一种可减少烧孔效应的半导体激光器结构的制作方法

本发明涉及激光器，特别涉及一种可减少烧孔效应的半导体激光器结构。

背景技术：

1、半导体激光器具有体积小、寿命长、能耗低、制造简单、易量产、成本低、波长覆盖范围广、电光转换效率高等优点，在光纤通信、光存储器、cd激光唱片机、激光打印机等领域获得广泛应用。量子阱大功率半导体激光器则面向精密机械加工、印刷业、医疗领域及固体泵浦源领域等等。激光技术已成为现代生活中不可替代的技术之一，不论是工业加工、医疗美容、光纤通信，还是近年来火热的无人驾驶、智能机器人等，都与激光技术息息相关。

2、当前量子阱激光器的研究方向主要集中于ingaalp—gaas、gaalas—gaas和ingaasp—inp这三类材料上。应变量子阱的概念被提出，优化了材料内部的价带特性，改良了半导体发光器件的性能。大功率gaas基半导体激光器光电转换效率可达50％，最高可达到70％，实用性得以加强，应用领域大为拓展，在工业加工领域半导体激光器迎来蓬勃发展，近年来增长势头旺盛，未来有望占有更大的份额。

3、目前，现有的大功率半导体激光器经常遇到工作不稳定问题，主要是局部高温引起的不稳定性问题，如空间烧孔效应等，会导致模式和功率输出不稳定。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可减少烧孔效应的半导体激光器结构，以使其能够改善高温特性，提高稳定性和可靠性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种可减少烧孔效应的半导体激光器结构，其特征在于，包括从下至上依次层叠设置的下电极层、衬底层、下盖层、下波导层、多量子阱层、上波导层、上盖层、脊条层、图形化接触层以及上电极层，所述图形化接触层由多个接触条以及多个绝缘条交替间隔排列而成，所述接触条沿排列方向的尺寸由中间的所述接触条开始至排列方向两端的所述接触条渐增，各所述绝缘条沿排列方向的尺寸相等。

4、在本申请一种实施例中，沿所述接触条以及所述绝缘条的排列方向，所述脊条层、所述图形化接触层以及所述上电极层的尺寸小于所述下电极层、所述衬底层、所述下盖层、所述下波导层、所述多量子阱层、所述上波导层以及所述上盖层的尺寸。

5、在本申请一种实施例中，所述接触条为进行了p型调制掺杂的ingaas接触条，中间的所述接触条沿排列方向的尺寸为0.5微米~1微米，所述接触条沿层叠方向的尺寸为0.2微米~0.4微米。

6、在本申请一种实施例中，所述绝缘条为氧化硅绝缘条或氮化硅绝缘条，所述绝缘条沿排列方向的尺寸为1微米~3微米，所述绝缘条沿层叠方向的尺寸与所述接触条相同。

7、在本申请一种实施例中，所述上电极层包括从下至上层叠设置的钛层以及第一金层，所述钛层沿层叠方向的尺寸为50nm~100nm，所述第一金层沿层叠方向的尺寸不小于300nm。

8、在本申请一种实施例中，所述脊条层为进行了p型调制掺杂的inp脊条层或者algaas脊条层，所述脊条层沿层叠方向的尺寸为0.4微米~0.6微米。

9、在本申请一种实施例中，所述上盖层为进行了p型调制掺杂的inp上盖层或者algaas上盖层，所述上盖层沿层叠方向的尺寸为0.8微米~1微米。

10、在本申请一种实施例中，所述上波导层为ingaasp波导层或者algainas波导层，所述上波导层沿层叠方向的尺寸为0.2微米~0.8微米，所述上波导层沿从下至上方向折射率逐渐减小，且折射率最低值不低于3.0。

11、在本申请一种实施例中，所述多量子阱层为ingaasp多量子阱层或者algainas多量子阱层，所述多量子阱层沿层叠方向的尺寸为10nm~100nm，所述多量子阱层包括1-10个量子阱，阱层厚度为4nm ~10nm，垒层厚度为4nm ~10nm，所述多量子阱层的垒限制结构采取双垒层限制，其中第一垒层与临近阱层的电子能带台阶大于0.3电子伏特，第二垒层与临近阱层的空穴能带台阶大于0.3电子伏特，所述多量子阱层的双垒层厚度不同。

12、在本申请一种实施例中，所述下波导层为ingaasp波导层或者algainas波导层，所述下波导层沿层叠方向的尺寸为0.2微米~0.8微米，所述下波导层沿从下至上方向折射率逐渐增大，且折射率最低值不低于3.6。

13、在本申请一种实施例中，所述下盖层为经过n型调制掺杂的inp下盖层或者algaas下盖层，所述下盖层沿层叠方向的尺寸为1.0微米~1.5微米。

14、在本申请一种实施例中，所述衬底层为经过n型调制掺杂的gaas衬底层或者inp衬底层，所述衬底层沿层叠方向的尺寸为70微米~90微米。

15、在本申请一种实施例中，所述下电极层从下至上层叠设置的第二金层以及金锗镍层，所述第二金层沿层叠方向的尺寸不小于1000nm，且所述第二金层的表面布满凹坑，所述凹坑的周期尺寸为5微米~10微米，深度为200nm ~600nm，第二金层的表面颗粒度为8000目~10000目，所述金锗镍层沿层叠方向的尺寸为50nm ~100nm。

16、由以上技术方案可以看出，本发明中公开了一种可减少烧孔效应的半导体激光器结构，该可减少烧孔效应的半导体激光器结构包括从下至上依次层叠设置的下电极层、衬底层、下盖层、下波导层、多量子阱层、上波导层、上盖层、脊条层、图形化接触层以及上电极层，所述图形化接触层由多个接触条以及多个绝缘条交替间隔排列而成，所述接触条沿排列方向的尺寸由中间的所述接触条开始至排列方向两端的所述接触条渐增，各所述绝缘条沿排列方向的尺寸相等。

17、上述可减少烧孔效应的半导体激光器结构利用图形化接触层构成非均匀栅格结构，上下电极层通过非均匀栅格定制电流注入，减少半导体激光器结构中心区热积累以及光子密度高而引起的烧孔效应，最终改善激光器稳定性，进一步减少漏电流，改善高温特性，提高可靠性。

技术特征：

1.一种可减少烧孔效应的半导体激光器结构，其特征在于，包括从下至上依次层叠设置的下电极层、衬底层、下盖层、下波导层、多量子阱层、上波导层、上盖层、脊条层、图形化接触层以及上电极层，所述图形化接触层由多个接触条以及多个绝缘条交替间隔排列而成，所述接触条沿排列方向的尺寸由中间的所述接触条开始至排列方向两端的所述接触条渐增，各所述绝缘条沿排列方向的尺寸相等。

2.根据权利要求1所述的可减少烧孔效应的半导体激光器结构，其特征在于，沿所述接触条以及所述绝缘条的排列方向，所述脊条层、所述图形化接触层以及所述上电极层的尺寸小于所述下电极层、所述衬底层、所述下盖层、所述下波导层、所述多量子阱层、所述上波导层以及所述上盖层的尺寸。

3.根据权利要求1所述的可减少烧孔效应的半导体激光器结构，其特征在于，所述接触条为进行了p型调制掺杂的ingaas接触条，中间的所述接触条沿排列方向的尺寸为0.5微米~1微米，所述接触条沿层叠方向的尺寸为0.2微米~0.4微米。

4.根据权利要求2所述的可减少烧孔效应的半导体激光器结构，其特征在于，所述绝缘条为氧化硅绝缘条或氮化硅绝缘条，所述绝缘条沿排列方向的尺寸为1微米~3微米，所述绝缘条沿层叠方向的尺寸与所述接触条相同。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的可减少烧孔效应的半导体激光器结构，其特征在于，所述上电极层包括从下至上层叠设置的钛层以及第一金层，所述钛层沿层叠方向的尺寸为50nm~100nm，所述第一金层沿层叠方向的尺寸不小于300nm。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的可减少烧孔效应的半导体激光器结构，其特征在于，所述脊条层为进行了p型调制掺杂的inp脊条层或者algaas脊条层，所述脊条层沿层叠方向的尺寸为0.4微米~0.6微米。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的可减少烧孔效应的半导体激光器结构，其特征在于，所述上盖层为进行了p型调制掺杂的inp上盖层或者algaas上盖层，所述上盖层沿层叠方向的尺寸为0.8微米~1微米。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的可减少烧孔效应的半导体激光器结构，其特征在于，所述上波导层为ingaasp波导层或者algainas波导层，所述上波导层沿层叠方向的尺寸为0.2微米~0.8微米，所述上波导层沿从下至上方向折射率逐渐减小，且折射率最低值不低于3.0。

9.根据权利要求1-4任意一项所述的可减少烧孔效应的半导体激光器结构，其特征在于，所述多量子阱层为ingaasp多量子阱层或者algainas多量子阱层，所述多量子阱层沿层叠方向的尺寸为10nm~100nm，所述多量子阱层包括1-10个量子阱，阱层厚度为4nm ~10nm，垒层厚度为4nm ~10nm，所述多量子阱层的垒限制结构采取双垒层限制，其中第一垒层与临近阱层的电子能带台阶大于0.3电子伏特，第二垒层与临近阱层的空穴能带台阶大于0.3电子伏特，所述多量子阱层的双垒层厚度不同。

10.根据权利要求1-4任意一项所述的可减少烧孔效应的半导体激光器结构，其特征在于，所述下波导层为ingaasp波导层或者algainas波导层，所述下波导层沿层叠方向的尺寸为0.2微米~0.8微米，所述下波导层沿从下至上方向折射率逐渐增大，且折射率最低值不低于3.6。

11.根据权利要求1-4任意一项所述的可减少烧孔效应的半导体激光器结构，其特征在于，所述下盖层为经过n型调制掺杂的inp下盖层或者algaas下盖层，所述下盖层沿层叠方向的尺寸为1.0微米~1.5微米。

12.根据权利要求1-4任意一项所述的可减少烧孔效应的半导体激光器结构，其特征在于，所述衬底层为经过n型调制掺杂的gaas衬底层或者inp衬底层，所述衬底层沿层叠方向的尺寸为70微米~90微米。

13.根据权利要求1-4任意一项所述的可减少烧孔效应的半导体激光器结构，其特征在于，所述下电极层从下至上层叠设置的第二金层以及金锗镍层，所述第二金层沿层叠方向的尺寸不小于1000nm，且所述第二金层的表面布满凹坑，所述凹坑的周期尺寸为5微米~10微米，深度为200nm ~600nm，第二金层的表面颗粒度为8000目~10000目，所述金锗镍层沿层叠方向的尺寸为50nm ~100nm。

技术总结
本发明涉及一种可减少烧孔效应的半导体激光器结构，包括从下至上依次层叠设置的下电极层、衬底层、下盖层、下波导层、多量子阱层、上波导层、上盖层、脊条层、图形化接触层及上电极层，所述图形化接触层由多个接触条及多个绝缘条交替间隔排列而成，所述接触条沿排列方向的尺寸由中间的所述接触条开始至排列方向两端的所述接触条渐增，各所述绝缘条沿排列方向的尺寸相等。上述可减少烧孔效应的半导体激光器结构利用图形化接触层构成非均匀栅格结构，上下电极层通过非均匀栅格定制电流注入，减少半导体激光器结构中心区热积累以及光子密度高而引起的烧孔效应，最终改善激光器稳定性，进一步减少漏电流，改善高温特性，提高可靠性。

技术研发人员：徐鹏飞,王岩
受保护的技术使用者：无锡华兴光电研究有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/20