[发明专利]一种高功率准连续半导体激光器芯片

说明书

本发明提出一种高功率准连续半导体激光器芯片。该高功率准连续半导体激光器芯片的P型限制层为台阶形态，其中，台阶上层限于台阶基础的中部区域，所述P型接触层限于该台阶上层的表面，所述绝缘层在器件表面相应形成弯折形态，依次覆盖于：1)P型接触层表面未被金属电极覆盖的区域、2)P型接触层侧面和所述台阶上层的侧面、以及3)所述台阶基础的表面。本发明结构简明，有效降低了器件的阈值电流、远场发散角，改善了器件性能，同时保证了其可靠性不受影响，使其满足要求更高的场合。

技术领域

本发明涉及一种高功率准连续半导体激光器芯片的结构。

背景技术

高功率半导体激光器及其泵浦的固体激光器(Nd:YAG)具有输出光功率高、电光转换效率高、可靠性高和结构紧凑等优点，广泛应用于先进制造、医疗美容、航空航天、娱乐显示、安全防护等领域。随着固体激光器使用要求越来越高，对半导体激光器在输出功率、电光转换效率、光谱宽度、光束质量、可靠性等参数上提出了更高的要求。

比如，高功率准连续半导体激光器在作为固体激光器的泵浦源时，除了对输出功率有要求外，还对快轴发散角和慢轴发散角有要求。

现有的高功率准连续半导体激光器(巴条产品)中，每个发光单元的周期均在150μm～250μm，其中发光区占整个周期的比率约为70％，中间电流注入区的尺寸120μm～210μm。

此类高功率准连续半导体激光器，通常都采用绝缘层限制条形结构激光器。在金属电极下，半导体面上有SiO₂层(也有使用Al₂O₃和Si₃N₄)隔开绝缘。在绝缘层窗口下面有P型接触层以及P型限制层，仅在窗口的条形注入区进行电流注入，如图1所示，电流沿着箭头方向进行扩展，并在虚线区域形成光模式。这种结构优点是工艺简单，可靠性好，缺点是由于没有任何限制电流横向扩散的机制，因此阈值电流较高。同时，由于其平行于结平面内的波导效应本质上是增益导引机制，导致光模式特性较差，远场慢轴发散角较大。

发明内容

为了解决现有高功率准连续半导体激光器芯片存在的阈值电流较大、光模式特性较差以及远场慢轴发散角较大的问题，本发明提出一种改进的高功率准连续半导体激光器芯片。

本发明的技术方案如下：

该高功率准连续半导体激光器芯片，包括自下而上依次设置的衬底、N型缓冲层、N型限制层、波导层、P型限制层、P型接触层以及金属电极，并在金属电极外围的器件表面以及两侧隔离槽处设置有绝缘层；有别于现有技术的是：

所述P型限制层为台阶形态，其中，台阶上层限于台阶基础的中部区域，所述P型接触层限于该台阶上层的表面(幅面不超过该台阶上层)，

所述绝缘层在器件表面相应形成弯折形态，依次覆盖于：1)P型接触层表面未被金属电极覆盖的区域、2)P型接触层侧面和所述台阶上层的侧面、以及3)所述台阶基础的表面。

基于以上方案，本发明还进一步作了如下优化：

所述P型接触层与P型限制层的台阶上层在竖直方向上均为端直柱形。

所述P型接触层与P型限制层的台阶上层的幅面尺寸相等。

P型限制层台阶上层以及P型接触层的高度之和为0.5～1.5μm，两侧的台阶宽度分别为10～20μm。

对应于绝缘层两侧的隔离槽宽度为5-10μm，深度方向上隔离槽至少刻蚀至N型缓冲层。

本发明具有以下优点：

结构简明，有效降低了器件的阈值电流、远场发散角，改善了器件性能，同时保证了其可靠性不受影响，使其满足要求更高的场合。

只需在激光器两侧增加腐蚀槽，工艺简单，成本低廉。