[发明专利]集成肋片式红外半导体激光器结构

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术，特别是一种具有良好散热功能的集成肋片式红外半导体激光器结构。

背景技术

1994年红外量子级联激光器的发明开创了“能带工程”设计与高精度的分子束外延材料生长技术相结合的新里程。由于红外技术在军事以及国民经济各领域广泛的潜在应用背景，自从诞生以来，量子级联激光器的研究突飞猛进，工作性能指标不断取得突破。截至2008年，3.8-11.5微米波长的量子级联激光器实现室温连续波工作(S.Slivken，et al，Proc.ofSPIE，6900，6900B-1)。然而，量子级联激光器大的电功率密度(10-50kW/cm²)，高的热阻率以及脊形波导结构对横向热扩散的限制，制约了量子级联激光器室温工作的性能(V.Spagnolo，J.Appl.Phys.，103，043103-1)，如，室温功率以及室温转化效率。目前，人们用于改善量子级联激光器室温性能的主要途径包括：改善封装结构、掩埋波导结构以及电镀厚金层等。这些途径都在不同程度上对量子级联激光器室温性能的改善起到的重要作用。然而，量子级联激光器有源区一般由几十个级联结构周期堆叠在一起组成，500-1000个半导体材料层界面是造成高热阻率的主要原因，因此，只有从改善有源区结构入手才能从本质上改变器件有源区的热积累状况，从而提高器件工作性能。

本发明着眼于一种全新的器件结构设计来改善普通量子级联激光器工作过程中的散热问题。在材料生长过程中将耦合量子阱有源区与较厚的散热层肋片交替集成在一起，并通过在脊形区两边二次外延包覆散热材料来提高有源区中的横向热扩散。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效进行横向热扩散的红外半导体激光器结构。其具有单片集成、散热效率高等特点。

本发明提供一种集成肋片式红外半导体激光器结构，其特征在于，该结构包括：

一脊形区；

一集成肋片式结构，该集成肋片式结构制作在脊形区上面的中间位置；

两包覆散热区，该两包覆散热区制作在脊形区上面、集成肋片式结构的两侧；

上、下欧姆接触层，该上欧姆接触层制作在集成肋片式结构和两包覆散热区的上表面；该下欧姆接触层制作在脊形区的下表面。

其中集成肋片式结构由耦合量子阱有源区与散热层肋片多周期交替组成。

其中耦合量子阱有源区由不超过10个周期的量子级联结构组成。

其中散热层肋片的厚度大于300nm。

其中散热层肋片的材料为InP或GaAs。

其中耦合量子阱有源区与散热层肋片交替周期数为6-10。

其中包覆散热区的材料与散热层肋片的材料相同。

附图说明

为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作一详细地描述，其中：

图1是本发明的集成肋片式红外半导体激光器的立体示意图；

图2是本发明的集成肋片式结构截面示意图；

图3是本发明的1周期量子级联结构材料组成示意图；

图4是本发明的工作状态下1.5周期量子级联结构能带示意图；

图5是本发明的完整材料结构制作顺序示意图；

图6是本发明的器件工艺过程示意图。

具体实施方式

器件结构请参阅图1，本发明是一种集成肋片式红外半导体激光器结构，该结构包括：

一脊形区101；一集成肋片式结构102，该集成肋片式结构102制作在脊形区101上面的中间部位；两包覆散热区103，该两包覆散热区103制作在脊形区101的上面、集成肋片式结构102的两侧；一上欧姆接触层105，该上欧姆接触层105制作在集成肋片式结构102和集成肋片式结构102两侧的两包覆散热区103的上面；

其中，包覆散热区103对于GaAs/AlGaAs型器件采用半绝缘GaAs材料，InGaAs/InAlAs/InP型器件采用半绝缘InP材料(Fe掺杂)；上欧姆接触层105，下欧姆接触层104视情况可采用Ti/Au或Ge/Au/Ni/Au或AuGeNi/Au。

脊形区的集成肋片式结构102详细内部结构请参阅图2，该集成肋片式结构102包括：耦合量子阱有源区201；散热层肋片202。其中，散热层肋片202对于GaAs/AlGaAs型器件采用GaAs材料，对InGaAs/InAlAs/InP型器件采用InP或InGaAs材料。散热层肋片厚度大于300nm，远远大于III-V族材料体系的声子平均自由程，因此声子输运散热效果明显。