CN1719677A - 铝铟磷或铝镓铟磷材料大功率半导体激光器及制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝铟磷或铝镓铟磷材料大功率半导体激光器，其中包括：一衬底；一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；一下包层，该下包层制作在缓冲层上；一下波导层，该下波导层制作在下包层上，起到光场限制作用；一有源区，该有源区制作在下波导层上，该有源区为发光区；一上波导层，该上波导层制作在有源区上，起到光场限制作用；一上包层，该上包层制作在上波导层上；一P型镓铟磷层，该P型镓铟磷层制作在上包层上；一P型镓砷欧姆接触层，该P型镓砷欧姆接触层制作在P型镓铟磷层上；一P面电极，该P面电极制作在P型镓砷欧姆接触层上；一N面电极，该N面电极制作在衬底的下面。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的Al(Ga)InP(铝铟磷或铝镓铟磷)大功率半导体激光器的器件结构及其制作方法。
背景技术
Al(Ga)InP材料常被用来制作可见光波段的激光器，尤其在红光波段应用广泛。红光半导体激光器主要应用于光盘读写系统、激光教鞭、条形码阅读器、激光打印、固体激光器泵浦源、测量仪器和医疗器械装置中。高密度数字视频光盘技术的发展使得630-655nm波段的红光半导体激光器发展迅速，不管是低阈值、单模器件还是大功率器件均有长足进步。激光动力学疗法、激光手术刀、激光美容等医学应用领域的兴起促使更多目光关注于大功率红光激光器的研究。对大功率半导体激光器而言，光灾变损耗(COD)以及热效应是限制其性能的主要因素。COD英文缩写是catastrophic optical damage，主要是高密度的光功率在解理腔面处的强烈光吸收而造成的。一般认为这种吸收是由于解理面附近的表面复合中心和与之伴随的载流子耗尽造成的，由于这种吸收产生的热量使得腔面附近的温升较高，如果温升达到半导体材料的熔点就会造成腔面的毁坏。COD对器件造成的是一种不可恢复的破坏行为，虽然不能完全消除该限制，但是可以采取工艺来提高器件的COD功率水平。热效应则是因为高注入、大功率情况下激光器由于有源区(激光器的有源区相对于整个器件体积来说只占很小比例)复合发光产生的热效应以及自身串联电阻所产生的欧姆热效应，使得有源区温升较高，降低辐射复合效率，增加非辐射复合，增加腔面处光吸收，最终恶化激光器输出特性，影响器件的COD功率。
迄今为止，虽然已有多种方案来提升COD功率，如采用大光腔结构、锥形腔结构，带无注入区窗口结构、非吸收窗口结构等，但是这些方案都没有考虑到大功率器件工作时散热特性对其最终性能的影响。半导体激光器中多采用介质膜(SiO2，Si3N4，SiNO，Al2O3等)来得到电注入限制区，由于这些介质膜的热导率很差，尽管介质层很薄，它们仍会对器件的散热造成很大影响。在研究中我们也发现工作温度偏高会严重影响器件的输出特性。
本发明采用的这种新型结构的激光器不仅可以获得高的COD功率水平还可以有效改善器件的散热特性，对制作和研究大功率Al(Ga)InP材料激光器很有意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种铝铟磷或铝镓铟磷材料大功率半导体激光器及制作方法，其可提高激光器的COD功率，改善Al(Ga)InP材料激光器的散热性能，获取最好输出特性。
为了实现上述目的，本发明提出了一种铝铟磷或铝镓铟磷材料大功率半导体激光器，其特征在于，其中包括：
一衬底；
一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；
一下包层，该下包层制作在缓冲层上；
一下波导层，该下波导层制作在下包层上，起到光场限制作用；
一有源区，该有源区制作在下波导层上，该有源区为发光区；
一上波导层，该上波导层制作在有源区上，起到光场限制作用；
一上包层，该上包层制作在上波导层上；
一P型镓铟磷层，该P型镓铟磷层制作在上包层上；
一P型镓砷欧姆接触层，该P型镓砷欧姆接触层制作在P型镓铟磷层上；
一P面电极，该P面电极制作在P型镓砷欧姆接触层上；
一N面电极，该N面电极制作在衬底的下面。
其中所述的缓冲层是N型镓铟磷缓冲层。
其中所述的上、下包层是铝铟磷或铝镓铟磷材料。
其中所述的上、下波导层是铝镓铟磷材料。
其中所述的有源区是铝铟磷或铝镓铟磷材料。
本发明一种铝铟磷或铝镓铟磷材料大功率半导体激光器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采用金属有机化合物化学气相沉积外延生长技术在偏角6度的N型镓砷衬底上生长N型镓铟磷缓冲层；
步骤2：接着依续生长铝铟磷或铝镓铟磷下包层、铝镓铟磷下波导层和铝铟磷或铝镓铟磷有源区、铝镓铟磷上波导层、铝铟磷或铝镓铟磷上包层、P型镓铟磷层和高掺杂的P型镓砷欧姆接触层；
步骤3：材料生长完后，通过光刻、腐蚀工艺腐蚀铝铟磷或铝镓铟磷上包层，同时形成无电流注入台面和无电流注入窗口；
步骤4：然后在腐蚀好台面上制作P面电极；
步骤5：最后减薄外延片，制作N面电极。
其中铝铟磷或铝镓铟磷上包层的腐蚀深度小于其本身厚度的4/5。
其中无电流注入窗口的宽度小于激光器腔长的1/3。
其中所述的腐蚀工艺采用的腐蚀液为溴系和盐酸系。
本发明所涉及的器件结构简单，可以省去常规工艺的介质膜生长工序，节约成本，并且由于改善了散热特性还可以提升器件的输出性能。
附图说明
为进一步说明本发明的结构、特点，以下结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述如下，其中：
图1是本发明提出的新型Al(Ga)InP材料大功率半导体激光器的剖面图；
图2是本发明提出的激光器外延片生长P面电极层前的结构图。
具体实施方式
下面结合图1和图2详细说明依据本发明具体实施例新型的Al(Ga)InP材料大功率半导体激光器结构细节及其制作情况。
请参阅图1所示，本发明一种铝铟磷或铝镓铟磷材料大功率半导体激光器，其中包括：
一衬底1；
一缓冲层2，该缓冲层2制作在衬底1上，所述的缓冲层2是N型镓铟磷缓冲层；
一下包层3，该下包层3制作在缓冲层2上，所述的下包层3是铝铟磷或铝镓铟磷材料；
一下波导层4，该下波导层4制作在下包层3上，起到光场限制作用；
一有源区5，该有源区5制作在下波导层4上，该有源区5为发光区，所述的有源区5是铝铟磷或铝镓铟磷材料；
一上波导层6，该上波导层6制作在有源区5上，起到光场限制作用；
一上包层7，该上包层7制作在上波导层6上，所述的上包层7是铝铟磷或铝镓铟磷材料；
一P型镓铟磷层8，该P型镓铟磷层8制作在上包层7上；
一P型镓砷欧姆接触层9，该P型镓砷欧姆接触层9制作在P型镓铟磷层8上；
一P面电极10，该P面电极10制作在P型镓砷欧姆接触层9上；
一N面电极11，该N面电极11制作在衬底1的下面。
请结合参阅图1及图2，本发明一种铝铟磷或铝镓铟磷材料大功率半导体激光器的制作方法，包括如下步骤：
步骤1：采用金属有机化合物化学气相沉积外延生长技术在偏角6°度的N型镓砷衬底1上生长N型镓铟磷缓冲层2；
步骤2：接着依续生长铝铟磷或铝镓铟磷下包层3、铝镓铟磷下波导层4和铝铟磷或铝镓铟磷有源区5、铝镓铟磷上波导层6、铝铟磷或铝镓铟磷上包层7、P型镓铟磷层8和高掺杂的P型镓砷欧姆接触层9；
步骤3：材料生长完后，通过光刻、腐蚀工艺腐蚀铝铟磷或铝镓铟磷上包层7，同时形成无电流注入台面和无电流注入窗口12；其中上包层7的腐蚀深度小于其本身厚度的4/5；无电流注入窗口12的宽度小于激光器腔长的1/3；其中所述的腐蚀工艺采用的腐蚀液为溴系和盐酸系；
步骤4：然后在腐蚀好台面上制作P面电极10；
步骤5：最后减薄外延片，制作N面电极11。
图2给出腐蚀完Al(Ga)InP上包层7，生长P面电极10之前的结构图。其中与图1相对应的部分采用相同编号标记。用带胶剥离方法生成SiO2层作为腐蚀阻挡层来保护电注入条形部分。采用Br系(Br，HBr，H2O)和HCl系(HCl，H2O)腐蚀液相结合来获取合适Al(Ga)InP上包层厚度，由于该层的厚度会影响激光器的输出特性，所以要严格控制腐蚀时间，理论上上包层的腐蚀深度小于其本身厚度的4/5。同时，通过对光刻板的设计，可以在激光器的腔面处得到无电流注入窗口12，其中无电流注入窗口12的宽度小于激光器腔长的1/3。
Claims (9)
1、一种铝铟磷或铝镓铟磷材料大功率半导体激光器，其特征在于，其中包括：
一衬底；
一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；
一下包层，该下包层制作在缓冲层上；
一下波导层，该下波导层制作在下包层上，起到光场限制作用；
一有源区，该有源区制作在下波导层上，该有源区为发光区；
一上波导层，该上波导层制作在有源区上，起到光场限制作用；
一上包层，该上包层制作在上波导层上；
一P型镓铟磷层，该P型镓铟磷层制作在上包层上；
一P型镓砷欧姆接触层，该P型镓砷欧姆接触层制作在P型镓铟磷层上；
一P面电极，该P面电极制作在P型镓砷欧姆接触层上；
一N面电极，该N面电极制作在衬底的下面。
2、根据权利要求1所述的铝铟磷或铝镓铟磷材料大功率半导体激光器，其特征在于，其中所述的缓冲层是N型镓铟磷缓冲层。
3、根据权利要求1所述的铝铟磷或铝镓铟磷材料大功率半导体激光器，其特征在于，其中所述的上、下包层是铝铟磷或铝镓铟磷材料。
4、根据权利要求1所述的铝铟磷或铝镓铟磷材料大功率半导体激光器，其特征在于，其中所述的上、下波导层是铝镓铟磷材料。
5、根据权利要求1所述的铝铟磷或铝镓铟磷材料大功率半导体激光器，其特征在于，其中所述的有源区是铝铟磷或铝镓铟磷材料。
6、一种铝铟磷或铝镓铟磷材料大功率半导体激光器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采用金属有机化合物化学气相沉积外延生长技术在偏角6度的N型镓砷衬底上生长N型镓铟磷缓冲层；
步骤2：接着依续生长铝铟磷或铝镓铟磷下包层、铝镓铟磷下波导层和铝铟磷或铝镓铟磷有源区、铝镓铟磷上波导层、铝铟磷或铝镓铟磷上包层、P型镓铟磷层和高掺杂的P型镓砷欧姆接触层；
步骤3：材料生长完后，通过光刻、腐蚀工艺腐蚀铝铟磷或铝镓铟磷上包层，同时形成无电流注入台面和无电流注入窗口；
步骤4：然后在腐蚀好台面上制作P面电极；
步骤5：最后减薄外延片，制作N面电极。
7.根据权利要求6所述的铝铟磷或铝镓铟磷材料大功率半导体激光器的制作方法，其特征在于，其中铝铟磷或铝镓铟磷上包层的腐蚀深度小于其本身厚度的4/5。
8.根据权利要求6所述的铝铟磷或铝镓铟磷材料大功率半导体激光器的制作方法，其特征在于，其中无电流注入窗口的宽度小于激光器腔长的1/3。
9.根据权利要求6所述的铝铟磷或铝镓铟磷材料大功率半导体激光器的制作方法，其特征在于，其中所述的腐蚀工艺采用的腐蚀液为溴系和盐酸系。
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