CN111641104A - 一种半导体激光器芯片结构 - Google Patents

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Abstract

本申请属于半导体激光器技术领域，特别是涉及一种半导体激光器芯片结构。现有的带有模式滤波器结构的高亮度条形半导体激光器，采用刻蚀与掩蔽膜形成模式滤波结构，使激光器输出发散角小、亮度高，但均匀的掩蔽膜结构的滤波效果有限，对激光器光束质量的改善受到限制。本申请提供了一种半导体激光器芯片结构，包括芯片主体，所述芯片主体上设置有宽条形电流注入电极，所述宽条形电流注入电极上设置有若干电流注入分离电极形成波导补偿结构，以减小宽条形半导体激光器慢轴方向的光束发散角，改善其高功率工作时的光束质量。

Description

一种半导体激光器芯片结构
技术领域
本申请属于半导体激光器技术领域，特别是涉及一种半导体激光器芯片结构。
背景技术
宽条形半导体激光器，又称宽面积半导体激光器作为高功率半导体激光器的典型结构方式，一般采用均匀宽度的宽条形电流注入电极，其高工作电流工作时电流注入条形区内载流子非辐射复合产生的废热会导致侧向波导区的温度分布为明显的凸形分布，使激光器的侧向高阶横模数增加，增大了激光器水平方向的光束发散角，成为造成激光器光束质量下降的主要因素。目前主要采用锥形条激光器结构、模式滤波器结构用于改善高功率半导体激光器的光束质量。
锥形条激光器的输出光束存在较大的像散，且随工作电流的改变而改变，同时由于锥形条激光器较大的腔内后向反馈损耗，也会导致激光器电光效率下降，严重限制了激光器的应用。现有的带有模式滤波器结构的高亮度条形半导体激光器，采用刻蚀与掩蔽膜形成模式滤波结构，使激光器输出发散角小、亮度高，但均匀的掩蔽膜结构的滤波效果有限，对激光器光束质量的改善受到限制。
发明内容
1.要解决的技术问题
基于现有的带有模式滤波器结构的高亮度条形半导体激光器，采用刻蚀与掩蔽膜形成模式滤波结构，使激光器输出发散角小、亮度高，但均匀的掩蔽膜结构的滤波效果有限，对激光器光束质量的改善受到限制的问题，本申请提供了一种半导体激光器芯片结构。
2.技术方案
为了达到上述的目的，本申请提供了一种半导体激光器芯片结构，包括芯片主体，所述芯片主体上设置有宽条形电流注入电极，所述宽条形电流注入电极上设置有若干电流注入分离电极形成波导补偿结构。
本申请提供的另一种实施方式为：所述芯片主体包括芯片电极输出端、芯片电极中部和芯片电极后腔面端；所述电流注入分离电极包括第一分离电极、第二分离电极和第三分离电极，所述第一分离电极设置于所述芯片电极输出端，所述分离电极设置于所述芯片电极中部，所述第三分离电极设置于所述芯片电极后腔面端。
本申请提供的另一种实施方式为：所述宽条形电流注入电极宽20～500微米。
本申请提供的另一种实施方式为：所述第一分离电极宽5～250微米，所述第二分离电极宽5～250微米，所示第三分离电极宽5～250微米。
本申请提供的另一种实施方式为：所述第一分离电极与所述第二分离电极间隔5～500微米，所述第二分离电极与所述第三分离电极间隔5～500微米。
本申请提供的另一种实施方式为：所述第一分离电极通过制版、光刻、电极沉积工艺形成上表面电流注入区的电极图形，所述第二分离电极通过制版、光刻、电极沉积工艺形成上表面电流注入区的电极图形，所示第三分离电极通过制版、光刻、电极沉积工艺形成上表面电流注入区的电极图形。
本申请提供的另一种实施方式为：所述电流注入分离电极为单段或者多段。
本申请提供的另一种实施方式为：所述第一分离电极电极材料为Ti/Pt/Au，所述第二分离电极电极材料为Ti/Pt/Au，所述第三分离电极电极材料为Ti/Pt/Au。
本申请提供的另一种实施方式为：还包括激光器波导区。
本申请提供的另一种实施方式为：所述宽条形半导体激光器芯片结构采用0.5～8毫米腔长的976nm波长量子阱外延结构。
3.有益效果
与现有技术相比，本申请提供的半导体激光器芯片结构的有益效果在于：
本申请提供的半导体激光器芯片结构，减小宽条形半导体激光器慢轴方向的光束发散角，改善其高功率工作时的光束质量。
本申请提供的半导体激光器芯片结构，通过在宽条形半导体激光器芯片的宽条形电流注入电极上引入一段或多段电流注入分离电极实现对热透镜效应的有效补偿。
本申请提供的半导体激光器芯片结构，使宽条形半导体激光器侧向高阶模式受到更好抑制，可明显改善激光器在高电流、大功率工作时的光束质量，并具有较高的电光效率。
附图说明
图1是普通宽条形激光器芯片结构示意图；
图2是本申请的宽条形激光器芯片结构示意图；
图3是本申请的宽条形电流注入电极与分离电流注入电极位置的波导侧向温度分布比较示意图；
图中：1-芯片电极输出端、2-宽条形电流注入电极、3-芯片电极中部、4-芯片电流阻挡区、5-第一分离电极、6-第二分离电极、7-第三分离电极、8-芯片电极后腔面端、9-激光器波导区。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
参见图1～3，本申请提供一种半导体激光器芯片结构，包括芯片主体，所述芯片主体上设置有宽条形电流注入电极2，所述宽条形电流注入电极上设置有若干电流注入分离电极形成波导补偿结构。
进一步地，所述芯片主体包括芯片电极输出端1、芯片电极中部3和芯片电极后腔面端8；所述电流注入分离电极包括第一分离电极5、第二分离电极6和第三分离电极7，所述第一分离电极5设置于所述芯片电极输出端，所述第二分离电极6设置于所述芯片电极中部，所述第三分离电极7设置于所述芯片电极后腔面端。
分离电极是芯片上表面电流注入区电极的一部分，制备过程中通过制版、光刻、电极沉积工艺形成上表面电流注入区的电极图形。
如图2，本申请之宽条形半导体激光器芯片是在宽条形电流注入电极2上引入一段或多段电流注入分离电极5，用于降低宽条形激光器内部温度在该波导位置的钟形分布高度，可实现对宽条形激光器侧向波导的热透镜效应的有效补偿(如图3)，使宽条形半导体激光器侧向高阶模式受到抑制，从而改善宽条形半导体激光器在高电流、大功率工作时的光束质量。一段或多段分离的电流注入电极可位于激光器芯片电极输出端1、芯片电极中部3和芯片电极后腔面端5，以有效抑制宽条形激光器侧向高阶模的激射。
在宽条形激光器芯片电极输出端1、芯片电极中部3和芯片电极后腔面端8，采用电流注入分离电极形成波导补偿结构，通过对宽条形激光器侧向波导的热透镜效应进行适当补偿，使宽条形半导体激光器侧向高阶模式受到抑制，从而改善宽条形半导体激光器在高电流、大功率工作时的光束质量。
图3中：温度分布10为电流注入分离电极位置的波导侧向温度分布，温度分布11为宽条形电流注入电极波导位置的侧向温度分布。
芯片电极输出端1为半导体激光器输出端的电流注入区电极；宽条形电流注入电极2为半导体激光器芯片上表面的电流注入区电极，主要实现激光器的电流注入功能；芯片电极中部3为沿激光器腔长方向的上表面电极中部位置；芯片电流阻挡区4为电流注入电极外侧的电绝缘区，起到限制电流注入的功能；第一分离电极5、第二分离电极6、第三分离电极7均为中间分离形状的电流注入电极，实现注入电极中间区无电流注入的效果，起到调节激光器波导区9侧向温度分布形状的作用；芯片电极后腔面端8为半导体激光器芯片的后腔面端；激光器波导区9为宽条形激光器芯片的波导区，其侧向结构主要由温度分布、载流子分布决定。
进一步地，所述宽条形电流注入电极2宽20～500微米。
进一步地，所述第一分离电极5宽5～250微米，所述第二分离电极6宽5～250微米，所示第三分离电极7宽5～250微米。
进一步地，所述第一分离电极5与所述第二分离电极6间隔5～500微米，所述第二分离电极6与所述第三分离电极7间隔5～500微米。
进一步地，所述第一分离电极5通过制版、光刻、电极沉积工艺形成上表面电流注入区的电极图形，所述第二分离电极6通过制版、光刻、电极沉积工艺形成上表面电流注入区的电极图形，所示第三分离电极7通过制版、光刻、电极沉积工艺形成上表面电流注入区的电极图形。
进一步地，所述电流注入分离电极为单段或者多段。多段结构具有更好的光束质量改善效果，但会使电极结构复杂，需根据应用需要具体实施。
进一步地，所述第一分离电极5电极材料为Ti/Pt/Au，所述第二分离电极6电极材料为Ti/Pt/Au，所述第三分离电极电极7材料为Ti/Pt/Au。
进一步地，还包括激光器波导区9。
进一步地，所述宽条形半导体激光器芯片结构采用0.5～8毫米腔长的976nm波长量子阱外延结构。
下面结合实例说明本申请，宽条形半导体激光器芯片结构采用4毫米腔长的976nm波长量子阱外延结构，采用标准的半导体激光器工艺制作宽度为90微米的宽条形电流注入区电极和宽度、间隔分别为20微米、50微米的分离电极，分离电极分别位于芯片电极输出端1、芯片电极中部3，电极材料为Ti/Pt/Au。然后背面减薄至100～120微米，制作背面电极AuGeNi合金层，最后通过标准的芯片解理、腔面镀膜工艺完成宽条形半导体激光器芯片结构的制作。测试表明，在12安培的工作电流下，相比普通宽条形激光器芯片，采用以上带分离电极的宽条形激光器芯片的远场光斑在慢轴方向明显变窄，光束发散角由普通宽条形激光器芯片的8度减小为5度以下。
尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多修改。本申请的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。

Claims (10)

1.一种半导体激光器芯片结构，其特征在于：包括芯片主体，所述芯片主体上设置有宽条形电流注入电极，所述宽条形电流注入电极上设置有若干电流注入分离电极形成波导补偿结构。
2.如权利要求1所述的半导体激光器芯片结构，其特征在于：所述芯片主体包括芯片电极输出端、芯片电极中部和芯片电极后腔面端；所述电流注入分离电极包括第一分离电极、第二分离电极和第三分离电极，所述第一分离电极设置于所述芯片电极输出端，所述第二分离电极设置于所述芯片电极中部，所述第三分离电极设置于所述芯片电极后腔面端。
3.如权利要求1所述的半导体激光器芯片结构，其特征在于：所述宽条形电流注入电极宽20～500微米。
4.如权利要求2所述的半导体激光器芯片结构，其特征在于：所述第一分离电极宽5～250微米，所述第二分离电极宽5～250微米，所示第三分离电极宽5～250微米。
5.如权利要求2所述的半导体激光器芯片结构，其特征在于：所述第一分离电极与所述第二分离电极间隔5～500微米，所述第二分离电极与所述第三分离电极间隔5～500微米。
6.如权利要求2所述的半导体激光器芯片结构，其特征在于：所述第一分离电极通过制版、光刻、电极沉积工艺形成上表面电流注入区的电极图形，所述第二分离电极通过制版、光刻、电极沉积工艺形成上表面电流注入区的电极图形，所示第三分离电极通过制版、光刻、电极沉积工艺形成上表面电流注入区的电极图形。
7.如权利要求1所述的半导体激光器芯片结构，其特征在于：所述电流注入分离电极为单段或者多段。
8.如权利要求2～7中任一项所述的半导体激光器芯片结构，其特征在于：所述第一分离电极电极材料为Ti/Pt/Au，所述第二分离电极电极材料为Ti/Pt/Au，所述第三分离电极电极材料为Ti/Pt/Au。
9.如权利要求8所述的半导体激光器芯片结构，其特征在于：还包括激光器波导区。
10.如权利要求8所述的半导体激光器芯片结构，其特征在于：所述宽条形半导体激光器芯片结构采用0.5～8毫米腔长的976nm波长量子阱外延结构。
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