[发明专利]一种GaAs FP激光芯片及其制备方法

说明书

本发明提供一种GaAs FP激光芯片及其制备方法，所述激光芯片沿着外延生长方向依次包括衬底层（101）、下限制层（102）、下波导层（103）、量子阱有源区（104）、上波导层（105）、上限制层（106）、脊波导层（107），所述衬底层下方设置有阴极电极（109），所述脊波导层（107）上方设置有阳极电极（110），其特征在于，所述脊波导层（107）的中间部分突出以在两侧形成台阶状结构，所述台阶状结构上设有高绝缘介质（108），所述高绝缘介质（108）的厚度等于所述台阶状结构的深度。本发明提供的一种GaAs FP激光芯片，通过在GaAs基激光芯片的脊波导层（107）两侧的台阶状结构使用高绝缘介质，可以抑制横向电流，提高器件效率，提高了激光芯片的工作性能。

技术领域

本发明涉及半导体激光芯片技术领域，尤其涉及一种GaAs FP激光芯片及其制备方法。

背景技术

由于大功率半导体激光芯片的众多优点，GaAs基大功率半导体激光芯片现已被广泛应用于生产加工、激光通信、医疗美容、自动控制以及军事武器等众多领域。鉴于GaAs基大功率半导体激光芯片广泛的应用前景，各国纷纷加速实施大功率半导体激光芯片技术研发计划，布局大功率半导体激光芯片产业，使得GaAs基半导体激光芯片及其相关产业得以迅速发展。

目前主流的GaAs基半导体激光芯片有以InGaN/GaN为有源区的蓝紫光激光芯片和以AlGaN/GaN为有源区的紫外/深紫外激光芯片。其中常见的激光芯片结构有：FP-LD(法布里-珀罗激光芯片) 和VCSEL（垂直腔面发射激光芯片）。无论何种材料和结构的激光芯片，都是旨在减少边缘电场，减小横向电流，提高可靠性和电流注入均匀性，减小阈值电流，增加有源区的受激辐射复合率，提高器件功率。为此研究人员开展了一系列研究。例如，专利号CN110854678B的中国专利公开了一种GaAs基大功率激光芯片制备方法，在生长GaAs低温缓冲层、AlxGayAs下限制层、AlGaAs下波导层、量子阱发光区、AlGaAs上波导层、AlxGayAs上限制层以及GaAs帽层时均是先通入AsH3气体后通入组分定义的TMAl气体，之后停止通入TMAl气体且通入组分定义的TMGa气体，之后停止通入AsH3气体及TMGa气体停止生长。专利号CN113872051A的中国专利公开了一种GaAs基大功率激光芯片及其制备方法，采用无铝材料GaAsP作为量子阱有源区的一部分，采用低铝组份的AlGaAs作为上波导层、下波导层，以及采用导带带阶较大的含高铝组份材料AlxGayAs和AlXGaY As作为下限制层和上限制层。

然而，本申请的发明人在长期实践中发现，如附图中图1所示的专利号CN110854678B与专利号CN113872051A中的GaAs基FP激光芯片存在的问题是电极边缘的半导体中存在着强电场，导致电流更偏向从电极边缘注入，从而导致空穴很容易扩展到侧壁被非辐射复合，或者扩展到横向波导限制区域以外，从而导致激光芯片的效率下降，可靠性降低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种GaAs FP激光芯片及其制备方法。

本发明第一方面提供了一种GaAs FP激光芯片，所述激光芯片沿着外延生长方向依次包括衬底层（101）、下限制层（102）、下波导层（103）、量子阱有源区（104）、上波导层（105）、上限制层（106）、脊波导层（107），所述衬底层下方设置有阴极电极（109），所述脊波导层（107）上方设置有阳极电极（110），所述脊波导层（107）的中间部分突出以在两侧形成台阶状结构，所述台阶状结构上设有高绝缘介质（108），所述高绝缘介质（108）的厚度等于所述台阶状结构的深度。

在一些实施例中，所述高绝缘介质（108）的介电常数大于20。

在一些实施例中，所述高绝缘介质（108）为二氧化铪（HfO2）或五氧化二钽（Ta2O5）。

在一些实施例中，所述台阶状结构的深度为10nm-500nm。