[发明专利]一种优化导热的半导体激光器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种优化导热的半导体激光器及其制备方法。本发明所述优化导热的半导体激光器，采用嵌入型导热结构连接有源区，解决掩埋式量子阱激光器的散热问题；在脊型结构两侧嵌入有源区的导热柱，激光器工作时，有源区产生的热量不断的通过导热柱向电极传输，使有源区温度保持在合理范围之内，避免温度过高导致COD；实现散热功能的同时，不破坏器件有源区及整体结构，提高激光器抗灾变能力，延长激光器寿命。

技术领域

本发明涉及一种优化导热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

光电子技术是当代高新科技的重要组成部分，对发展国民经济、国防建设起到举足轻重的作用。半导体激光器的应用覆盖了整个光电子学领域，已成为当今光电子科学的核心技术。由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、效率高、可靠性好、较宽的波长选探性、易于调制和价格低廉等优点，使它已广泛应用于光纤通信、信息存储户、医疗、激光打印、材料加工、光电子集成以及泵浦固体激光器等领域。

对于半导体激光器，影响其温度特性及可靠性的主要因素包括，材料内部缺陷对光子的散射及吸收，有源区温度升高使载流子溢出，最终导致高功率密度下载流子的非辐射复合产生大量热；如果不及时散热，会导致COD现象(灾难性光损伤)，使芯片的温度急剧升高，破坏腔面，输出功率严重下降，波长增加，寿命降低。因此散热能力的好坏对半导体激光器的性能和稳定性尤为重要。

因此，在生产半导体激光器时，一方面要优化管芯封装工艺，使得芯片产生的热量尽快释放，比如倒装封装以及硬焊料烧结都会提高半导体激光器高功率输出时的寿命。另一方面，要改进激光器的结构，优化材料生长工艺，提高半导体激光器的电光转换效率，从而降低注入载流子密度及焦耳热的产生。

专利申请号ZL200610077737.9公开了一种半导体激光器。该激光器通过在沿腔长的激光器主体部分镀覆金属层，将激光器发光端面的及附近的热量传递至热沉，从而改善发光端面部分的散热性。但是该方法未能从热量产生区域解决激光器散热问题，并且激光器镀覆金属层后对整体性能会有有一定影响。

中国专利，公开号CN104538844A公开了一种太赫兹量子级联激光器器件结构及其制作方法，通过在器件侧面淀积导热绝缘层并覆盖金属，提供了器件横向的散热通道。但是此专利中的脊型结构直接延伸至下接触层，有源区暴露在空气中，容易受空气中复杂因素的影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种优化导热的半导体激光器。

本发明还提供一种上述半导体激光器的制备方法。

本发明的技术方案为：

一种优化导热的半导体激光器，包括自下而上依次设置的衬底、下包层、有源区、上包层和接触层；所述接触层的上表面设置有多个脊型结构，相邻脊型结构之间形成沟槽；所述沟槽的底面和两个侧面上设置有介质膜；所述介质膜和接触层的上表面设置有第一金属电极层；所述沟槽的两侧设置有导热柱；所述导热柱从第一金属层依次穿过介质膜、接触层和上包层与有源区的上表面接触。介质膜起到电绝缘作用。

根据本发明优选的，所述衬底的下表面设置有第二金属电极层；所述第二金属电极层为Ge/Ni/Au。

根据本发明优选的，所述衬底为通用的GaAs衬底；所述下包层、有源区和上包层均采用与GaAs衬底晶格匹配的AlGaInP材料；所述接触层为重掺杂Zn的GaAs，掺杂浓度为1×10¹⁹～1×10²⁰cm^-3；所述介质膜为氧化硅；第一金属电极层为Ti/Pt/Au。

根据本发明优选的，所述上包层与接触层的总厚度为1～4μm。