專利名稱：鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料大功率半導(dǎo)體激光器及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的Al(Ga)InP(鋁銦磷或鋁鎵銦磷)大功率半導(dǎo)體激光器的器件結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
Al(Ga)InP材料常被用來制作可見光波段的激光器，尤其在紅光波段應(yīng)用廣泛。紅光半導(dǎo)體激光器主要應(yīng)用于光盤讀寫系統(tǒng)、激光教鞭、條形碼閱讀器、激光打印、固體激光器泵浦源、測量儀器和醫(yī)療器械裝置中。高密度數(shù)字視頻光盤技術(shù)的發(fā)展使得630-655nm波段的紅光半導(dǎo)體激光器發(fā)展迅速，不管是低閾值、單模器件還是大功率器件均有長足進(jìn)步。激光動(dòng)力學(xué)療法、激光手術(shù)刀、激光美容等醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的興起促使更多目光關(guān)注于大功率紅光激光器的研究。對大功率半導(dǎo)體激光器而言，光災(zāi)變損耗(COD)以及熱效應(yīng)是限制其性能的主要因素。COD英文縮寫是catastrophic optical damage，主要是高密度的光功率在解理腔面處的強(qiáng)烈光吸收而造成的。一般認(rèn)為這種吸收是由于解理面附近的表面復(fù)合中心和與之伴隨的載流子耗盡造成的，由于這種吸收產(chǎn)生的熱量使得腔面附近的溫升較高，如果溫升達(dá)到半導(dǎo)體材料的熔點(diǎn)就會造成腔面的毀壞。COD對器件造成的是一種不可恢復(fù)的破壞行為，雖然不能完全消除該限制，但是可以采取工藝來提高器件的COD功率水平。熱效應(yīng)則是因?yàn)楦咦⑷搿⒋蠊β是闆r下激光器由于有源區(qū)(激光器的有源區(qū)相對于整個(gè)器件體積來說只占很小比例)復(fù)合發(fā)光產(chǎn)生的熱效應(yīng)以及自身串聯(lián)電阻所產(chǎn)生的歐姆熱效應(yīng)，使得有源區(qū)溫升較高，降低輻射復(fù)合效率，增加非輻射復(fù)合，增加腔面處光吸收，最終惡化激光器輸出特性，影響器件的COD功率。
迄今為止，雖然已有多種方案來提升COD功率，如采用大光腔結(jié)構(gòu)、錐形腔結(jié)構(gòu)，帶無注入?yún)^(qū)窗口結(jié)構(gòu)、非吸收窗口結(jié)構(gòu)等，但是這些方案都沒有考慮到大功率器件工作時(shí)散熱特性對其最終性能的影響。半導(dǎo)體激光器中多采用介質(zhì)膜(SiO2，Si3N4，SiNO，Al2O3等)來得到電注入限制區(qū)，由于這些介質(zhì)膜的熱導(dǎo)率很差，盡管介質(zhì)層很薄，它們?nèi)詴ζ骷纳嵩斐珊艽笥绊憽Ｔ谘芯恐形覀円舶l(fā)現(xiàn)工作溫度偏高會嚴(yán)重影響器件的輸出特性。
本發(fā)明采用的這種新型結(jié)構(gòu)的激光器不僅可以獲得高的COD功率水平還可以有效改善器件的散熱特性，對制作和研究大功率Al(Ga)InP材料激光器很有意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料大功率半導(dǎo)體激光器及制作方法，其可提高激光器的COD功率，改善Al(Ga)InP材料激光器的散熱性能，獲取最好輸出特性。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料大功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于，其中包括一襯底；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上；一下包層，該下包層制作在緩沖層上；一下波導(dǎo)層，該下波導(dǎo)層制作在下包層上，起到光場限制作用；一有源區(qū)，該有源區(qū)制作在下波導(dǎo)層上，該有源區(qū)為發(fā)光區(qū)；一上波導(dǎo)層，該上波導(dǎo)層制作在有源區(qū)上，起到光場限制作用；一上包層，該上包層制作在上波導(dǎo)層上；一P型鎵銦磷層，該P(yáng)型鎵銦磷層制作在上包層上；一P型鎵砷歐姆接觸層，該P(yáng)型鎵砷歐姆接觸層制作在P型鎵銦磷層上；一P面電極，該P(yáng)面電極制作在P型鎵砷歐姆接觸層上；一N面電極，該N面電極制作在襯底的下面。
其中所述的緩沖層是N型鎵銦磷緩沖層。
其中所述的上、下包層是鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料。
其中所述的上、下波導(dǎo)層是鋁鎵銦磷材料。
其中所述的有源區(qū)是鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料。
本發(fā)明一種鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料大功率半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積外延生長技術(shù)在偏角6度的N型鎵砷襯底上生長N型鎵銦磷緩沖層；
步驟2接著依續(xù)生長鋁銦磷或鋁鎵銦磷下包層、鋁鎵銦磷下波導(dǎo)層和鋁銦磷或鋁鎵銦磷有源區(qū)、鋁鎵銦磷上波導(dǎo)層、鋁銦磷或鋁鎵銦磷上包層、P型鎵銦磷層和高摻雜的P型鎵砷歐姆接觸層；步驟3材料生長完后，通過光刻、腐蝕工藝腐蝕鋁銦磷或鋁鎵銦磷上包層，同時(shí)形成無電流注入臺面和無電流注入窗口；步驟4然后在腐蝕好臺面上制作P面電極；步驟5最后減薄外延片，制作N面電極。
其中鋁銦磷或鋁鎵銦磷上包層的腐蝕深度小于其本身厚度的4/5。
其中無電流注入窗口的寬度小于激光器腔長的1/3。
其中所述的腐蝕工藝采用的腐蝕液為溴系和鹽酸系。
本發(fā)明所涉及的器件結(jié)構(gòu)簡單，可以省去常規(guī)工藝的介質(zhì)膜生長工序，節(jié)約成本，并且由于改善了散熱特性還可以提升器件的輸出性能。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述如下，其中圖1是本發(fā)明提出的新型Al(Ga)InP材料大功率半導(dǎo)體激光器的剖面圖；圖2是本發(fā)明提出的激光器外延片生長P面電極層前的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合圖1和圖2詳細(xì)說明依據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例新型的Al(Ga)InP材料大功率半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)及其制作情況。
請參閱圖1所示，本發(fā)明一種鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料大功率半導(dǎo)體激光器，其中包括一襯底1；一緩沖層2，該緩沖層2制作在襯底1上，所述的緩沖層2是N型鎵銦磷緩沖層；一下包層3，該下包層3制作在緩沖層2上，所述的下包層3是鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料；一下波導(dǎo)層4，該下波導(dǎo)層4制作在下包層3上，起到光場限制作用；一有源區(qū)5，該有源區(qū)5制作在下波導(dǎo)層4上，該有源區(qū)5為發(fā)光區(qū)，所述的有源區(qū)5是鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料；一上波導(dǎo)層6，該上波導(dǎo)層6制作在有源區(qū)5上，起到光場限制作用；一上包層7，該上包層7制作在上波導(dǎo)層6上，所述的上包層7是鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料；一P型鎵銦磷層8，該P(yáng)型鎵銦磷層8制作在上包層7上；一P型鎵砷歐姆接觸層9，該P(yáng)型鎵砷歐姆接觸層9制作在P型鎵銦磷層8上；一P面電極10，該P(yáng)面電極10制作在P型鎵砷歐姆接觸層9上；一N面電極11，該N面電極11制作在襯底1的下面。
請結(jié)合參閱圖1及圖2，本發(fā)明一種鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料大功率半導(dǎo)體激光器的制作方法，包括如下步驟步驟1采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積外延生長技術(shù)在偏角6°度的N型鎵砷襯底1上生長N型鎵銦磷緩沖層2；步驟2接著依續(xù)生長鋁銦磷或鋁鎵銦磷下包層3、鋁鎵銦磷下波導(dǎo)層4和鋁銦磷或鋁鎵銦磷有源區(qū)5、鋁鎵銦磷上波導(dǎo)層6、鋁銦磷或鋁鎵銦磷上包層7、P型鎵銦磷層8和高摻雜的P型鎵砷歐姆接觸層9；步驟3材料生長完后，通過光刻、腐蝕工藝腐蝕鋁銦磷或鋁鎵銦磷上包層7，同時(shí)形成無電流注入臺面和無電流注入窗口12；其中上包層7的腐蝕深度小于其本身厚度的4/5；無電流注入窗口12的寬度小于激光器腔長的1/3；其中所述的腐蝕工藝采用的腐蝕液為溴系和鹽酸系；步驟4然后在腐蝕好臺面上制作P面電極10；步驟5最后減薄外延片，制作N面電極11。
圖2給出腐蝕完Al(Ga)InP上包層7，生長P面電極10之前的結(jié)構(gòu)圖。其中與圖1相對應(yīng)的部分采用相同編號標(biāo)記。用帶膠剝離方法生成SiO2層作為腐蝕阻擋層來保護(hù)電注入條形部分。采用Br系(Br，HBr，H2O)和HCl系(HCl，H2O)腐蝕液相結(jié)合來獲取合適Al(Ga)InP上包層厚度，由于該層的厚度會影響激光器的輸出特性，所以要嚴(yán)格控制腐蝕時(shí)間，理論上上包層的腐蝕深度小于其本身厚度的4/5。同時(shí)，通過對光刻板的設(shè)計(jì)，可以在激光器的腔面處得到無電流注入窗口12，其中無電流注入窗口12的寬度小于激光器腔長的1/3。
權(quán)利要求
1.一種鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料大功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于，其中包括一襯底；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上；一下包層，該下包層制作在緩沖層上；一下波導(dǎo)層，該下波導(dǎo)層制作在下包層上，起到光場限制作用；一有源區(qū)，該有源區(qū)制作在下波導(dǎo)層上，該有源區(qū)為發(fā)光區(qū)；一上波導(dǎo)層，該上波導(dǎo)層制作在有源區(qū)上，起到光場限制作用；一上包層，該上包層制作在上波導(dǎo)層上；一P型鎵銦磷層，該P(yáng)型鎵銦磷層制作在上包層上；一P型鎵砷歐姆接觸層，該P(yáng)型鎵砷歐姆接觸層制作在P型鎵銦磷層上；一P面電極，該P(yáng)面電極制作在P型鎵砷歐姆接觸層上；一N面電極，該N面電極制作在襯底的下面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料大功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于，其中所述的緩沖層是N型鎵銦磷緩沖層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料大功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于，其中所述的上、下包層是鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料大功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于，其中所述的上、下波導(dǎo)層是鋁鎵銦磷材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料大功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于，其中所述的有源區(qū)是鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料。
6.一種鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料大功率半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積外延生長技術(shù)在偏角6度的N型鎵砷襯底上生長N型鎵銦磷緩沖層；步驟2接著依續(xù)生長鋁銦磷或鋁鎵銦磷下包層、鋁鎵銦磷下波導(dǎo)層和鋁銦磷或鋁鎵銦磷有源區(qū)、鋁鎵銦磷上波導(dǎo)層、鋁銦磷或鋁鎵銦磷上包層、P型鎵銦磷層和高摻雜的P型鎵砷歐姆接觸層；步驟3材料生長完后，通過光刻、腐蝕工藝腐蝕鋁銦磷或鋁鎵銦磷上包層，同時(shí)形成無電流注入臺面和無電流注入窗口；步驟4然后在腐蝕好臺面上制作P面電極；步驟5最后減薄外延片，制作N面電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料大功率半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，其中鋁銦磷或鋁鎵銦磷上包層的腐蝕深度小于其本身厚度的4/5。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料大功率半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，其中無電流注入窗口的寬度小于激光器腔長的1/3。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料大功率半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，其中所述的腐蝕工藝采用的腐蝕液為溴系和鹽酸系。
全文摘要
一種鋁銦磷或鋁鎵銦磷材料大功率半導(dǎo)體激光器，其中包括一襯底；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上；一下包層，該下包層制作在緩沖層上；一下波導(dǎo)層，該下波導(dǎo)層制作在下包層上，起到光場限制作用；一有源區(qū)，該有源區(qū)制作在下波導(dǎo)層上，該有源區(qū)為發(fā)光區(qū)；一上波導(dǎo)層，該上波導(dǎo)層制作在有源區(qū)上，起到光場限制作用；一上包層，該上包層制作在上波導(dǎo)層上；一P型鎵銦磷層，該P(yáng)型鎵銦磷層制作在上包層上；一P型鎵砷歐姆接觸層，該P(yáng)型鎵砷歐姆接觸層制作在P型鎵銦磷層上；一P面電極，該P(yáng)面電極制作在P型鎵砷歐姆接觸層上；一N面電極，該N面電極制作在襯底的下面。
文檔編號H01S5/00GK1719677SQ200410062788
公開日2006年1月11日 申請日期2004年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月9日
發(fā)明者林濤, 江李, 陳芳, 劉素平, 潭滿清, 王國宏, 韋欣, 馬驍宇 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所