高功率共面電極泄露波激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高功率、超窄光束發(fā)散的共面電極泄露波激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率半導(dǎo)體激光器在光纖激光器或全固態(tài)激光器栗浦、材料加工、傳感、醫(yī)療和國防等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但是半導(dǎo)體激光器存在發(fā)散角大、橢圓光斑的難題，限制了其直接應(yīng)用。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器垂直方向采用全反射波導(dǎo)，激光腔很小(通常在Iym左右)，腔面由于自衍射，導(dǎo)致其垂直發(fā)散角半高全寬通常大于30°。如此大的垂直光束發(fā)散需采用高數(shù)值孔徑、短焦距的非球面鏡進(jìn)行準(zhǔn)直，成本較高，而且光學(xué)對(duì)準(zhǔn)精度要求非常高。另外，半導(dǎo)體激光器的側(cè)向發(fā)散角通常為10°左右，輸出光束為橢圓分布，不利于光束聚焦和耦合。
[0003]為降低半導(dǎo)體激光器的垂直發(fā)散角，需要增大其垂直方向的光模式尺寸，因此人們提出了很多方法，比如大光腔結(jié)構(gòu)、非對(duì)稱波導(dǎo)、多有源區(qū)級(jí)聯(lián)、雙勢皇分別限制結(jié)構(gòu)、插入模式反導(dǎo)引層、光子帶晶體結(jié)構(gòu)等，目前已可將半導(dǎo)體激光器的垂直發(fā)散角半高全寬降低至10°以下。但是這些方法最小可獲得的發(fā)散角由光波導(dǎo)厚度決定，要想獲得更低的光束發(fā)散，需要生長非常厚的外延層，成本相對(duì)較高。因此，一種泄露波激光器被提出，它的N型包層很薄，而且N型波導(dǎo)層的折射率低于襯底折射率，因此波導(dǎo)中輻射可隧穿通過N型包層進(jìn)入襯底，從而獲得非常大的光模式擴(kuò)展。由于其光斑尺寸由襯底厚度決定，大約在100-200 μπι之間，因此在不增加外延厚度的情形下可以將垂直發(fā)散角降低到1°以下。但除了窄的光束發(fā)散，這種設(shè)計(jì)具有一些缺點(diǎn)，光在襯底中傳輸會(huì)產(chǎn)生大的泄露損耗和吸收損耗，從而導(dǎo)致器件閾值電流很大，輸出功率較低，降低了這種器件結(jié)構(gòu)的吸引性。最近一種傾斜波激光器被提出，它改進(jìn)了泄露波激光器，通過在拋光的襯底背面相對(duì)于電極條形區(qū)域上蒸鍍介質(zhì)反射鏡，將向襯底背面?zhèn)鬏數(shù)膬A斜光波反射回有源區(qū)，從而有效降低激光器的泄露損耗和N面電極的吸收損耗，提高了激光器的輸出功率。但這種方法要求襯底背面介質(zhì)反射鏡與P面電極窗口精確對(duì)準(zhǔn)，需采用雙面對(duì)準(zhǔn)光刻機(jī)，對(duì)設(shè)備和工藝要求較高。另外，這種方法仍面臨襯底吸收損耗大的問題，功率受到限制，而且僅適用于襯底帶隙能量高于激射光子能量的情形，不然將面臨非常大的載流子吸收損耗，應(yīng)用波長受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種高功率共面電極泄露波激光器。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]高功率共面電極泄露波激光器，該激光器為凸形結(jié)構(gòu)，包括:下寬部分和上窄部分；在非摻雜襯底上依次生長N型包層、N型波導(dǎo)、有源區(qū)、P型波導(dǎo)、P型包層和P型蓋層；其中下寬部分從下到上依次為:非摻雜襯底和N型包層；在所述N型包層的中間部分刻蝕上窄部分，其中上窄部分從下到上依次為:N型波導(dǎo)、有源區(qū)、P型波導(dǎo)、P型包層和P型蓋層。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明是利用內(nèi)腔電注入的泄露波半導(dǎo)體激光器。它采用非摻雜襯底代替?zhèn)鹘y(tǒng)的摻雜襯底，因此光在其中傳輸具有非常低的損耗，有利于提高激光器的輸出功率，而且即使激射光子能量高于襯底的帶隙能量，載流子吸收損耗也很低，應(yīng)用波長很廣。由于采用非摻雜襯底，為解決器件電流注入問題，本發(fā)明采用共面電極結(jié)構(gòu)，N面電極與重?fù)诫sN型包層相連，電子載流子直接經(jīng)由N型包層和波導(dǎo)注入到有源區(qū)，有利于提高注入效率和降低電阻。這種激光器的襯底背面可直接大面積沉積介質(zhì)反射鏡，不需要雙面對(duì)準(zhǔn)，制備工藝簡單。介質(zhì)反射鏡可有效的將泄漏到襯底的光波反射回有源區(qū)，形成反饋，提高增益，而且還可抑制光波泄漏到高吸收的焊接電極，降低損耗。在本發(fā)明中，激光發(fā)射可泄露到襯底，由于襯底非常厚，在不增加激光器外延厚度的情況下可獲得超大光模式體積及極窄的垂直光束發(fā)散，而且本發(fā)明激光器采用非摻雜襯底及內(nèi)腔電流注入，具有損耗小、閾值低的優(yōu)點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)高功率激光輸出，具有很大的應(yīng)用潛力。
【附圖說明】
[0008]圖1本發(fā)明高功率共面電極泄露波激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2本發(fā)明共面電極泄露波激光器的折射率分布示意圖。
[0010]圖3本發(fā)明高功率共面電極泄露波激光器的一種優(yōu)化的供電結(jié)構(gòu)。
[0011]圖中:1、非摻雜襯底，2、N型包層，3、N型波導(dǎo)，4、有源區(qū)，5、P型波導(dǎo)，6、P型包層，7、P型蓋層，8、電絕緣層，9、P面電極，10、N面電極，11、介質(zhì)反射鏡，12、焊接電極，13、P電極引線和14、N電極引線。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器由下至上依次為焊接電極12、介質(zhì)反射鏡11、非摻雜襯底1、N型包層2、N型波導(dǎo)3、有源區(qū)4、P型波導(dǎo)5、P型包層6、P型蓋層7、電絕緣層8、P面電極9和N面電極10。該激光器為凸形結(jié)構(gòu)，非摻雜襯底I和N型包層2位于下寬部分；N型波導(dǎo)3、有源區(qū)4、P型波導(dǎo)5、P型包層6和P型蓋層7位于上窄部分；下寬部分的上表面、上窄部分的側(cè)表面和上表面都沉積電絕緣層8 ;在下寬部分的上表面的兩端開電極窗口制作N面電極10 ;在上窄部分的上表面開電極窗口制作P面電極9。其中:襯底I非摻雜，具有極小的吸收損耗，在本發(fā)明中僅充當(dāng)擴(kuò)展波導(dǎo)，不通電流；N型波導(dǎo)3和N型包層2厚度很薄，無法完全限制光場，使得光波可泄漏到非摻雜襯底I中；P型波導(dǎo)5的厚度大于N型波導(dǎo)3，P型包層6的厚度大于N型包層2，P型包層6和P型波導(dǎo)5之間的折射率差大于等于N型包層2和N型波導(dǎo)3之間的折射率差，使得P面光場被完全限制在波導(dǎo)內(nèi)；P型蓋層7和N型包層2均重?fù)诫s，以做歐姆接觸；P面電極9位于P型蓋層7的頂面上，并且電連接到P型蓋層7 ;N面電極10位于重?fù)诫sN型包層2上，并且電連接到重?fù)诫sN型包層2上；P面電極9和N面電極10不直接相連，中間有電絕緣層8形成的隔離溝道，使得電子和空穴載流子能分別注入到有源區(qū)進(jìn)行復(fù)合。
[0014]襯底I可為非摻雜的任何常用的II1- V族化合物，比如GaAs、InP、GaSb, GaN等，用于在其上外延生長激光器各層材料。
[0015]N型包層2生長在襯底I上，重?fù)诫s施主雜質(zhì)，其帶隙寬度大于N型波導(dǎo)3帶隙寬度。在本發(fā)明中，N型包層2厚度很薄，以使光波可遂穿通過其進(jìn)入到襯底；另外，N型包層2為重?fù)诫s材料，與N面電極10相連，用于N型歐姆接觸。
[0016]N型波導(dǎo)3生長在N型包層2之上，摻雜施主雜質(zhì)，其帶