[发明专利]包含量子阱混合（QWI）输出窗和波导区域的激光二极管与制造方法

说明书

发明背景

本申请请求2010年4月14日申请的第12/760,092号美国申请案的优先权权益。

技术领域

本公开案涉及包括透明输出窗的半导体激光器，且更具体地，涉及制造所述激光器的方法并涉及所述激光器的可靠性。

背景技术

本发明者已认识到：由输出面处与接近输出面的灾变光学镜损伤（COMD）引起的故障通常缩短边缘发射半导体激光器的寿命。COMD机制涉及发生在输出面处和接近输出面的一些相关联的物理处理，所述处理包括光的吸收、半导体材料的氧化、面表面上的电流和缺陷中心处的自由载体的非辐射重组。理论上，所述物理处理可相互作用并引起快速的温升，所述温升转而加速上述物理过程，从而增加激光面熔融、缺陷生长和激光故障的可能性。

通常采用面钝化处理来降低上述COMD故障率。然而，一些钝化处理技术可为相对低产量的处理并通常要求精良的设备，且通常不适用于批量生产。一个例子是E-2钝化处理过程，在所述处理中，激光棒在超高真空中裂开并立即用保护层处理以防止面处的半导体材料的氧化。替代性钝化处理（比如具有透明输出窗的激光棒在空气中裂开且在裂开的面上不存在原位薄硅涂层的处理）更适于批量生产，但所述替代性钝化处理不被认为等效于比较繁琐的钝化处理（比如E-2处理）。

发明内容

尽管本公开案的方法对各种半导体激光配置具有适用性，但本发明者已认识到：在合成530-nm绿色激光器环境中尤其需要有效透明输出窗，在所述环境中，原生IR激光源（例如1060-nm分布式布雷格反射器（DBR）激光器）的输出频率由适当的波长转换装置加倍，因为原生激光二极管需要满足非常严格的寿命和可靠性的需求。本发明者已进一步认识到：在COMD范畴中，DBR和其它类型的激光二极管中的大多数故障位置在输出面处和接近输出面。

量子阱混合（QWI）为已知的可用于修改半导体量子阱结构的特性的带隙工程的后生长方法，且所述量子阱混合通常用于形成半导体激光器的各个部分（例如，波导部分、输出窗等）。已引进各种QWI技术（包括但不限于快速热退火、离子注入无序化、无杂质空位诱导混合、光吸收诱导混合、杂质诱导层混合等）。在QWI输出窗环境中，通过检查可靠激光二极管和不可靠激光二极管的窗口，本发明者已发现：使用相对简单的、低成本的面形成过程是有可能的，且还能通过参考激光器的透明QWI输出窗的最小带隙波长位移并使用所述信息以达成量化激光器的可靠性的方法来实现良好可靠性。

根据本公开案的一个实施方式，提供一种制造包含增益部分、QWI输出窗和QWI波导区域的半导体激光二极管的方法。QWI波导区域通过使用量子阱混合来制造，且所述QWI波导区域界定激光二极管的QWI输出窗中的QWI波导部分。对激光波长λ_L来说，QWI输出窗是透明的。QWI输出窗中的QWI波导部分的特征为大于增益部分的能量带隙的能量带隙以使得QWI波导部分和QWI输出窗中的带隙波长λ_QWI小于激光波长λ_L。QWI输出窗的特征为光致发光波长λ_PL。制造方法包含基于比较激光波长λ_L与QWI输出窗的光致发光波长λ_PL来判定激光二极管可靠性的λ_PL筛选协议。

根据本公开案的另一实施方式，半导体激光二极管的特征为临界吸收波长λ_C，且制造方法包含λ_PL筛选协议，所述λ_PL筛选协议通过判定QWI输出窗的光致发光波长λ_PL是否足够低以保证λ_C＝λ_L处的对应温度在激光器的操作温度范围外来判定激光二极管可靠性。

根据本公开案的又一另外实施方式，提供包含增益部分、QWI输出窗和QWI波导区域的半导体激光二极管。QWI波导区域通过使用量子阱混合来制造，且所述QWI波导区域界定激光二极管的QWI输出窗中的QWI波导部分。对激光波长λ_L来说，QWI输出窗是透明的。QWI输出窗中的QWI波导部分的特征为大于增益部分的能量带隙的能量带隙以使得QWI波导部分和QWI输出窗中的带隙波长λ_QWI小于激光波长λ_L。激光波长λ_L约为1060nm且QWI输出窗的光致发光波长λ_PL小于约993nm。在另外实施方式中，QWI输出窗的能量带隙为大于对应所述激光波长λ_L的能量带隙的至少79meV。