[发明专利]一种半导体激光器结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种半导体激光器结构及其制备方法。所述半导体激光器结构包括由下至上依次设置的N‑金属层、N‑电流阻挡层、衬底、外延材料层、P‑电流阻挡层及P‑金属层；所述衬底下表面有设置有周期性排列孔洞和N‑电流阻挡层。本发明在衬底减薄后设置孔洞及电流阻挡层，释放外延片内部应力，N面焊接封装时增大与焊料接触面积，键合牢固，缓冲热应力，同时限制电流注入区域，提高光电转换效率。

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器结构及其制备方法，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。

在半导体激光器芯片生产过程中，要经历外延膜层生长、光刻图形、蒸发金属、机械减薄等复杂的工艺流程，外延片及衬底在高温或外在机械力量的影响下会产生较大的应力，若这些应力得不到有效的释放，很容易导致芯片翘曲、裂纹甚至破片，降低了生产良率。

对于负极面与热沉相连接的封装方式，由于半导体芯片与热沉的热膨胀系数不同，温度变化产生的应力会造成焊料开裂、半导体芯片断裂等问题，降低了半导体激光器的可靠性及寿命。此外，负极面和热沉通过焊料固定连接时，由于平坦的负极面比表面积小，表面能低，造成结合不牢，再加上热应力的作用，增加了焊料开裂的几率。

另外，为了提高半导体激光器光电转换效率及光斑质量，除了良好的热管理外，还需要提高有效区域的电流注入密度，减少向非有效区域的扩展，目前通常采用在正面电极制作具有特定位置窗口的电流阻挡层的方式，仅向发光区位置注入电流。这种方式只在注入端设计窗口，负极面不做处理，电流在外延膜层及衬底上的横向扩展限制不彻底，降低了光电转换效率。

中国专利CN103715600A公开了一种低热应力结构的高功率半导体激光器。包括一次层叠的四层结构，第一层为正极连接层的热沉，第二层包括半导体激光器芯片和绝缘片，第三层是电极连接层，第四层是负极连接块。其中电极连接层中，与半导体激光器芯片焊接的部位为平面齿状结构，用以降低芯片与连接层之间的热应力。该专利是通过改变封装热沉部件结构来降低热应力，并未涉及半导体激光器芯片自身应力的降低或释放。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种半导体激光器结构，通过对衬底结构化设计，释放半导体激光器芯片自身应力，增加芯片与焊料的接触面积，提高散热能力，同时提高有效区域的电流密度，提高光电转换效率。

本发明还提供一种降低应力的半导体激光器结构的制备方法，尤其适用于正装焊接(N面与焊料接触)封装方式的半导体激光器。

术语说明:

MOCVD：金属有机物化学气相沉积。是用于外延材料生长的常规技术。

PECVD：等离子体增强化学的气相沉积法。是用于生长SiO₂或SiN_x材料的常用技术。

ICP刻蚀：感应耦合等离子体刻蚀，利用高密度等离子体引起的化学反应和反应气体离子物理轰击作用进行刻蚀，属于干法刻蚀的一种。

本发明的技术方案如下：

一种半导体激光器结构，包括由下至上依次设置的N-金属层、N-电流阻挡层、衬底、外延材料层、P-电流阻挡层及P-金属层；其中，

所述外延材料层上有周期性设置的脊条、位于脊条两侧的沟槽和位于沟槽外侧的肩部；形成带肩脊条结构；

在所述的脊条、沟槽和肩部的表面设置有P-电流阻挡层；所述P-电流阻挡层在脊条位置设有窗口1，且窗口1宽度小于脊条宽度；形成P面；

在衬底下表面对应于P面的肩部区域上有周期性设置的孔洞或沟道；