可靠性。

附图说明

以下通过结合附图对具体实施例进行详细描述，进一步说明本发明的结构、特点，其中：

图1是根据本发明提出的半导体激光器管芯结构的剖面图和俯视图；

图2是根据本发明提出的半导体激光器焊装示意图。

具体实施方式

下面结合图1详细说明依据本发明具体实施例适用于倒焊装的半导体激光器的结构细节和焊装方法。

参阅图1，本发明一种适用于倒焊装的半导体激光器管芯结构，包括：

一衬底层1，用于支撑半导体激光器各层外延材料，并作为激光器的N面电极接触层，它是重掺杂N型砷化镓材料；

一缓冲层2，该缓冲层2制作在衬底1上，主要用以调节晶格适配度，为N-砷化镓材料；

一N型包覆层3，该N型包覆层3制作在缓冲层2上，为N-铝镓砷材料；

一下波导层4，该下波导层4制作在N型包覆层3上，为铝镓砷材料；

一有源区5，该有源区5制作在下波导层4上，为单量子阱层，为镓砷磷材料；

一上波导层6，该上波导层6制作在有源区5上，为铝镓砷材料；

一P型包覆层7，该P型包覆层7制作在上波导层6上，为P-铝镓砷材料；

一过渡层8，该过渡层8制作在P型包覆层7上，为P型砷化镓材料；

一P型接触层9，该P型接触层制作在过渡层8上，为P型砷化镓材料；

一脊型台面10，该脊型台面10制作在管芯中心；

一电流限制沟道11，该电流限制沟道11制作在脊型台面的两侧，其深度超过P型接触层9且位于过渡层中；

一分离沟道12，该分离沟道12位于管芯的左右两侧，其深度超过缓冲层2且位于衬底层1中，一般为4-5μm。

参阅图2，本发明一种适用于倒焊装的半导体激光器焊装结构，说明其工作原理：

当采用倒焊装的方式对管芯和热沉进行焊接时，需要一定的正压力压在管芯之上，该结构与普通宽接触结构相比，由于接触面积更大，从而减小了管芯与焊料接触处的压强，从而可以提高管芯的抗压性；当焊接过程开始时，熔化的焊料将填充分离沟道，从而增加管芯和焊料的接触面积，提高器件的散热能力；最重要的是，由于分离沟道的深度(4-5μm)大于焊料的厚度(2-3μm)，因此，熔化后的焊料也无法越过分离沟道，爬升至外延层中，这就避免了器件短路现象的发生，从而提高了器件的可靠性。

本发明的积极意义：本发明通过对半导体激光器管芯结构的设计，改进现有激光器管芯的焊装问题，尤其是解决了因焊料爬升引起的器件失效问题。由于本发明涉及的管芯结构台面宽、带有边缘沟道，因此，该种管芯在抗压性能和可靠性上将超越现有的管芯结构，为半导体激光器长期、可靠地工作提供技术保障。

Claims (1)

1.一种适用于倒焊装的半导体激光器，其特征在于，包括：

一衬底层(1)，该衬底用于支撑半导体激光器各层外延材料，并作为激光器的N面电极接触层，衬底是N型砷化镓材料；

一缓冲层(2)，该缓冲层制作在衬底(1)上，为N-砷化镓材料；

一N型包覆层(3)，该N型包覆层制作在缓冲层(2)上，为N型铝镓砷材料；

一下波导层(4)，该下波导层制作在N型包覆层(3)上，为铝镓砷材料；

一有源区(5)，该有源区制作在下波导层(4)上，为单量子阱层，为镓砷磷材料；

一上波导层(6)，该上波导层制作在有源区(5)上，为铝镓砷材料；

一P型包覆层(7)，该P型包覆层制作在上波导层(6)上，为P型铝镓砷材料；

一过渡层(8)，该过渡层制作在P型包覆层(7)上，为P型砷化镓材料；

一P型接触层(9)，该P型接触层制作在过渡层(8)上，为P型砷化镓材料；

一脊型台面(10)，该脊型台面制作在管芯中心；

一电流限制沟道(11)，该电流限制沟道制作在脊型台面的两侧，其深度在P型接触层(9)之下且位于过渡层(8)中，沟道内电阻大于脊型台面，容易限制注入电流的注入路径，提高器件的电光转换效率；

一分离沟道(12)，该分离沟道位于管芯的左右两侧，其深度在缓冲层(2)之下且位于衬底层(1)中，沟道与台面的台阶容易阻止焊料的攀爬，避免因焊料爬升引起的短路现象，从而提高器件的可靠性。