808nm平顶光场大功率激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体激光器技术领域。
【背景技术】
[0002]808nm大功率半导体激光器在固体激光器泵浦、激光加工、激光医疗、激光显示以及军事应用等领域得到了越来越广泛的应用，特别是在固体激光器泵浦应用中，以其体积小，重量轻，效率和可靠性高等优点倍受青睐。在近十年内，随着大功率半导体激光器产品进一步成熟，通过各种结构将激光巴条封装成的线阵、叠阵模块的输出功率可达数千瓦甚至上万瓦，在工业加工、军事等领域的需求有很大增长。
[0003]对于大功率半导体激光器，其腔面的半导体材料在高光功率密度下容易出现损伤，从而破坏腔面的反射或透射作用，造成激光器件的损坏，这就是腔面灾变光学损伤现象。腔面灾变光学损伤成为限制半导体激光器输出功率进一步提高的主要因素。
[0004]传统的大功率激光器采用大光腔结构。采用增加波导厚度的外延结构设计，增大外延层方向的光斑尺寸，降低光功率密度，获得高的腔面灾变光学损伤现象阈值。但是快轴光场集中在有源区，有源区光功率密度仍然很高，没有本质改变激光器可靠性问题。同时存在工作电压高、电光转换效率低等缺陷。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种808nm平顶光场大功率激光器，快轴光场顶部分布均匀，能够进一步降低有源区光功率密度，提高激光器的可靠性和耐用性。
[0006]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:
一种808nm平顶光场大功率激光器，包括衬底以及在衬底上从下至上依次生长的缓冲层、下限制层、下光场作用层、下波导层、量子阱层、上波导层、上光场作用层、上限制层和电极接触层，所述下光场作用层采用高掺杂的N型AlGaAs材料，上光场作用层采用高掺杂的P型AlGaAs材料。
[0007]进一步的技术方案，所述下光场作用层的掺杂浓度为11 Vcm3?1018cm3，上光场作用层的掺杂浓度为11 Vcm3?10 18Cm3。
[0008]进一步的技术方案，所述下光场作用层的厚度为0.05 μπι?I μm，上光场作用层的厚度为0.05 μ m?I μ m。
[0009]进一步的技术方案，所述下波导层采用轻掺杂的P型AlGaAs材料，厚度为0.4 μ m ~ Iym ;所述上波导层米用轻掺杂的N型AlGaAs材料，厚度为0.4 μ m?I μ m。
[0010]进一步的技术方案，所述的下波导层的掺杂浓度不大于1018/cm3，上波导层的掺杂浓度不大于1018/cm3。
[0011]进一步的技术方案，所述电极接触层为重掺杂的P型AlGaAs材料，所述电极接触层掺杂浓度不小于1027cm3。
[0012]进一步的技术方案，所述量子阱层为非掺杂的AlGaInAs材料。
[0013]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明下光场作用层和上光场作用层均采用高掺杂的AlGaAs材料，实现了快轴光场顶部分布均匀，与传统的采用大光腔结构的大功率激光器相比，进一步的降低了有源区光功率密度，进一步的增大了近场光斑尺寸，进一步的降低了腔面光功率密度，进一步的提高了腔面灾变光学损伤阈值，从而提高了激光器的可靠性和耐用性；通过提高欧姆接触层浓度、界面渐变、波导层掺杂，减小附加的电压值和电阻值，其中上波导层和下波导层的厚度均为0.4?I μπι，且波导层为低掺杂，减少了载流子穿越所有异质壁皇产生的电压降，使得额外电压降低，欧姆接触层浓度大于102°/cm3，进一步降低了附加电压及系统电阻；量子阱层为AlGaInAs应变量子阱，能够获得高发光量子效率。
【附图说明】
[0014]图1是本发明结构示意图；
图2是常规结构光场分布图；
图3是本发明平顶光场结构光场分布图；
在附图中:1、衬底，2、缓冲层，3、下限制层，4、下光场作用层，5、下波导层，6、量子阱层，7、上波导层，8、上光场作用层，9、上限制层，10、电极接触层。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0016]实施例1:
如图1所示，808nm平顶光场大功率激光器，包括衬底1、缓冲层2、下限制层3、下光场作用层4、下波导层5、量子阱层6、上波导层7、上光场作用层8、上限制层9和电极接触层10。
[0017]衬底1，用于在其上进行半导体激光器各层材料外延生长，本发明中衬底I是(100)面的N型砷化镓，这样能够有利于电子的注入，减小衬底I材料的串联电阻。
[0018]缓冲层2制作在衬底I上，为N型砷化镓材料，其目的是形成高质量的外延表面，减小衬底I与其它各层的应力，消除衬底I的缺陷向其它各层的传播，以利于器件其它各层材料的生长。
[0019]下限制层3制作在缓冲层2上，为高掺杂的N型铝镓砷材料，其目的是限制光场横模向缓冲层2和衬底I的扩展，减小光的损耗，也是限制载流子的扩散，减小空穴漏电流，以降低器件的阈值电流，同时降低势皇，减小电压亏损，提高效率。
[0020]下光场作用层4制作在下限制层3上，为高掺杂的N型铝镓砷材料，其目的是控制波导内的光场分布，形成平顶光场。下光场作用层4的厚度为0.05 μπι?I μπι，掺杂浓度为 117/Cm3-1O18/cm3o
[0021 ] 下波导层5制作在下光场作用层4上，为轻掺杂的N型铝镓砷材料，掺杂浓度不大于1018/cm3，厚度为0.4 μπι?I μm，其目的是加强对光场的限制，减小光束的远场发散角，提高器件的光束质量，同时减小腔面光功率密度，采用轻掺杂是为了减少该层对光的吸收损耗，同时使量子阱层6与下波导层5势皇之间的能阶变小，费米能级的弯曲幅度变小，额外电压降减小。
[0022]量子阱层6制作在下波导层5上，为非掺杂的铝镓铟砷材料，其作用是作为激光器的有源区，提供足够的光增益，并决定器件的激射波长以及器件的使用寿命。
[0023]上波导层7制作在量子阱层6上，为轻掺杂的P型铝镓砷材料，掺杂浓度不大于1018/cm3，厚度为0.4μπι?Ιμπι，上波导层7的作用是加强对光场的限制，减小光束的远场发散角，提高器件的光束质量，采用轻掺杂是为了减少上波导层7对光的吸收损耗，同时使量子阱层6与上波导层7势皇之间的能阶变小，费米能级的弯曲幅度变小，额外电压降减小。
[0024]上光场作用层8制作在上波导层7上，为高掺杂的P型铝镓砷材料，其目的是控制波导内的光场分布，形成平顶光场。上光场作用层8的厚度为0.05 μπι?I μm，掺杂浓度为11Vcm3-1O1Vcn^下光场作用层4和上光场作用层8与其他各层相比具有较高的折射率。
[0025]上限制层9制作在上光场作用层8上，为高掺杂的P型铝镓砷材料，其优点是增加了上波导层7和上限制层9的带阶，能够有效阻碍电子向上限制层9的扩散和漂移，从而减小电子的漏电流，以降低器件的阈值电流，提高注入效率，而且限制光场横模向该上限制层9的扩展，减小光的损耗，也是降低势皇，减小电压亏损，提高效率。
[0026]电极接触层10制作在上限制层9上，为重掺杂的P型砷化镓材料，浓度大于102°/cm3，其目的是实现良好的欧姆接触，采用重掺杂是为了减小串联电阻，提高器件的转换效率。
[0027]如图2所示，为常规结构下的光场分布图，图3为本发明的光场分布图，其中，Cl为光强分布曲线，C2为折射率分布曲线，由图3可知，采用高掺杂的AlGaAs材料，降低了折射率，从而形成了平顶光场，实现了快轴光场顶部分布均匀，与传统的采用大光腔结构的大功率激光器相比，进一步的降低了有源区光功率密度，进一步的增大了近场光斑尺寸，进一步的降低了腔面光功率密度，进一步的提高了腔面灾变光学损伤阈值，从而提高了激光器的可靠性和耐用性。
【主权项】
1.一种808nm平顶光场大功率激光器，包括衬底(I)以及在衬底(I)上从下至上依次生长的缓冲层(2)、下限制层(3)、下光场作用层(4)、下波导层(5)、量子阱层(6)、上波导层(7)、上光场作用层(8)、上限制层(9)和电极接触层(10)，其特征在于所述下光场作用层(4)采用高掺杂的N型AlGaAs材料，上光场作用层(8)采用高掺杂的P型AlGaAs材料。
2.根据权利要求1所述的808nm平顶光场大功率激光器，其特征在于所述下光场作用层(4)的掺杂浓度为11Vcm3?10 18cm3，上光场作用层(8)的掺杂浓度为11Vcm3?1018cm3。
3.根据权利要求1所述的808nm平顶光场大功率激光器，其特征在于所述下光场作用层(4)的厚度为0.05 μ m?I μ m，上光场作用层(8)的厚度为0.05 μ m?I μ m。
4.根据权利要求1所述的808nm平顶光场大功率激光器，其特征在于所述下波导层(5)采用轻掺杂的P型AlGaAs材料，厚度为0.4 μπι?I μm ;所述上波导层(7)采用轻掺杂的N型AlGaAs材料，厚度为0.4 μ m?I μ m。
5.根据权利要求4所述的808nm平顶光场大功率激光器，其特征在于所述的下波导层(5)的掺杂浓度不大于11Vcm3，上波导层(7)的掺杂浓度不大于1018/cm3。
6.根据权利要求1所述的808nm平顶光场大功率激光器，其特征在于所述电极接触层(10)为重掺杂的P型AlGaAs材料，所述电极接触层(10)的掺杂浓度不小于102°/cm3。
7.根据权利要求1所述的808nm平顶光场大功率激光器，其特征在于所述量子阱层(6)为非掺杂的AlGaInAs材料。
【专利摘要】本发明公开了一种808nm平顶光场大功率激光器，涉及半导体激光器技术领域；包括衬底以及在衬底上从下至上依次生长的缓冲层、下限制层、下光场作用层、下波导层、量子阱层、上波导层、上光场作用层、上限制层和电极接触层，所述下光场作用层采用高掺杂的N型AlGaAs材料，上光场作用层采用高掺杂的P型AlGaAs材料。本发明快轴光场顶部分布均匀，能够进一步降低有源区光功率密度，提高激光器的可靠性和耐用性。
【IPC分类】H01S5-20, H01S5-323
【公开号】CN104600562
【申请号】CN201510055185
【发明人】宁吉丰, 陈宏泰, 车相辉, 王彦照, 林琳, 位永平, 王晶
【申请人】中国电子科技集团公司第十三研究所
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年2月3日