[发明专利]一种具有新型腔面非注入区窗口结构的半导体激光器

说明书

发明领域

本发明涉及一种半导体激光器，特别涉及一种大功率半导体激光器。 

背景技术

大功率半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、覆盖的波段范围广、易集成等优点，在激光存储、激光显示、激光打标、机械加工、生物医学和军事等领域有着广泛的应用。随着实际应用的不断拓展，对大功率半导体激光器的性能提出了更高的要求，尽可能提高半导体激光器的输出功率、改善半导体激光器的光束质量一直是半导体激光器研究的重要方向。 

腔面光学灾变损伤（COD）是限制大功率半导体激光器输出功率的主要原因之一，COD的产生主要是由于半导体激光器腔面处存在表面态或界面态，这些都是非辐射复合中心，在腔面附近由光吸收产生的电子空穴对通过这些非辐射复合中心产生非辐射复合,使腔面处温度升高，导致腔面附近带隙收缩,进一步加剧了腔面光吸收,这样形成恶性循环,当温度足够高时,导致腔面烧毁，器件失效。抑制腔面光学灾变损伤的发生，一般有以下几种途径：减少腔面处表面态或界面态形成的非辐射复合中心的密度；抑制腔面处的带隙收缩，减少光的吸收；减小腔面附近的载流子注入，减少注入电流在腔面处的非辐射复合。 

采用腔面非注入区技术能够有效地提高大功率半导体激光器的COD阈值。腔面非注入区技术主要是通过在前后腔面附近各引入一段电流非注入区，限制载流子注入腔面，减小腔面处的载流子浓度，从而减少腔面处载流子的非辐射复合，提高COD阈值。腔面非注入区的实现方法主要包括腔面附近介质钝化、离子注入形成高阻区、去除腔面附近的高掺杂欧姆接触层等。采用腔面附近介质钝化的方法虽然可以限制电流直接流过腔面，但是由于高掺杂的欧姆接触层的存在，电极窗口处的电流可以扩散到腔面处，电流阻挡效果不好；离子注入的方法会在有源区上方造成晶体损伤，产生缺陷，影响器件的长期可靠性。采用去除腔面附近的高掺杂层与腔面附近介质钝化相结合的方法形成腔面非注入区，能够显著地提高大功率半导体激光器的抗COD能力，且该方法工艺过程简单，基本与常规工艺相同。但是，现有技术采用去除腔面附近的高掺杂层与腔面附近介质钝化相结合形成腔面非注入区的方法，非注入窗口区在侧向上缺少对光束的限制，使光束在水平方向上的发散比较严重。 

发明内容

本发明的目的在于提高半导体激光器的COD阈值，同时抑制半导体激光器光束的水平发散角，改善光束质量。 

为了达到上述目的，本发明提出了一种具有新型腔面非注入区窗口结构的半导体激光器。采用去除腔面附近高掺杂欧姆接触层与腔面附近电绝缘介质层钝化相结合的方法形成腔面非注入区，以提高半导体激光器的COD阈值；通过在非注入窗口区引入脊型结构，形成侧向弱折射率波导结构，以限制光束的水平发散角。 

本发明的技术解决方案如下：一种具有新型腔面非注入区窗口结构的半导体激光器，包括：衬底（1）；下限制层（2）；下波导层（3）；具有量子阱结构的有源层（4）；上波导层（5）；上限制层（6）；欧姆接触层（7）；电绝缘介质层（8）；正面电极（9）；背面电极（10）。衬底（1）、下限制层（2）、下波导层（3）、具有量子阱结构的有源层（4）、上波导层（5）、上限制层（6）、欧姆接触层（7）从下至上依次相邻，腐蚀除去欧姆接触层（7）和上限制层（6）的四边，在欧姆接触层（7）的中心位置形成第一脊型台，欧姆接触层（7）上下贯通，上限制层（6）上下不贯通；腐蚀去除上限制层（6）未贯通部分的四角，上限制 层（6）的左侧形成第二脊型台，上限制层（6）的右侧形成第三脊型台，第一、二、三脊型台的水平中心线共面，腐蚀后上限制层（6）的四角不贯通；电绝缘介质层（8）覆盖于上限制层（6）的上表面以及第一脊型台的侧面，正面电极（9）覆盖在电绝缘介质层（8）和第一脊型台的上表面，背面电极（10）生长在衬底（1）上。电流注入区位于第一脊型台上，用来提供激光器工作所需的电流。腔面附近高掺杂欧姆接触层被完全腐蚀，有效地抑制了电流注入腔面，减小腔面处的载流子浓度，从而减少腔面处载流子的非辐射复合，提高COD阈值；第二、三脊型台的引入使腔面非注入区在侧向上形成弱折射率波导结构，能够有效抑制激光器光束在水平方向上的发散，改善光束质量。 

本发明具体制作方法包括以下步骤： 

步骤1，在衬底（1）上依次生长下限制层（2）、下波导层（3）、具有量子阱结构的有源层（4）、上波导层（5）、上限制层（6）、欧姆接触层（7），参见图3a； 

步骤2，腐蚀除去欧姆接触层（7）和上限制层（6）的四边，在欧姆接触层（7）的中心位置形成第一脊型台，欧姆接触层（7）上下贯通，上限制层（6）上下不贯通，参见图3b；