[实用新型]一种减少半导体激光器封装应力的芯片结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于减少半导体激光器封装应力的芯片结构，属于半导体激光器芯片技术领域。

背景技术

对于半导体激光器不仅要求高输出功率，还要求单一而稳定的波长，以保证激光的照射、传导或泵浦效果。目前普遍采用的半导体激光器芯片的结构如图1所示，是在半导体基片1上采用金属有机气相外延法顺次生长第一包覆层2、第一光波导层3、发光活性层4、第二光波导层5和第二包覆层6，而后利用光刻和气相外延生长的方法，刻蚀去除部分第二光波导层5和第二包覆层6后形成发光增益区域A，然后部分覆盖注入阻隔层7，再沉积P面电接触层8，形成电流注入区域W，最后沉积N面电接触层9。通过电流注入区域W和光增益区域A对电子和光子的限域效应，提升激光器的输出功率和稳定性。激光器芯片需要通过焊料烧结到热沉上使用，一般工艺是将焊料层与P面电接触层8烧结和合金。金属焊料在烧结的升降温过程中形变较半导体发光层要大得多，在发光增益区域两侧的焊料会在烧结后对发光增益区域A产生显著的残余应力，如附图1中的箭头所示。

目前半导体激光器一般采用的量子阱结构中，量子尺寸效应使有源区材料的重空穴与轻空穴的能带简并度解除，这对应于晶体中的对称性发生变化，会导致跃迁矩阵元的各向异性。当阱材料受到平行或垂直于阱面方向的应变作用时，其价带顶的重空穴能级和轻空穴能级的位置、曲率和有效质量均将发生变化。因此，发光增益区域受到的应力不仅影响半导体激光器的阈值电流和增益效应，还将改变出射激光的物理特性，激光的波长、峰位和偏振模式都将发生变化，一般表现为激光波长出现多双峰且不断变换(如附图3所示)。而正常工作所需的是单一发光峰且波长位置稳定的激光器。因而，需要优化芯片结构，降低半导体激光器烧结后的焊料残余应力。

现有半导体激光器中对输出激光发光峰和波长的稳定性以及对半导体激光器芯片的封装应力的关注，均为从芯片内的外延结构或者与芯片贴合的热沉上进行修改和优化。而实际应用中激光器芯片是通过焊料贴装到热沉上的，所受到的应力作用也是由于焊料和热沉的变形并经由焊料传递到芯片发光层的。因此，现有技术没有很好的解决激光发光峰波长稳定性及封装应力有效降低的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种具有低的封装应力和高的激光输出稳定性的半导体激光器芯片结构，以解决现有技术中半导体激光器芯片在封装后由于烧结残余应力而造成的激光多双峰且波长位置不稳定等问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种减少半导体激光器封装应力的芯片结构，包括在一半导体基片上外延形成的具有电流注入区域和发光增益区域的增益波导型半导体激光器结构，并具有沿激光振荡方向延伸的2个沟槽，所述发光增益区域设置于2个沟槽的中间位置。

优选的，所述2个沟槽开口的宽度之和占芯片宽度的总比例控制在5-30％，所述沟槽的开口宽度和深度的比例在2-50。通过适当加大沟槽的开口宽度及调控开口宽度和深度比，使后续封装时的焊料充分进入和浸润到沟槽内并减少了发光增益区域两侧的焊料，保证芯片烧结面的导电导热能力，从而明显降低烧结封装后产生的残余应力，获得发光峰位单一且稳定的激光器芯片。

优选的，所述半导体激光器芯片的宽度为100-500μm，发光增益区域的宽度为芯片宽度的20％-80％，发光增益区域的宽度一般为20-200μm。

优选的，所述沟槽的截面形状为方形、梯形或半圆形。采用梯形时，沟槽下边长与上开口的比例在50％-150％。优选所述的2个沟槽形状、尺寸相同。

优选的，沟槽开口的宽度为5-50μm，占芯片宽度的总比例控制在5-30％，以减少发光增益区域周围的焊料；

优选的，沟槽的深度为0.5-5μm，沟槽的宽度和深度的比例在2-50，进一步优选沟槽的宽度和深度的比例在10-20；以保证焊料充分进入和浸润沟槽内部。

根据本实用新型，优选的，沟槽的开口宽度为15-30μm，深度为1-2μm。

根据本实用新型，所述的增益波导型半导体激光器结构，是在半导体基片上顺次生长有第一包覆层、第一光波导层、发光活性层、第二光波导层和第二包覆层；在第二包覆层表面光刻刻蚀形成有沿激光振荡方向延伸的2个沟槽，沟槽深度达到至少全部第二包覆层和适当厚度的第二光波导层，2个沟槽之间部分的发光增益区域上留有电注入窗口，其余部分的第二包覆层上有阻隔层，即发光增益区域正上方为电流注入区域。还沉积有P面电接触层和N面电接触层，形成本实用新型的芯片结构。