[发明专利]一种高电流注入密度的半导体激光器及其制备方法

说明书

一种高电流注入密度的半导体激光器，在窄脊条上GaAs接触层为内缩结构。本发明在外延片上生长做干法刻蚀用的硬质掩膜，在生长有硬质掩膜的外延片上旋涂光刻胶，并利用设定尺寸的光刻版光刻得到与所需脊条尺寸相近的光刻胶掩膜图形；使用干法刻蚀的方式以光刻胶为掩膜刻蚀硬质掩膜，继续以干法刻蚀掉外延层，形成≤5μm宽度的脊条结构；腐蚀GaAs接触层，形成内缩的脊条；再次生长SiO₂做电流阻挡层；湿法腐蚀的方式去除掉GaAs接触层上表面电流阻挡层，最后形成半导体激光器。本发明利用干法刻蚀侧壁形成陡直窄脊型结构，并减小脊条顶部GaAs接触尺寸，提高了电流注入密度，增强光电转换效率。

技术领域

本发明涉及一种高电流注入密度的半导体激光器及其制备方法，属于半导体激光器的技术领域。

背景技术

半导体激光器具有体积小、重量轻、省电等优点，在激光打印和印刷、光学测量、机器人与自动控制、美容、医疗等领域有广泛的应用。

为了提高光电转换效率并得到高功率的半导体激光器，增大功能区的电流注入密度是一种常用的方法。为改善半导体激光器光束质量，获得单模特性，减小脊条宽度(≤5μm)是一种行之有效的方式。

在半导体激光器生产工艺中，干法刻蚀是利用气相等离子体原子、分子、离子等与基片反应，生成可挥发性的自由基团、离子等的化学反应过程和离子轰击的物理过程相结合的一种刻蚀方法。因为具有良好的各相异性，使用干法刻蚀制作半导体激光器可以得到侧壁形貌较好的脊条结构。

同时，脊条与P型电极之间形成良好的欧姆接触同时避免电流向非功能区泄漏也是半导体激光器工艺中关键的组成部分。目前通常采用光刻胶的微缩技术，在衬底上光刻形成与目标区域一致的光刻胶图形，再通过一定的方式减小光刻胶尺寸，生长电流阻挡层后通过化学或物理的方式去除光刻胶及其表面的电流阻挡层，形成电流阻挡层包覆目标区域的结构。此种方法的缺点是工艺过程复杂，成本高，尤其对于要求产生单模的窄脊条半导体激光器来说，工艺重复性差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高电流注入密度的半导体激光器。

本发明还提供上述半导体激光器的制备方法。

本发明的技术方案在于：

一种高电流注入密度的半导体激光器，包括：由下而上依次设置的N-电极、衬底、N-限制层、下波导层、量子肼有源区、上波导层、P-限制层和GaAs接触层；

所述上波导层的宽度、P-限制层的宽度均小于量子肼有源区的宽度；

所述GaAs接触层的宽度小于P-限制层的宽度；

在所述量子肼有源区、上波导层的侧壁、P-限制层的侧壁和GaAs接触层的侧壁设置有电流阻挡层；

在所述电流阻挡层和GaAs接触层的上表面设置有P-电极。

根据本发明优选的，所述GaAs接触层的宽度≤5μm。

本发明通过缩小脊条上GaAs接触层的尺寸，保持外延层脊条尺寸不变，提高电流注入密度的同时限制高阶模的产生。

上述半导体激光器的制备方法，包括：

1)在衬底上使用MOCVD自下而上依次生长N-限制层、下波导层、量子肼有源区、上波导层、P-限制层和GaAs接触层，形成外延片；所述衬底为GaAs衬底；

2)在所述外延片上利用SiO₂或Si₃N₄干法刻蚀掩膜形成掩膜；优选的，所述掩膜厚度为利用PECVD工艺生长SiO₂或Si₃N₄做干法刻蚀掩膜；