專利名稱：超薄絕緣層半導體激光器及其制備方法
技術領域：
本發明屬于光電技術領域，具體涉及一種半導體激光器，特別是超薄絕緣層半導體激光器及其制備方法。
背景技術：
半導體激光器(DL)是近年來激光器發展的一個重要方向，由于其體積小，功率高， 壽命長等特點，在醫療、工農業加工以及軍事領域中的激光武器、測距、制導、探潛等方面具有極其廣闊的應用前景。目前的半導體激光器中為了防止產生橫向光震蕩，一般都會采取一定的光隔離措施，以保證激光只在設計者希望的方向上產生振蕩。光隔離的方法有物理隔離法和載流子限制法。其中載流子限制法就是在半導體激光器的電極附近制作一些絕緣層，阻擋載流子的注入，為保證載流子限制的效果一般該絕緣層都需要制備IOOnm以上。但是由于絕緣層材料大都是金屬氧化物材料，其熱導率較低，因此過厚的絕緣層會使半導體激光器的散熱困難，提高半導體激光器的工作溫度，降低半導體激光器的功率與壽命。
發明內容
本發明的目的在于在于克服上述現有技術的不足，提供一種具有散熱效率高，工作溫度低，輸出功率和壽命較高的超薄絕緣層半導體激光器及其制備方法。本發明的解決方案是一種超薄絕緣層半導體激光器，包括襯底上的下金屬化層， 下限制層，下波導層，下過渡層，量子阱層，上過渡層，上波導層，上限制層，上金屬化層，上下金屬電極層，前后腔面分別鍍的增透膜和高反射薄膜，其特點是在上金屬化層和上金屬電極層之間的上金屬化層表面開有至少兩條溝槽，兩相鄰溝槽之間設有載流子限制絕緣凸起。本發明中，溝槽的作用是利用物理隔斷波導層限制光的橫向震蕩，但是由于溝槽結構對于芯片的機械性能有較大損傷，不能制作的過于密集，需要與絕緣層凸起配合使用， 絕緣層凸起的作用是阻擋載流子注入這一個區域，起到減弱本區域內的光增益效果作用， 進而限制光場在這個區域獲得能量，所以起到了限制光的橫向震蕩。絕緣層凸起的載流子限制作用與其絕緣特性密切相關，絕緣特性又與薄膜制備方法密切相關，采用本發明的絕緣層可以獲得致密性更高的絕緣層，因此可以使用較薄的絕緣層起到現有絕緣層的效果。本發明的解決方案中載流子限制絕緣凸起之間的間距相等。其作用是限制對本區域的載流子注入，從而限制本區域內的光增益特性，阻止光在橫向產生震蕩。載流子限制凸起高度為l_50nm。上述超薄絕緣層半導體激光器的制備方法，其特點是包括以下步驟
A、在襯底上依次外延生長下金屬化層，下限制層，下波導層，下過渡層，量子阱層，上過渡層，上波導層，上限制層，上金屬化層；
B、采用光刻技術與刻蝕技術在上金屬化層制備溝槽，然后在金屬化層上沉積載流子限制層;C、將溝槽之間的載流子限制層進行裁減，形成相互有間隔的載流子限制絕緣凸起，間隔處的載流子限制層被裁減掉
D、制備金屬電極層，進行解理，前腔面鍍增透膜，后腔面鍍高反射薄膜，芯片焊接到熱沉，壓焊電極引線。本發明制備方法的解決方案中載流子限制層進行裁減利用光刻刻蝕或剝離的方法。本發明制備方法的解決方案中沉積載流子限制絕緣層方法采用原子層沉積法或等離子體輔助原子層沉積法、或金屬自然氧化法。金屬自然氧化法是首先沉積一層金屬材料在金屬化層(10)表面上，然后再將其置于空氣中或者氧氣中一段時間，氧氣對金屬的氧化會自然形成金屬氧化物絕緣層，即載流子限制層。 本發明制備方法的解決方案中載流子限制層材料采用氧化釔、或氧化鋁、或氧化鉿、或氧化硅、或氧化鋯。本發明的優點本發明通過在上金屬化層和上金屬電極層之間的上金屬化層表面開有至少兩條溝槽，兩相鄰溝槽之間設有載流子限制絕緣凸起。同時半導體激光器其絕緣層非常致密，絕緣性能比傳統制備方法好，所以絕緣層的厚度可以降低到l-50nm，絕緣層厚度降低可以使半導體激光器的散熱更加快速，有利于半導體激光器功率和壽命的提高。
圖I為本發明增強散熱的半導體激光器結構示意圖2為兩條溝槽間載流子限制絕緣凸起的局部圖。
具體實施例方式實施例本發明實施例如圖I、圖2所示以寬條半導體激光器為例，制備超薄絕緣層半導體激光器的方法包括以下步驟
I、在襯底I上依次外延生長半導體激光器結構，包括下金屬化層2，下限制層3，下波導層4，下過渡層5，量子阱層6，上過渡層7，上波導層8，上限制層9，上金屬化層10。2、采用光刻技術與刻蝕技術在上金屬化層10制備12條溝槽17。3、利用原子層沉積法制備載流子限制絕緣層14，載流子限制層材料采用氧化釔， 載流子限制絕緣層14高度為10nm。4、將溝槽17之間的載流子限制層14進行裁減，形成相互有間隔的載流子限制絕緣凸起14，載流子限制絕緣凸起14之間的間距相等，載流子限制絕緣凸起14間隔處的載流子限制層被裁減掉，裁減方法采用光刻刻蝕方法。5、采用光刻剝離制備金屬電極層11，12。6、在前腔面沉積增透膜，在后腔面沉積高反射膜，
7、芯片焊接到熱沉，壓焊電極引線。
權利要求
1.一種超薄絕緣層半導體激光器，包括襯底(I)上的下金屬化層(2)，下限制層(3)，下波導層(4)，下過渡層(5)，量子阱層(6)，上過渡層(7)，上波導層(8)，上限制層(9)，上金屬化層(10)，上下金屬電極層(11、12)，前后腔面分別鍍的增透膜和高反射薄膜，其特征在于在上金屬化層(10 )和上金屬電極層(12 )之間的上金屬化層(10 )表面開有至少兩條溝槽(17)，兩相鄰溝槽(17)之間設有載流子限制絕緣凸起(14)。
2.根據權利要求I所述的超薄絕緣層半導體激光器，其特征在于載流子限制絕緣凸起 (14)之間的間距相等。
3.根據權利要求I所述的超薄絕緣層半導體激光器，其特征在于載流子限制凸起(14) 高度為l-50nm。
4.一種如權利要求I所述的超薄絕緣層半導體激光器的制備方法，其特征在于包括以下步驟A、在襯底(I)上依次外延生長下金屬化層(2)，下限制層(3)，下波導層(4)，下過渡層(5)，量子阱層(6)，上過渡層(7)，上波導層(8)，上限制層(9)，上金屬化層(10)；B、采用光刻技術與刻蝕技術在上金屬化層(10)制備溝槽(17)，然后在金屬化層(10) 上沉積載流子限制層；C、將溝槽(17)之間的載流子限制層進行裁減，形成相互有間隔的載流子限制絕緣凸起 (14)，間隔處的載流子限制層被裁減掉D、制備金屬電極層(11、12)，進行解理，前腔面鍍增透膜，后腔面鍍高反射薄膜，芯片焊接到熱沉，壓焊電極引線。
5.根據權利要求4所述的超薄絕緣層半導體激光器的制備方法，其特征在于載流子限制層進行裁減利用光刻刻蝕或剝離的方法。
6.根據權利要求4所述的超薄絕緣層半導體激光器的制備方法，其特征在于沉積載流子限制絕緣層方法采用原子層沉積法或等離子體輔助原子層沉積法、或金屬自然氧化法。
7.根據權利要求4所述的超薄絕緣層半導體激光器的制備方法，其特征在于載流子限制層材料采用氧化釔、或氧化鋁、或氧化鉿、或氧化硅、或氧化鋯。
8.根據權利要求6所述的超薄絕緣層半導體激光器的制備方法，其特征在于金屬自然氧化法是首先沉積一層金屬材料在金屬化層(10)表面上，然后再將其置于空氣中或者氧氣中一段時間，氧氣對金屬的氧化會自然形成金屬氧化物絕緣層，即載流子限制層。
全文摘要
本發明涉及一種半導體激光器，特別是超薄絕緣層半導體激光器及其制備方法。半導體激光器包括襯底上的下金屬化層，下限制層，下波導層，下過渡層，量子阱層，上過渡層，上波導層，上限制層，上金屬化層，上下金屬電極層，前后腔面分別鍍的增透膜和高反射薄膜，在上金屬化層和上金屬電極層之間的上金屬化層表面開有至少兩條溝槽，兩相鄰溝槽之間設有載流子限制絕緣凸起。制備方法是采用光刻技術與刻蝕技術在上金屬化層制備溝槽，然后在金屬化層上沉積載流子限制層；將溝槽之間的載流子限制層進行裁減，形成載流子限制絕緣凸起。本發明絕緣層厚度低，可以使半導體激光器的散熱更加快速，有利于半導體激光器功率和壽命的提高。
文檔編號H01S5/024GK102593717SQ201210075628
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月21日 優先權日2012年3月21日
發明者李弋, 武德勇, 鄭鋼, 雷軍 申請人:中國工程物理研究院應用電子學研究所