CN107910748A - 半导体激光器巴条、半导体激光器单管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体激光器巴条、半导体激光器单管及其制备方法，半导体激光器巴条，包括：第一型衬底；设置在第一型衬底上的外延层，外延层相对于第一型衬底的表面形成有多个半导体激光器电流注入区，其中多个半导体激光器电流注入区呈阵列分布；及设置在相邻半导体激光器电流注入区对应非出光面侧的边沿之间的隔离槽；其中，至少部分隔离槽为不规则结构。通过以上方式，本发明能够避免侧面激射现象，以及防止激光器单管侧面解理缺陷向电流注入区延伸导致器件失效问题。

Description

半导体激光器巴条、半导体激光器单管及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体激光技术领域，特别是涉及一种半导体激光器巴条、半导体激光器单管及其制备方法。

背景技术

大功率半导体激光器在固体激光器、光纤激光器泵浦源，激光打标，材料加工，激光熔覆，激光医疗与美容，3D打印等领域上都有重要应用。在上述应用中，大功率半导体激光器是核心部件。

为了提高半导体激光器出光功率，最简单的方法是增加激光器电流注入区宽度，并相应地增大电流。但是，当宽接触半导体激光器电流注入区宽度与激光器宽度接近，激光器侧面解理面光亮、无解理纹时，侧面解理面会形成谐振腔，侧向激射现象就会出现。出现侧向激射后，激光器就不能在设计的出光面正常出光，导致激光器无法正常工作。

解理单个半导体激光器一般做法是，在相邻的激光器中间划线，用解理机在划线处施加压力，或者用滚轮滚压的方法施加压力，单个激光器就会在划线处裂开。当激光器电流注入区宽度与激光器宽度接近时，划线处距离电流注入区很近，激光工作时侧面解理损伤渐渐向电流注入区延伸，最终会导致激光器失效，严重影响激光器可靠性。

为解决上述问题，可以在单个激光器之间制作隔离槽，隔离槽把各个发光区隔开。但目前所能了解的半导体激光器隔离槽的边沿都是平行于电流注入区边沿的直线。由于激光器两侧隔离槽侧壁陡直且光滑，两个侧壁还可能会形成谐振腔，从而出现侧面激射的现象，导致激光器无法正常工作。

发明内容

本发明实施例提供了一种半导体激光器巴条、半导体激光器单管及其制备方法，能够解决现有技术中半导体激光器侧向激射的问题。

本发明第一方面提供一种半导体激光器巴条，该半导体激光器巴条包括：第一型衬底；设置在第一型衬底上的外延层，外延层相对于第一型衬底的表面形成有多个半导体激光器电流注入区，其中多个半导体激光器电流注入区呈阵列分布；及设置在相邻半导体激光器电流注入区对应非出光面侧的边沿之间的隔离槽；其中，至少部分隔离槽为不规则结构。

本发明第二方面提供一种半导体激光器单管，该半导体激光器单管包括：第一型衬底及设置在第一型衬底上的外延层，外延层相对于第一型衬底的表面形成有电流注入区；其中至少部分外延层的至少一个非出光面侧的边沿为不规则结构。

本发明第三方面提供一种半导体激光器巴条的制备方法，该制备方法包括：提供一第一型衬底；在第一型衬底上形成外延层；对外延层进行制程工艺处理以在外延层相对于第一型衬底的表面形成多个半导体激光器电流注入区，并在相邻半导体激光器电流注入区对应非出光面侧的边沿之间形成隔离槽，其中多个半导体激光器电流注入区呈阵列分布，至少部分隔离槽为不规则结构。

本发明第四方面提供一种半导体激光器单管的制备方法，该制备方法包括：采用本发明第三方面提供的方法制备半导体激光器巴条；至少在隔离槽底进行解理以将半导体激光器巴条分为多个半导体激光器单管。

通过上述方案，本发明的有益效果是：本发明的半导体激光器巴条包括：第一型衬底；设置在第一型衬底上的外延层，外延层相对于第一型衬底的表面形成有多个半导体激光器电流注入区，其中多个半导体激光器电流注入区呈阵列分布，；及设置在相邻半导体激光器电流注入区对应非出光面侧的边沿之间的隔离槽；其中，至少部分隔离槽为不规则结构，不规则结构的隔离槽侧壁不再是光滑的平面，无法形成谐振腔，从而避免侧面激射现象。

此外，隔离槽的底部位于或低于第一型包层或第一型衬底，第一型包层和第二型包层之间有第一波导层、有源层、第二波导层，降低了侧面解理缺陷蔓延到第二型包层和电流注入区的可能性，从而降低侧面解理缺陷导致激光器失效的可能性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本发明实施例的半导体激光器巴条的截面示意图；

图2是本发明实施例的半导体激光器巴条的俯视图；

图3是本发明一实施例的隔离槽结构示意图；

图4是本发明另一实施例的隔离槽结构示意图；

图5是本发明实施例的半导体激光器单管的立体结构示意图；

图6是本发明实施例的半导体激光器巴条的制备方法的流程示意图；

图7是图6中步骤S12一个实施例的流程示意图；

图8是本发明实施例的半导体激光器单管的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图2，图1是本发明实施例的半导体激光器巴条10的截面示意图。图2是本发明实施例的半导体激光器巴条的俯视图。半导体激光器巴条10包括：第一型衬底100；设置在第一型衬底100上的外延层11，外延层相对于第一型衬底的表面形成有多个半导体激光器电流注入区115；及设置在相邻半导体激光器电流注入区115对应非出光面侧的边沿之间的隔离槽12。其中，多个半导体激光器电流注入区115呈阵列分布，隔离槽12为不规则结构。图1中隔离槽12的侧壁是陡直的，实际也可以为其他形状。为便于示意，图2中的隔离槽12的形状仅为示意，且图2中所有的隔离槽12均为不规则结构，实际可以部分为不规则结构。图2中相邻的半导体激光器电流注入区115之间仅有一个隔离槽12，实际相邻半导体激光器电流注入区115之间的隔离槽12的数量可以更多。

为不规则结构的隔离槽12可以不对称，且其边沿为不规则的曲线和/或折线。具体形状可进一步参见图3和图4，图3中的隔离槽12的边沿为曲线和折线组成，而图4中的隔离槽12为折线组成。在半导体激光器巴条10中不同的隔离槽12可以有不同的边沿结构。当然在本发明的其他实施例中，在半导体激光器巴条10中不同的隔离槽12也可以是有相同的边沿结构，在此不作限制。

不规则结构的隔离槽12的侧壁不再是光滑的平面，无法形成谐振腔，半导体激光器侧向自发发射的光不能形成驻波振荡，从而减少侧面激射现象。另外，从不规则的隔离槽12解理得到的半导体激光器的边沿也是不规则的，对半导体激光器的边沿状态无要求，制程易于控制，工艺容忍度较大。

在本发明一实施例中，外延层11包括：依次形成在第一型衬底100上的第一型包层(cladding layer)110、第一波导层111、有源层112、第二波导层113以及第二型包层114及设置在第二型包层114上的第二型欧姆接触层115，第二型欧姆接触层115形成电流注入区115，即电流注入区115为第二型欧姆接触层115。其中，隔离槽12至少贯穿第二型包层114、第二波导层113、有源层112以及第一波导层111，且隔离槽12的底部位于或低于第一型包层110与第一波导层111接触的表面。由于非出光面侧的解理可能是在隔离槽12的底部进行的，第一型包层110和第二型包层114之间有第一波导层111、有源层112和第二波导层113，与现有技术中仅刻蚀到发光区的隔离槽相比，本实施例中的隔离槽12的底部离第二型包层114和电流注入区115更远，降低了侧面解理缺陷蔓延到第二型包层114和电流注入区115的可能性，从而降低侧面解理缺陷导致激光器失效的可能性。

半导体激光器巴条可以进一步包括电流阻挡层116、第一型欧姆接触电极层117和第二型欧姆接触电极层118。电流阻挡层116至少设置在电流注入区115以外区域，电流注入区115以外区域蚀刻深度大于第二型欧姆接触层115的厚度。即电流阻挡层116的与第二型包层114接触的表面低于第二型欧姆接触层115的与第二型包层114接触的表面。电流阻挡层116覆盖隔离槽12的表面。第二型欧姆接触电极118设置在第二型欧姆接触层115上，第一型欧姆接触电极117设置在第一型衬底100的与第一型包层110相对的一侧。

参见图5，图5是本发明实施例的半导体激光器单管20的立体结构示意图。半导体激光器单管20包括第一型衬底200和设置在第一型衬底200上的外延层210，其中至少部分外延层210的一个非出光面侧(即图中所示的侧面)的边沿为不规则结构。图中仅画出了一个侧面，实际外延层210的其他非出光面侧的边沿也可以包括不规则结构。

半导体激光器单管是前述实施例中的半导体激光器巴条解理得到的，且其至少一个非出光面的侧面是由不规则的隔离槽形成的。相应的，为不规则结构的边沿可以为不规则的曲线和/或折线。

在本发明一实施例中，外延层210可以包括依次设置在第一型衬底200上的第一型包层211、第一波导层212、有源层213、第二波导层214、第二型包层215以及第二型欧姆接触层220。半导体激光器20可以进一步电流阻挡层230，第二型欧姆接触层220设置在第二型包层215上且形成电流注入区，电流注入区以外区域蚀刻深度大于第二型欧姆接触层220的厚度，电流阻挡层230设置在第二型欧姆接触层220以外区域上。除第二型欧姆接触层220之外各层的边沿形状是由隔离槽的形状及解理过程决定的。在其他实施例中，电流阻挡层230可以不包括在隔离槽内，即电流阻挡层230的边沿形状可以不由隔离槽决定。

为不规则结构的隔离槽的底部可以位于或低于第一型包层211或第一型衬底200。也就是说，第一波导层212、有源层213、第二波导层214、第二型包层215和电流阻挡层230的至少一非出光面侧的边沿为上述不规则结构，而第一型包层211或第一型衬底200的边沿由隔离槽的深度决定。

如果不规则隔离槽的底部位于第一型包层211与第一波导层212之间的边界处、则第一型包层211或第一型衬底200的边沿不包括不规则隔离槽形成的不规则边缘(图中未示出)。如果不规则隔离槽的底部位于第一型包层211中，那么一部分第一型包层211的边沿包括不规则隔离槽形成的不规则边缘，另一部分第一型包层211和第一型衬底200的边沿不包括(图中未示出)。如果不规则隔离槽的底部位于第一型包层211与第一型衬底200的交界处，那么第一型包层211的边沿包括不规则隔离槽形成的不规则边缘，第一型衬底200不包括(如图5所示)。如果不规则隔离槽的底部位于第一型衬底200中，那么第一型包层211和一部分第一型衬底200的边沿包括不规则隔离槽形成的不规则边缘，另一部分第一型衬底200的边沿不包括(图中未示出)。

此外，半导体激光器20可以进一步包括第一型欧姆接触电极240和第二型欧姆接触电极250，第一型欧姆接触电极240设置在第一型衬底200的与第一型包层211相对的一侧，第二型欧姆接触电极250设置在第二型欧姆接触层220上。

图6是本发明实施例的半导体激光器巴条的制备方法的流程示意图。如图6所示，半导体激光器巴条的制备方法包括：

步骤S10：提供一第一型衬底。该第一型衬底材料为半导体材料。

步骤S11：在第一型衬底上形成外延层。

在第一型衬底上外延生长以形成外延层。外延层包括在第一型衬底上依次形成的的第一型包层、第一波导层、有源层、第二波导层、第二型包层及第二型欧姆接触层。

步骤S12：对外延层进行制程工艺处理以在外延层相对于第一型衬底的表面形成多个半导体激光器电流注入区，并在相邻半导体激光器电流注入区对应非出光面侧的边沿之间形成隔离槽，其中多个半导体激光器电流注入区呈阵列分布，至少部分隔离槽为不规则结构。

步骤S12可以包括多道工序，例如半导体激光器电流注入区的制备和隔离槽的制备。半导体激光器电流注入区和隔离槽的制备顺序无限制。步骤S12还可以包括第二型欧姆接触电极的制备、减薄衬底和第一型欧姆接触电极的制备等。

其中，为不规则结构的隔离槽可以不对称，且其边沿为不规则的曲线和/或折线。

具体地，隔离槽的边沿可以为曲线和折线组成，或者仅由曲线或折线组成。并且，在半导体激光器巴条中不同的隔离槽可以有不同的边沿结构。当然在本发明的其他实施例中，在半导体激光器巴条中不同的隔离槽也可以是有相同的边沿结构，在此不作限制。

不规则结构的隔离槽的侧壁不再是相互平行的光滑平面，无法形成谐振腔，半导体激光器侧向自发发射的光不能形成驻波振荡，从而避免侧面激射现象。另外，从不规则的隔离槽解理得到的半导体激光器的边沿也是不规则的，对半导体激光器的边沿状态无要求，制程易于控制，工艺容忍度较大。

图7是图6中步骤S12一个实施例的流程示意图。如图7所示，S12包括：

S121：对第二型欧姆接触层进行图形化处理以去除部分第二型欧姆接触层。

保留的第二型欧姆接触层形成半导体激光器电流注入区，半导体激光器电流注入区以外区域蚀刻深度大于第二型欧姆接触层厚度。

S122：对外延层进行图形化处理制备出多个隔离槽。

隔离槽位于相邻半导体激光器电流注入区对应非出光面侧的边沿之间。隔离槽的底部位于或低于第一型包层与第一波导层接触的表面。至少部分隔离槽的边沿为不规则的曲线和/或折线。

S123：至少在第二型欧姆接触层以外区域上形成电流阻挡层。

电流阻挡层也可以被称为钝化层。由于半导体激光器电流注入区以外区域蚀刻深度大于第二型欧姆接触层厚度，电流阻挡层与第二型包层接触的表面低于第二型欧姆接触层的与第二型包层接触的表面。隔离槽内存在电流阻挡层，后续可以选择去除部分或者全部隔离槽内的电流阻挡层，也可以不去除。在某些实施例中，电流阻挡层也可以覆盖第二型欧姆接触层的边沿部分。

S124：在第二型欧姆接触层上形成第二型欧姆接触电极。

S125：对第一型衬底进行减薄。

S126：在减薄后的第一型衬底的与第一型包层相对的一侧设置第一型欧姆接触电极。

本实施例中的各步骤的先后关系仅为示意，实际部分步骤之间的先后顺序可以发生变化，例如S122隔离槽的制备可以变成在步骤S121之前。

图8是本发明实施例的半导体激光器单管的制备方法的流程示意图。如图8所示，半导体激光器单管的制备方法包括：

步骤S20：制备半导体激光器巴条。

可以采用前述实施例中的方法制备半导体激光器巴条，具体内容不再重复。

步骤S21：至少在隔离槽底进行解理以将半导体激光器巴条分为多个半导体激光器单管。

可以用解理机或者用滚轮滚压等方法在隔离槽底施加压力，使得半导体激光器巴条在隔离槽处分开。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (17)

1.一种半导体激光器巴条，其特征在于，所述半导体激光器巴条包括：

第一型衬底；

设置在所述第一型衬底上的外延层，所述外延层相对于所述第一型衬底的表面形成有多个半导体激光器电流注入区，其中所述多个半导体激光器电流注入区呈阵列分布；及

设置在相邻所述半导体激光器电流注入区对应非出光面侧的边沿之间的隔离槽；

其中，至少部分所述隔离槽为不规则结构。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器巴条，其特征在于，所述为不规则结构的隔离槽不对称，且其边沿为不规则的曲线和/或折线。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器巴条，其特征在于，所述外延层包括依次形成在所述第一型衬底上的第一型包层、第一波导层、有源层、第二波导层、第二型包层及第二型欧姆接触层；

其中，所述为不规则结构的隔离槽的底部位于或低于所述第一型包层或所述第一型衬底。

4.根据权利要求3所述的半导体激光器巴条，其特征在于，所述半导体激光器电流注入区由所述第二型欧姆接触层形成，所述半导体激光器电流注入区以外区域的蚀刻深度大于所述第二型欧姆接触层的厚度，所述电流阻挡层设置在所述半导体激光器电流注入区以外区域上。

5.一种半导体激光器单管，其特征在于，所述半导体激光器单管包括：

第一型衬底及设置在所述第一型衬底上的外延层，所述外延层相对于所述第一型衬底的表面形成有电流注入区；

其中至少部分所述外延层的至少一个非出光面侧的边沿为不规则结构。

6.根据权利要求5所述的半导体激光器单管，其特征在于，

所述为不规则结构的边沿为不规则的曲线和/或折线。

7.根据权利要求5所述的半导体激光器单管，其特征在于，

所述外延层包括依次在所述第一型衬底上外延的第一型包层、第一波导层、有源层、第二波导层、第二型包层及第二型欧姆接触层，其中所述第一波导层、有源层、第二波导层、第二型包层的至少一个非出光面侧的边沿为所述不规则结构。

8.根据权利要求7所述的半导体激光器单管，其特征在于，

至少部分所述第一型包层的至少一个非出光面侧的边沿为所述不规则结构。

9.根据权利要求7所述的半导体激光器单管，其特征在于，

所述第一型包层及至少部分所述第一型衬底的至少一个非出光面侧的边沿为所述不规则结构。

10.根据权利要求7所述的半导体激光器单管，其特征在于，

所述电流注入区由所述第二型欧姆接触层形成，所述电流注入区以外区域的蚀刻深度大于所述第二型欧姆接触层的厚度，所述电流阻挡层设置在所述电流注入区以外区域上，且所述电流阻挡层的至少一个非出光面侧的边沿为不规则结构。

11.一种半导体激光器巴条的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

提供一第一型衬底；

在所述第一型衬底上形成外延层；

对所述外延层进行制程工艺处理以在所述外延层相对于所述第一型衬底的表面形成多个半导体激光器电流注入区，并在相邻所述半导体激光器电流注入区对应非出光面侧的边沿之间形成隔离槽，其中所述多个半导体激光器电流注入区呈阵列分布，至少部分所述隔离槽为不规则结构。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述为不规则结构的隔离槽不对称，且其边沿为不规则的曲线和/或折线。

13.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述在所述第一型衬底上形成外延层的步骤包括：

在所述第一型衬底上依次外延形成第一型包层、第一波导层、有源层、第二波导层、第二型包层及第二型欧姆接触层以形成所述外延层。

14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，

所述隔离槽的底部位于或低于所述第一型包层与所述第一波导层接触的表面。

15.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述对所述外延层进行制程工艺处理以在所述外延层相对于所述第一型衬底的表面形成多个半导体激光器电流注入区包括：对所述外延层进行图形化处理以去除部分所述第二型欧姆接触层，保留的所述第二型欧姆接触层形成所述半导体激光器电流注入区，所述半导体激光器电流注入区以外区域的蚀刻深度大于所述第二型欧姆接触层厚度；

所述对所述外延层进行制程工艺处理以在所述外延层相对于所述第一型衬底的表面形成多个半导体激光器电流注入区之后进一步包括：至少在所述半导体激光器电流注入区以外区域上形成电流阻挡层；在所述第二型欧姆接触层上形成第二型欧姆接触电极。

16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，

所述在所述第二型欧姆接触层上形成第二型欧姆接触电极的步骤之后包括：

对所述第一型衬底进行减薄；

在减薄后的所述第一型衬底的与所述第一型包层相对的一侧设置第一型欧姆接触电极。

17.一种半导体激光器单管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

采用如权利要求11-16中任一项所述的方法制备半导体激光器巴条；

至少在所述隔离槽底进行解理以将所述半导体激光器巴条分为多个半导体激光器单管。