CN108512031B - 一种微通道半导体激光器芯片结构及其制作方法 - Google Patents

一种微通道半导体激光器芯片结构及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108512031B
CN108512031B CN201710115702.8A CN201710115702A CN108512031B CN 108512031 B CN108512031 B CN 108512031B CN 201710115702 A CN201710115702 A CN 201710115702A CN 108512031 B CN108512031 B CN 108512031B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
strip
laser
etching
algainp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710115702.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108512031A (zh
Inventor
苏建
朱振
夏伟
李沛旭
徐现刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Huaguang Optoelectronics Co Ltd
Original Assignee
Shandong Huaguang Optoelectronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Huaguang Optoelectronics Co Ltd filed Critical Shandong Huaguang Optoelectronics Co Ltd
Priority to CN201710115702.8A priority Critical patent/CN108512031B/zh
Publication of CN108512031A publication Critical patent/CN108512031A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108512031B publication Critical patent/CN108512031B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02461—Structure or details of the laser chip to manipulate the heat flow, e.g. passive layers in the chip with a low heat conductivity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34326—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on InGa(Al)P, e.g. red laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

一种微通道激光器芯片结构及其制作方法，该芯片包括外延片，外延片包括自下至上依次设置的衬底、N限制层、量子阱有源区、AlGaInP层和GaAs层，在AlGaInP层和GaAs层上腐蚀出条形发光区，量子阱有源区及条形发光区上设置有SiO2层，SiO2层上设置有P面金属，P面金属与条形发光区的侧面之间设置有的微通道。其制作方法，包括如下步骤：（1）在激光器外延片的表面光刻出条形发光区；（2）腐蚀表面GaAs和AlGaInP；（3）形成帽檐；（4）在激光器外延片上进行SiO2层和P面金属的蒸镀；（5）腐蚀掉SiO2层；（6）腐蚀掉AlGaInP，形成微通道。本发明通过在激光器芯片中设置微通道，提高了激光器抗热、抗大电流的能力，提高了激光器的寿命。

Description

一种微通道半导体激光器芯片结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种微通道半导体激光器芯片结构及制作方法，属于半导体激光器芯片技术领域。
背景技术
半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、寿命长易于调制及价格低廉等优点，在工业、医疗和军事领域得到了广泛的应用，如材料加工、光纤通讯、激光测距、目标指示、激光制导、激光雷达、空间光通信等。近几年随着半导体激光器输出功率的大幅度提高，应用范围越来越广，对激光器的可靠性要求也越来越高。
半导体激光器的主要退化模式有：有源区退化、腔面退化、电极和欧姆接触退化。有源区退化可以分成两类：均匀退化，暗线缺陷和暗点缺陷，这些缺陷在适当的温度下会增殖，不断扩散会在晶体中逐渐形成位错线、位错网格，范围不断扩大使得注入载流子的非辐射复合速度增加，电流阈值不断增加。腔面退化机理主要有三种情况：腔面灾变光学损伤COD、化学腐蚀和位错生长。在高峰值功率密度的激光作用下，由于近场的不均匀局部过热、氧化、腐蚀等因素使腔面受到损伤增加表面态复合或光吸收，形成更多的表面态。这样使得注入电流密度增加，局部大量发热，造成解离面局部熔融分解增加表面态复合速度。而温度增加又使吸收系数增加形成恶性循环，最终导致灾变性损伤，使激光器完全失效。
由此可见影响激光器可靠性的主要因素是热量，随着激光器输出功率的增加、热效应对激光器的影响也随之增大，如何将期间工作时产生的热量及时有效的排出去已成为激光器芯片和封装工艺的首要问题，其中芯片与热沉、冷却器及电极各界面之间连接的热电阻和接触电阻对器件的有效散热起着重要作用。近几年来为解决半导体激光器的散热问题，大家主要研究了半导体激光器的封装技术，通过制备AuSn焊料、无氧铜热沉、陶瓷热沉等技术增加激光器的散热速度；另外一种方法就是改变半导体激光器外延层中的材料掺杂，但往往会改变激光器的其他参数变化。而从半导体激光器芯片自身结构的改变，达到快速散热目的，尚无研究。
发明内容
针对现有半导体激光器存在的散热不良现象，本发明提供一种微通道半导体激光器芯片结构，以有效增加散热速度，提高激光器抗热及抗大电流的能力。
本发明的微通道激光器芯片结构，采用如下技术方案：
该芯片结构，包括外延片，外延片包括自下至上依次设置的衬底、N限制层、量子阱有源区、AlGaInP层和GaAs层，在AlGaInP层和GaAs层上腐蚀出条形发光区，量子阱有源区及条形发光区上设置有SiO2层，SiO2层上设置有P面金属，P面金属与条形发光区的侧面之间设置有的微通道。
所述条形发光区上设置有光刻胶。
上述微通道激光器芯片结构的制作方法，包括如下步骤：
(1)在激光器外延片的表面光刻出条形发光区，条形发光区的宽度为2-10μm，
(2)腐蚀表面GaAs,然后腐蚀AlGaInP；
(3)控制腐蚀时间，使AlGaInP的腐蚀宽度W2小于GaAs宽度W1，形成帽檐；
(4)在激光器外延片上进行SiO2层和P面金属的蒸镀；
(5)蒸镀P面金属后，将外延片放到氢氟酸腐蚀液里腐蚀2-3分钟，使氢氟酸通过帽檐的缝隙渗透到条形发光区的两侧，并将SiO2层腐蚀掉；
(6)再将外延片放到盐酸与水质量比20:1的稀盐酸腐蚀夜里，腐蚀40-60秒，使稀盐酸通过帽檐的缝隙渗透到条形发光区的两侧，并将AlGaInP腐蚀掉，形成左右两个微通道。
所述步骤(1)中条形发光区上设置有保护光刻胶。
所述步骤(3)中AlGaInP的腐蚀宽度W2小于GaAs宽度W1 0.2-0.5μm。
本发明通过在激光器芯片中设置微通道，提高了激光器抗热、抗大电流的能力，提高了激光器的寿命，避免腔面发生COD灾变失效的情况。在单模650激光器中5mW激光器可承受200mA电流达到热饱和状态，远远超出同规格普通激光器芯片70mA的性能。
附图说明
图1是本发明微通道激光器芯片结构的示意图。
图2是外延片腐蚀GaAs层后的示意图。
图3是外延片腐蚀AlGaInP后的示意图。
图4是完成SiO2和P面金属后的示意图。
图5是本发明制作的激光器芯片的SEM图。
图6是现有普通方法制作的激光器芯片的SEM图。
图7是本发明制作的激光器芯片的测试曲线图。
图8是现有普通方法制作激光器芯片的测试曲线图。
图中：1.衬底，2.条形发光区，3.光刻胶，4.帽檐,5.SiO2，6.P面金属，7.缝隙，8.微通道，9.N限制层，10.量子阱有源区，11.AlGaInP层
具体实施方式
本发明的微通道激光器芯片结构，包括外延片，外延片包括自下至上依次设置的衬底1、N限制层9、量子阱有源区10、AlGaInP层11和GaAs层，在AlGaInP层11和GaAs层上腐蚀出条形发光区2，条形发光区2上设置有光刻胶3，量子阱有源区10及条形发光区2上设置有SiO2层5，SiO2层5上设置有P面金属6，P面金属6与条形发光区2的侧面之间设置有的微通道8。
上述微通道激光器芯片结构的制作方法，包括如下步骤：
(1)在激光器外延片1的表面光刻出条形发光区2，条形发光区2的宽度为激光器发光区的宽度，2-10μm，条形发光区1上设置有光刻胶3保护，如图2；
(2)腐蚀表面GaAs,然后腐蚀AlGaInP；
(3)控制腐蚀时间，使AlGaInP的腐蚀宽度W2小于GaAs宽度W1，形成如图3所示的帽檐4，W1的宽度大于W2的宽度0.2-0.5μm；
(4)按照激光器常规工艺完成SiO2层5和P面金属6的蒸镀，如图4所示；
(5)蒸镀P面金属6后，将外延片1放到氢氟酸腐蚀液里腐蚀2-3分钟，使氢氟酸通过帽檐4的缝隙7渗透到条形发光区2的两侧，并将SiO2层5腐蚀掉；
(6)再将外延片1放到稀盐酸腐蚀夜(盐酸与水质量比为20:1)里，腐蚀40-60秒，使稀盐酸通过帽檐4的缝隙5渗透到条形发光区2的两侧，并将AlGaInP腐蚀掉，形成左右两个微通道8，如图1所示；
(7)按照激光器常规工艺完成其他工艺，最后解理成300μm腔长镀膜。解理后用SEM检查，如图5所示，发光区两侧有金属和外延片形成的微通道。而图6给出的普通方法制作的激光器芯片则没有微通道。
(8)封装TO56测试。测试曲线如图7所示，用此方法制作的650单模激光器经过200mA测试，达到热饱和状态。而普通方法制作激光器的测试曲线如图8所示，同样650单模激光器200mA测试，70mA已发生COD失效。

Claims (3)

1.一种微通道激光器芯片结构的制作方法，所述微通道激光器芯片结构，包括外延片，外延片包括自下至上依次设置的衬底、N限制层、量子阱有源区、AlGaInP层和GaAs层，其特征是：在AlGaInP层和GaAs层上腐蚀出条形发光区，量子阱有源区及条形发光区上设置有SiO2层，SiO2层上设置有P面金属，P面金属与条形发光区的侧面之间设置有微通道；其特征是：包括如下步骤：
(1)在激光器外延片的表面光刻出条形发光区，条形发光区的宽度为2-10μm；
(2)腐蚀表面GaAs,然后腐蚀AlGaInP；
(3)控制腐蚀时间，使AlGaInP的腐蚀宽度W2小于GaAs宽度W1，形成帽檐；
(4)在激光器外延片上进行SiO2层和P面金属的蒸镀；
(5)蒸镀P面金属后，将外延片放到氢氟酸腐蚀液里腐蚀2-3分钟，使氢氟酸通过帽檐的缝隙渗透到条形发光区的两侧，并将SiO2层腐蚀掉；
(6)再将外延片放到盐酸与水质量比20:1的稀盐酸腐蚀液里 ，腐蚀40-60秒，使稀盐酸通过帽檐的缝隙渗透到条形发光区的两侧，并将AlGaInP腐蚀掉，形成左右两个微通道。
2.根据权利要求1所述微通道激光器芯片结构的制作方法，其特征是：所述步骤(1)中条形发光区上设置有保护光刻胶。
3.根据权利要求1所述微通道激光器芯片结构的制作方法，其特征是：所述步骤(3)中AlGaInP的腐蚀宽度W2比GaAs宽度W1小0.2-0.5μm。
CN201710115702.8A 2017-02-28 2017-02-28 一种微通道半导体激光器芯片结构及其制作方法 Active CN108512031B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710115702.8A CN108512031B (zh) 2017-02-28 2017-02-28 一种微通道半导体激光器芯片结构及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710115702.8A CN108512031B (zh) 2017-02-28 2017-02-28 一种微通道半导体激光器芯片结构及其制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108512031A CN108512031A (zh) 2018-09-07
CN108512031B true CN108512031B (zh) 2020-02-14

Family

ID=63372914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710115702.8A Active CN108512031B (zh) 2017-02-28 2017-02-28 一种微通道半导体激光器芯片结构及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108512031B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111211479A (zh) * 2018-11-21 2020-05-29 深圳市中光工业技术研究院 半导体激光器芯片及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04196284A (ja) * 1990-11-27 1992-07-16 Sharp Corp 半導体レーザ装置及びその製造方法
US6256331B1 (en) * 1997-08-08 2001-07-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser device, optical communication system using the same, and method for producing compound semiconductor
CN1610995A (zh) * 2002-09-20 2005-04-27 索尼株式会社 半导体激光器及其制造方法
JP2008300802A (ja) * 2007-06-04 2008-12-11 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザ素子およびその製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4785276B2 (ja) * 2001-06-11 2011-10-05 Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 半導体光機能素子の製造方法
US7440482B2 (en) * 2005-11-01 2008-10-21 Nichia Corporation Nitride semiconductor laser element and method for manufacturing the same
JP4940987B2 (ja) * 2006-03-20 2012-05-30 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法
JP5510212B2 (ja) * 2010-09-08 2014-06-04 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04196284A (ja) * 1990-11-27 1992-07-16 Sharp Corp 半導体レーザ装置及びその製造方法
US6256331B1 (en) * 1997-08-08 2001-07-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser device, optical communication system using the same, and method for producing compound semiconductor
CN1610995A (zh) * 2002-09-20 2005-04-27 索尼株式会社 半导体激光器及其制造方法
JP2008300802A (ja) * 2007-06-04 2008-12-11 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザ素子およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108512031A (zh) 2018-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104752954B (zh) 利用氧化锌量子阱混杂制作的半导体激光器及其制作方法
CN111682402B (zh) 一种对称dbr结构的面发射半导体激光芯片及其制备方法
JP2004274057A (ja) 半導体レーザーダイオードのサブマウント、その製造方法及びこれを採用した半導体レーザーダイオード組立体
CN110224300B (zh) 一种半导体激光器结构及其制备方法
JP2006066518A (ja) 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
KR940005764B1 (ko) 레이저 다이오드 어레이 및 그 제조방법
CN102891435A (zh) 带有非吸收窗口的大功率半导体激光器
CN108233180B (zh) 一种AlGaInP结构的808nm半导体激光器结构
CN108512031B (zh) 一种微通道半导体激光器芯片结构及其制作方法
JP3812356B2 (ja) 半導体発光素子およびその製造方法
JP2006303299A (ja) 半導体レーザ
CN103401142A (zh) 高功率高稳定性单模垂直腔面发射半导体激光器
Endo et al. Rapid degradation of InGaAsP/InP double heterostructure lasers due to< 110> dark line defect formation
CN110289549B (zh) 半导体激光器芯片、其封装方法及半导体激光器
CN104300367A (zh) 抑制GaAs基激光器高阶模的方法
US20110013659A1 (en) Semiconductor laser device and method of manufacturing the same
CN115912055A (zh) 一种大功率低发散角半导体激光器芯片
JPH08116088A (ja) 発光ダイオードの製造方法
JP2007184644A (ja) 半導体装置及びその製造方法
KR102103515B1 (ko) 레이저 다이오드 구조 및 제조 방법
CN111900621A (zh) 一种vcsel芯片及其制作方法
CN113540964B (zh) 高可靠性边发射激光器及工艺
CN220585710U (zh) 一种激光芯片器件
JPH11220208A (ja) 半導体レーザダイオード
KR100493145B1 (ko) GaN계레이저다이오드

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant