[发明专利]一种全反射光波导半导体激光器芯片及其制备方法

说明书

一种全反射光波导半导体激光器芯片及其制备方法，该半导体激光器芯片包括外延片，外延片包括从下至上依次设置的衬底、下包层、有源区、上包层和欧姆接触层，外延片中心位置设置有脊型光腔，脊型光腔的两侧设置有隔离槽，隔离槽外侧设置有肩区，外延片的上表面设置有高反射率光学膜层和P电极层；其制备步骤包括：（1）形成外延片；（2）一次光刻；（3）蒸镀高反射率光学膜；（4）二次光刻；（5）三次光刻；（6）制备P电极层；（7）衬底减薄；（8）制备N电极层；（9）巴条解离和镀膜；（10）形成单个激光器芯片。本发明实现了对光腔的光限制，使激光器芯片的阈值电流降低，光电转换效率提升，明显改善了输出光形，消除了杂散光，提升了芯片可靠性。

技术领域

本发明涉及一种全反射光波导半导体激光器芯片及其制备方法，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、寿命长、成本低、光电转换效率高的优点，被广泛应用于工业加工、照明、通信、医疗等领域。对于半导体激光器，一个重要指标是输出光的光形。影响光形的因素很多，主要有光腔的形状，光波导侧面的介质层折射率等。一支合格的激光器要求主光斑轮廓清晰，无光斑分叉、无杂散光斑。激光器的输出光形，取决于芯片的光形质量，现有同类激光芯片制备工艺有两种，一种是在脊型激光器的脊台表面以外区域淀积一层二氧化硅或氮氧化硅介质层，作为电绝缘层，激光腔的部分光会进入介质层，介质层的厚度、致密性、折射率会影响这部分光的特性，造成输出光形随介质层的特性变化；另一种是在激光腔侧面蒸镀金属层作为反射膜，因为芯片做欧姆接触时要经历高温退火过程，金属膜易与光腔侧面形成合金层造成界面吸收，影响光的限制和器件可靠性。本发明，通过采用具有高反射率的光学膜作为电绝缘层,利用高反射膜的反射特性，可使光限制在激光腔中，明显改善激光器的输出光形，同时起到了电绝缘作用。

中国专利文献CN105449519A公开了一种双肩脊条的GaAs-基激光器的制备方法及利用该方法制备的GaAs-基激光器。该方法包括步骤如下：利用光刻掩膜版进行曝光、显影、腐蚀等工步制备出需要的图形结构；二次曝光；二次显影；在二次显影后的外延片上生长电流阻挡层；剥离掉脊条结构顶部有光刻胶位置处的电流阻挡层，形成电流注入窗口，再进行P面电极层蒸镀、减薄、N面电极层蒸镀、合金、封装等工步，形成GaAs-基激光器。该方法只是去掉了脊条结构顶部的介质层，脊条侧面生长有电流阻挡层。

中国专利文献CN 102545051 A公开了一种氮化镓基激光器管芯的制备方法，包括如下步骤：1)在衬底上外延生长N型GaN电极接触层、N型光限制层、N型波导层、发光有源区、P型波导层、P型光限制层和P型电极接触层，得到氮化镓基激光器外延结构；2)将氮化镓基激光器外延结构刻蚀至P型光限制层，并刻去部分P型波导层，形成激光器的脊型结构；3)在上述激光器的脊型结构的表面蒸镀P型欧姆接触电极层；4)在P型欧姆接触电极的表面形成p型层加厚电极；5)将衬底减薄；6)蒸镀N型欧姆接触电极金属；7)分割形成单个激光器的管芯。本发明的制备方法可以简化激光器的制作工艺，使激光器的脊型的侧壁形成金属接触，增大金属接触面积，减小接触电阻，降低工作电压，增加散热效果。该方法的弱点是，因为芯片做欧姆接触时要经历高温退火过程，金属膜易与光腔侧面形成合金层造成界面吸收，影响光的限制和器件可靠性。

中国专利文献CN205543688U公开的一种光斑稳定的大功率半导体激光器，自下至上依次包括衬底、下包层、有源区、上包层和接触层；上包层与接触层上设置有脊型结构，脊型结构的两侧形成沟槽，沟槽深度小于上包层与接触层的总厚度；接触层上表面除了脊顶面以外的部分以及沟槽的表面上包覆有介质层，介质层及脊型结构上包覆第一金属电极层，衬底的底面设置有第二金属电极层；第一金属电极层通过焊料烧结在热沉上，焊料与沟槽的底部设置有空气隔离层。上述激光器的上包层较厚，制成脊型结构，工作时有源区产生的热量侧向散发路径被空气隔离层阻断，热量主要通过脊型接触层垂直散发，因而脊型中间部分及靠近沟槽部分的有源区的折射率梯度不会随产热增加而继续变大，近场光斑也更加稳定。此方法接触层上表面除了脊顶面以外的部分包覆有介质层，这就增加了芯片的热阻，影响芯片散热。

发明内容