[发明专利]一种消除波长双峰的808nm激光器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种消除波长双峰的808nm激光器及其制备方法，属于半导体激光器封装的技术领域。

背景技术

半导体激光器具有高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑等优点，广泛用于光纤通信，激光泵浦，医疗器械，光学图象处理，激光打印机等领域。随着半导体技术的日益发展和成熟，激光二极管在功率，转换效率，波长扩展和运行寿命等方面已经有很大的提高。由于半导体激光器具有量子效率高、可靠性高、使用寿命长、发射波长与激光介质吸收峰很好对应、激光输出光束质量好等特点，有利于与泵浦技术相互结合，成为激光泵浦技术中的一个重要突破，泵浦激光器的迅速发展逐渐成为一种趋势。

光在波导中传播时，如果电场偏振方向垂直于传播方向则称为TE模式，如果磁场偏振方向垂直于传播方向则称为TM模式。在量子阱激光器中，量子尺寸效应使有源区材料的重空穴与轻空穴的能带简并度解除，这对应于晶体中的对称性发生变化，会导致跃迁矩阵元的各向异性。

如果阱材料受到平行于阱面方向的双轴压应变和垂直于阱面方向的拉伸应变使其价带顶的重空穴能级上升，轻空穴能级下降，重空穴能级曲率变大，有效质量减小。这种变化不仅可以降低激光器的阈值电流密度，还能提高微分增益，提高其动态工作特性。

如果在平行方向受到双轴张应变和垂直方向压应变，将会提升轻空穴带，而使重空穴带降低，且减小其有效质量，所以可以增加TE模与TM模的对称性，输出与偏振模式无关的激光或TM偏振模激光。

TE或者TM偏振激光具有不同的激发波长，并且泵浦晶体时需要选择不同的方向，因此两个模式存在竞争时会影响泵浦效率。

然而，激光器因为在外延生长和芯片工艺制作中，反复经历了高温退火工艺，导致激光器芯片内部聚集大量残余应力得不到释放，不同偏振模式相互竞争，封装后激光器波长呈现2个或2个以上的波峰，如附图3、图4所示：图3为封装后激光器波长呈现2个波峰的情况，图4为封装后激光器波长呈现单个波峰情况，即为正常合格情况。

如图3所示，当激光器出现2个波峰时，尤其是808nm激光器泵浦绿光时，2个波峰的相互竞争导致晶体的吸收效率降低，泵浦绿光的功率降低，因此在激光器生产时必须解决波长双峰的现象。长期以来外延工艺、管芯工艺、封装工艺各领域想尽办法抑制波长双峰的发生，但均未取得显著效果。

在《中国激光》第2010年1月公开的名称为《大功率半导体激光器阵列光谱展宽机理研究》的文章中指出激光器光谱展宽常常会在光谱的一边或两边出现肩膀或尾巴,有时也会出现双峰或多峰。研究结果表明在光谱长波方向(中心波长右端)出现的肩膀或尾巴通常是由于热效应造成的,而在光谱短波方向(中心波长左端)的肩膀或尾巴一般是激光器阵列内热应力效应造成的结果。根据大功率半导体激光器阵列光谱展宽的机制,提出了控制光谱展宽的方案和方法。但是此文献是针对激光器阵列的，主要通过优化封装工艺解决激光器双峰或多峰。如果器件本身应力过大或者不容易应力弛豫，后段工艺是较难解决激光器光谱展宽问题的。

中国专利CN102760794B涉及一种低应力的氮化镓外延层制备方法，在衬底的正面或背面刻蚀图案，刻蚀的深度为1μm-100μm，刻蚀图案为正方形或圆形，图案之间的间距尺寸为1μm-10μm；用硫酸或者硫酸/磷酸混合溶液对刻蚀处理过的衬底层进行腐蚀，用去离子水进行清洗，在处理过的衬底的正面上采用MOCVD法生长氮化镓外延层。该专利用于GaN材料体系，GaN是透明材料，不吸光；而本发明是GaAs材料体系，GaAs不透明利用吸光特性改善内部应力；该专利主要目的是降低外延生长过程中的应力，芯片制作过程中的应力没有去处；而本发明是在芯片工艺完成后进行，同时降低外延生长和芯片制作过程中的应力。

中国专利CN 203503972U公开了一种降低应力的激光器芯片结构，包括激光器芯片主体，激光器芯片主体具有正极和与外部电极电性连接的负极，正极上设置有多个发光部，并且发光部之间设置有第一凹槽，还包括热沉结构，热沉结构包括热沉主体，热沉主体的正面通过焊料层焊接在激光器芯片主体的正极上，在热沉主体的位于激光器芯片主体的第一凹槽相对应的部位上开有第二凹槽，并且该第二凹槽与第一凹槽一一对应。该专利主要介绍了一种多个发光点激光器芯片和热沉的结合方法，在热沉上面开凹槽，利用热沉凹槽缓解封装时金属受热产生的应力，主要目的是消除封装过程中的热应力，核心是热沉的凹槽结构。而本发明是消除芯片生长中和芯片制作过程中的应力，重在外延层内部的改善。因此该专利与本发明两者具有本质区别。

发明内容