[发明专利]大功率半导体激光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光二极管，特别包括结侧向下安装在载体或下底座上的具有大的光输出功率的单片式宽发射域(BASE)激光二极管。在本文中大输出功率意味着激光二极管具有至少100mW的输出。这种激光二极管通常用在光电子学领域和工业应用场合。这种激光二极管的光输出功率和稳定性受到很大关注，并且在正常使用过程中的任何恶化都是非常不利的。本发明关注这种激光二极管的改进设计，特别是对通过以规定方式控制激光二极管中的电流来显著最小化或避免在非常大的光输出功率时这种激光二极管的恶化的改进。

背景技术

上述类型的半导体激光二极管已经成为例如光通信技术中的重要组成部分，特别是因为这种激光二极管能用于光纤泵浦和其它大功率激光二极管应用场合。这使得能设计所有的光纤通信系统，避免对待传送的信号进行任何复杂的转换，从而提高了这类系统的速度和稳定性。这类大功率激光二极管的其它应用场合还包括电缆TV(CATV)放大器、印刷应用场合和医疗应用场合。

典型的半导体激光二极管，例如AlGaAs脊形波导激光二极管，包括被两个AlGaAs镀层夹在中间的(应变式)量子势阱活跃区。第一镀层首先生成在衬底上，通常称为下镀层，并且通常是n-型掺杂。第二镀层在活跃区生成之后，接着生成在衬底上，通常称为上镀层，并且通常是p-型掺杂。整个半导体的外延结构生成在GaAs衬底上。第一电极的金属化提供了与第一镀层的电接触，而第二电极的金属化提供了与第二镀层的电接触。通常，第一电极覆盖晶片的背面，从这个背面开始生长外延层，而第二电极覆盖脊形波导的至少一部分。不过，电极的其它掺杂结构和位置也是有可能的。

通常，这种半导体激光二极管可以按照两个不同的模式操作。首先，器件可以利用第一电极焊接在载体或下底座上，这通常称为结侧向上(junction-side-up)安装的激光二极管(其中，器件焊接在载体或下底座上，同时衬底表面远离载体或下底座)。通常，具有几个微米脊形宽度的窄带(单模式)激光器以这种方式焊接。第二，器件可以倒置并利用第二电极焊接到载体或下底座上，这通常称为结侧向下安装(junction-side-down)的激光二极管。通常，具有大约100-200μm脊形宽度的宽域(多模式)激光器BASE以这种方式焊接。应该注意到，本发明优选适用于结侧向下安装的BASE激光二极管。不过，本发明不局限于这种器件是清楚的。特别是，本发明不局限于上述的脊形波导激光器，而是适用于其它设计的半导体激光二极管，例如，掩埋式异质结构激光二极管。

所有半导体激光二极管的主要问题之一是端部区域的恶化，特别是激光二极管的前面附近。这种恶化被认为是由脊形波导前面区域(或端部)的不可控的温度升高所引起的，特别是在大功率输出的情况下。该温度升高可能由这些区域中不期望的载流子复合以及由于自由载流子注入造成的发热引起。

激光二极管脊形波导的端部以及激光二极管的其它部分中的局部电流，由驱动激光二极管的注入电流产生。于是，为了减小局部电流密度，并为了最终避免激光二极管端部中的电流流动以及因此产生的不期望的载流子复合，所公知的是减少注入到这些端部的电流。已经测试和描述了用于减少注入到端部的电流的各种设计，包括卸下触头、通过蚀刻移除触头，或者在这些区域周围打断触头。所测试和实现的一些设计由于材料、处理或可靠性问题而失败，一些设计显示出不合需要的副作用，而另一些是完全不实用的或者是太难而不能实现的。

以下将描述用于避免上述激光二极管前面区域中载流子复合的一些公知方法。

一种尝试公开在Itaya等的美国专利5343486中，其示出复合半导体激光二极管，同时电流阻挡区域形成在激光二极管结构的一个面部分中。不过，不利的是，该设计增加了制造复杂度。此外，该方法不适合于利用氧化迅速的材料进行工业制造，例如A1GaAs激光二极管，因为在利用Itaya的方法进行处理的过程中Al的氧化速度快。

Yu等的美国专利6373875公开了多个电流阻挡层，每个电流阻挡层都在每个激光二极管的脊形波导的端部上，并且两个独立的阻挡层完全覆盖脊形波导的剩余主体的左右两侧。因此，这种结构具有若干个层，这些层横向不接触，并且恰好位于波导边缘的中断可能造成不期望的影响。