專利名稱：光泵浦半導(dǎo)體芯片以及利用它的垂直外部空穴表面放出激光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于光泵浦半導(dǎo)體芯片及利用它的垂直外部空穴表面放出激光系統(tǒng)，更具體地講就是由InGaN形成光泵浦半導(dǎo)體芯片的吸收層和量子井層，不使用現(xiàn)有的第二次高調(diào)波物質(zhì)，可以形成可視光激光的光泵浦半導(dǎo)體芯片及利用它的垂直外部空穴表面放出激光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般的，使用可視光激光的光源有許多，有氪混合白色氣體激光(Kryptonand mixed white gas laser)、高輸出半導(dǎo)體激光(High power semiconductorlaser)，固體激光(Solid state laser)、微型激光(Micro laser)等。
首先，氪混合白色氣體激光電光學(xué)轉(zhuǎn)換效率低0.1％，需要閉式的冷卻器(Chiller)結(jié)合的水冷式，氣體的得益少，共振器長(zhǎng)度為1m因此整個(gè)系統(tǒng)很大。
相反的，固體激光電光轉(zhuǎn)換效率為2％與氣體激光相比效率好，但是仍存在系統(tǒng)大需要水冷式的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)除了綠色外的藍(lán)色和紅色很困難。
另外，根據(jù)高輸出半導(dǎo)體激光的快速技術(shù)進(jìn)步，研究出高輸出半導(dǎo)體激光光源及半導(dǎo)體激光由泵浦光源利用的可視激光。
把這樣的高輸出半導(dǎo)體激光連接在位于激光共振器內(nèi)的固體激光媒體，滿足了激光發(fā)振條件，發(fā)振的激光的光使用第二次高調(diào)波物質(zhì)使波長(zhǎng)發(fā)生變化可以得到綠色和藍(lán)色激光。
這時(shí)使用的固體激光媒體使用很多釹摻釹釩酸釔(ND:YVO4)和釹釔鋁石榴石(ND:YAG)，第二次高調(diào)波物質(zhì)使用很多KTP(KTiOPO4)，LBO(LiB3O5)，BBO(β-BaB2O4)。
另外，最近為了得到藍(lán)色領(lǐng)域的高輸出可視光，進(jìn)行了光泵浦激(OpticalPumping)，利用第二次高調(diào)波現(xiàn)象對(duì)得到W級(jí)的可視光激光進(jìn)行了研究。
利用光泵浦激的方式適用于不容易灌輸電和電工的半導(dǎo)體元件。
例如，P型攙雜劑的攙雜做起來(lái)困難的物質(zhì)，電工的移動(dòng)難，阻抗變大激光不能正常發(fā)振。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了解決如上所述的問(wèn)題，它的目的是提供由InGaN形成光泵浦半導(dǎo)體芯片的吸收層和量子井層，不使用現(xiàn)有的第二次高調(diào)波物質(zhì)，也可以實(shí)現(xiàn)可視光激光的光泵浦半導(dǎo)體芯片及利用它的垂直外部空穴表面放出激光系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)如上所述的本發(fā)明的目的的理想狀態(tài)是提供光泵浦半導(dǎo)體芯片，提供的光泵浦半導(dǎo)體芯片包括以下幾個(gè)部分基板上部形成第一電流阻擋層(Current blocking layer)；上述第一電流阻擋層上部層積了多個(gè)InGaN吸收層；在每一個(gè)InGaN吸收層之間都插入比上述吸收層多In形成的InGaN量子井層；上述吸收層的最上面的吸收層上部形成第二電流阻擋層；上述第二電流阻擋層上部形成分布式布拉格反射(Distributed BraggReflection，以下簡(jiǎn)稱DBR)反射鏡。
為了實(shí)現(xiàn)如上所述的本發(fā)明的目的的其他理想狀態(tài)就是提供利用光泵浦半導(dǎo)體芯片的垂直外部空穴表面放出激光系統(tǒng)，該系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成基板上部形成第一電流阻擋層(Current blocking Layer)；上述第一電流阻擋層上部層積多個(gè)InGaN吸收層；在每一個(gè)InGaN吸收層之間都插入比上述吸收層多In形成的InGaN量子井層；上述吸收層的最上面的吸收層上部形成第二電流阻擋層；上述第二電流阻擋層上部形成DDR(Distributed BraggReflection)反射鏡的光泵浦半導(dǎo)體芯片；上述光泵浦半導(dǎo)體芯片的DBR反射鏡在上面由粘合劑連接的熱沉；由上述光泵浦半導(dǎo)體芯片泵浦激光的泵浦源；上述泵浦源中根據(jù)泵浦激光在上述光泵浦半導(dǎo)體芯片中發(fā)振的光與上述DBR反射鏡一起共振產(chǎn)生的激光由外部輸出的輸出反射鏡。
如上所述，本發(fā)明可以達(dá)到如下效果由InGaN形成光泵浦半導(dǎo)體芯片的吸收層和量子井層，不使用現(xiàn)有的第二次高調(diào)波物質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)可視光激光。

圖1是本發(fā)明的光泵浦半導(dǎo)體(Optical Pumped Semiconductor，OPS)芯片的改造構(gòu)成截面圖。
圖2是利用本發(fā)明的光泵浦半導(dǎo)體芯片的垂直外部空穴表面放出激光(Vertical External Cavity Surface Emitting Laser，VECSEL)系統(tǒng)的改造構(gòu)成圖。
圖3是本發(fā)明測(cè)量6個(gè)Si/Sin層層積的DBR反射鏡波長(zhǎng)的反射率的坐標(biāo)圖。
具體實(shí)施方式以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的理想實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明的光泵浦半導(dǎo)體(Optical Pumped Semiconductor，OPS)芯片的改造構(gòu)成截面圖，本發(fā)明的光泵浦半導(dǎo)體芯片20按順序形成以下幾個(gè)部分基板21上部形成第一電流阻擋層(Current blocking Layer)22；上述第一電流阻擋層22上部由橋臺(tái)復(fù)數(shù)次層積的吸收層23和量子井層24；最上面量子井層上部層積最上面吸收層；上述最上面吸收層上部形成第二電流阻擋層25和DDR(Distributed Bragg Reflection)反射鏡26。
在這里，上述吸收層23根據(jù)泵浦源產(chǎn)生載波的領(lǐng)域，由于使用InGaN，具備比泵浦源的波長(zhǎng)小的能量波段縫隙(Energy band gap)很容易吸收。
而且，上述量子井層24也是形成InGaN的物質(zhì)的形成，這樣，具有InGaN吸收層和InGaN量子井層的光泵浦半導(dǎo)體芯片可以在綠色中得到藍(lán)色領(lǐng)域有關(guān)的可視激光。
這時(shí)，希望上述吸收層由In0-15％形成的InGaN層形成，上述量子井層由In17-30％形成的InGaN層形成。
因此，上述吸收層23中吸收光形成的載波由量子井層(Quantum well)移動(dòng)再結(jié)合后放出光。
另外，GaN系列的物質(zhì)，在460nm波長(zhǎng)中形成99％以上的DBR反射鏡很困難。
為了克服這樣的缺點(diǎn)，本發(fā)明中DDR反射鏡使用與SiO2和TiO2薄膜或是Si和SiN薄膜一樣的電介質(zhì)薄膜。
而且，本發(fā)明中制造光泵浦半導(dǎo)體芯片的基板可以在蘭寶石(Sapphire)基板、硅電石燈(SiC)基板和鎵(GaN)基板中選擇使用任意一個(gè)，在這里，由于硅電石燈基板熱傳導(dǎo)性能好因此是最理想的型號(hào)。
圖2是本發(fā)明的利用光泵浦半導(dǎo)體芯片的垂直外部空穴表面放出激光(Vertical External Cavity Surface Emitting Laser，VECSEL)系統(tǒng)的構(gòu)成截面圖，本發(fā)明的利用光泵浦半導(dǎo)體芯片的垂直外部空穴表面放出激光系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成如圖1所述的光泵浦半導(dǎo)體芯片20；上述光泵浦半導(dǎo)體芯片20的DBR反射鏡在上面由粘合劑連接的熱沉10；由上述光泵浦半導(dǎo)體芯片20汲取光的泵浦源30；上述泵浦源30中根據(jù)泵浦激光在上述光泵浦半導(dǎo)體芯片20中發(fā)振的光與上述DBR反射鏡一起共振產(chǎn)生的激光的光由外部輸出的輸出反射鏡40。
這樣的垂直外部空穴表面放出激光系統(tǒng)把熱沉10上部DDR反射鏡對(duì)抗由連接的光泵浦半導(dǎo)體(Optical Pumped Semiconductor，OPS)芯片20在泵浦源(Pumping source)30中泵浦激激光(Pumping)的話，上述OPS芯片20內(nèi)的DBR(Distributed Bragg Reflection)反射鏡和外部的輸出反射鏡40之間發(fā)生共振激光就可以發(fā)振。
在這里，上述泵浦源30使用比在OPS芯片中要得到的波長(zhǎng)短的380nm-420nm的紫外線的波長(zhǎng)的激光是有效的。
圖3是本發(fā)明測(cè)量6個(gè)的Si/SiN層層積的DBR反射鏡的波長(zhǎng)的反射率的坐標(biāo)圖，460nm的波長(zhǎng)反射率是99.3％。
雖然本發(fā)明只對(duì)具體例子進(jìn)行了詳細(xì)地說(shuō)明，但是相關(guān)知識(shí)人員可以在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行多樣的變更和修改，這樣的變更及修改必須在權(quán)利要求項(xiàng)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.光泵浦半導(dǎo)體芯片，包括以下幾個(gè)部分基板上部形成第一電流阻擋層(Current blocking layer)；上述第一電流阻擋層上部層積多個(gè)InGaN吸收層；每一個(gè)InGaN吸收層之間都插入了比上述吸收層含In元素多的InGaN量子井層；上述吸收層的最上面的吸收層上部形成第二電流阻擋層；上述第二電流阻擋層上部形成分布式布拉格反射DBR(Distributed BraggReflection)反射鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求項(xiàng)1所述的光泵浦半導(dǎo)體芯片，其特征在于，上述吸收層由In0-15％形成的InGaN層形成，上述量子井層由In17-30％形成的InGaN層形成。
3.利用光泵浦半導(dǎo)體芯片的垂直外部空穴表面放出激光系統(tǒng)，由以下幾個(gè)部分組成基板上部形成第一電流阻擋層(Current blocking Layer)；上述第一電流阻擋層上部層積多個(gè)InGaN吸收層；在每個(gè)InGaN吸收層之間都插入比上述吸收層多In形成的InGaN量子井層；上述吸收層的最上面的吸收層上部形成第二電流阻擋層；上述第二電流阻擋層上部形成分布式布拉格反射反射鏡的光泵浦半導(dǎo)體芯片；上述光泵浦半導(dǎo)體芯片的分布式布拉格反射反射鏡在上面由粘合劑連接的熱沉；由上述光泵浦半導(dǎo)體芯片泵浦激光的泵浦源；根據(jù)上述泵浦源中泵浦激光上述光泵浦半導(dǎo)體芯片中發(fā)振的光與上述分布式布拉格反射反射鏡一起共振產(chǎn)生的激光的光由外部輸出的輸出反射鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求項(xiàng)3所述的利用光泵浦半導(dǎo)體芯片的垂直外部空穴表面放出激光系統(tǒng)，其特征在于，上述光泵浦半導(dǎo)體芯片的基板可以在蘭寶石(Sapphire)基板、硅電石燈(SiC)基板和鎵(GaN)基板中選擇任意一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求項(xiàng)3或4所述的利用光泵浦半導(dǎo)體芯片的垂直外部空穴表面放出激光系統(tǒng)，其特征在于，上述光泵浦半導(dǎo)體芯片的分布式布拉格反射反射鏡是由SiO2和TiO2的薄膜或是Si和SiN薄膜形成的。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)光泵浦半導(dǎo)體芯片及利用它的垂直外部空穴表面放出激光系統(tǒng)的，光泵浦半導(dǎo)體芯片在基板的上部形成第一電流阻擋層(Current blocking layer)；在上述第一電流阻擋層上部層積了多個(gè)InGaN吸收層；在每一個(gè)InGaN吸收層之間都插入了比上述吸收層多IN的InGaN量子井層；上述吸收層的最上面的吸收層上部形成第二電流阻擋層；上述第二電流阻擋層上部形成DDR(Distributed Bragg Reflection)反射鏡。接著，本發(fā)明可以達(dá)到的效果是由InGaN形成光泵浦半導(dǎo)體芯片的吸收層和量子井層，不使用現(xiàn)有的第二次高調(diào)波物質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)可視光激光。
文檔編號(hào)H01S5/024GK1921248SQ20051002903
公開(kāi)日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2005年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月24日
發(fā)明者嚴(yán)基榮, 金哲會(huì) 申請(qǐng)人:上海樂(lè)金廣電電子有限公司