[发明专利]一种改善smile效应的半导体激光器巴条及其制备方法

说明书

本发明涉及一种改善smile效应的半导体激光器巴条及其制备方法。所述半导体激光器巴条由若干个单巴条单元组成，中央单巴条单元的周期宽度最大，由中央向两侧单巴条单元的周期宽度依次递减；相邻的单巴条单元之间设置有沟槽；单巴条单元由下至上依次包括N面电极、衬底、N型限制层、N型波导层、发光有源层、P型波导层、P型限制层；所述P型限制层凸起形成脊型条，所述脊型条上方和沟槽内表面设置有绝缘层，脊型条顶端的绝缘层设有空断间隔，绝缘层上方设置有P面电极。本发明从根本上解决了巴条中间区域与两侧区域温升不一致导致的smile效应，同时有效克服了因封装应力导致的巴条脱落，甚至断裂的问题。

技术领域

本发明涉及一种改善smile效应的半导体激光器巴条及其制备方法，属于半导体激光器芯片技术领域。

背景技术

半导体激光器近年来发展迅速，在过去的20年里面大幅增加用来满足工业的需求，其中光纤激光器正成为材料加工行业中最重要的工具。然而在半导体激光器巴条在工作时，巴条两侧散热较快，而中间区域散热较慢，由于热量的堆积，其中间区域的温度最高，越往两侧，温度越低，温度曲线成高斯分布曲线，中间区域温度高则导致该区域发生较大热膨胀，进而导致中间区域发生弯曲并整体表现为近场非线性效应(Smile效应)。

导致这种Smile效应的原因有很多，一是整体的半导体激光器巴条结构不合理，导致散热不均匀，中间区域的热量散不出去；二是半导体激光器巴条在封装过程中引入的缺陷、热沉材料、热沉表面平整度、焊料材料的选择、焊料表面平整度以及键合时热沉与半导体激光器巴条的热膨胀系数不匹配会产生较大的应力。当热沉的屈服强度无法对抗所产生的应力时致使制冷器产生形变从而引起激光芯片在快轴方向发生较大形变，引起Smile效应，若应力过大则会导致焊层断开甚至是巴条断裂等问题。

在半导体激光器封装领域，热沉尤其是内部具有制冷回路的微通道水冷热沉由于其优良的散热性能被广泛的应用在高功率半导体激光器巴条的封装，此类制冷器的厚度比较薄、且内部密集有水冷通道，因此此类热沉的散热效果较佳但同时其强度较差，容易在热应力作用下发生形变导致smile效应的出现。

中国专利文献CN106329308公开了一种低smile的半导体激光器封装结构，利用上下对称的应力缓冲层设计使热沉上下对应的应变收缩量一致，有效降低smile效应，但该方法的应力缓释层是在激光芯片和制冷器对应的方向上进行键合以平衡力，这样会增加下端焊料溢出的风险并且应力缓释层的设置加高了产品厚度，会影响产品的外观。

中国专利文献CN109818255A公开了一种用于改善smile的制冷器、封装结构及方法，通过增强制冷器强度的方法改善smile效应，但该方法容易造成半导体激光器巴条在受到较大应力时发生脱落的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种改善smile效应的半导体激光器巴条及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种改善smile效应的半导体激光器巴条，所述半导体激光器巴条由若干个单巴条单元组成，中央单巴条单元的周期宽度最大，由中央向两侧单巴条单元的周期宽度依次递减；相邻的单巴条单元之间设置有沟槽；

所述单巴条单元由下至上依次包括N面电极、衬底、N型限制层、N型波导层、发光有源层、P型波导层、P型限制层；所述P型限制层凸起形成脊型条，所述脊型条上方和沟槽内表面设置有绝缘层，脊型条顶端的绝缘层设有空断间隔，绝缘层上方设置有P面电极。

根据本发明优选的，所述单巴条单元的个数为9～39个。

根据本发明优选的，所述中央单巴条单元的周期宽度为200～700μm，周期宽度的递减幅度为20～60μm。当单巴条单元为偶数个时，中央两个的单巴条单元宽度相同。

根据本发明优选的，所述脊型条的宽度为50～150μm，所有单巴条单元的脊型条宽度均相同。具体可以根据产品需求来调整。