一种半导体激光bar条及其制备方法与流程

本发明涉及一种半导体激光器领域，尤其涉及一种半导体激光bar条及其制备方法。

背景技术：

随着半导体激光器技术的不断提升，半导体激光器，以体积小、电光转化效率高、耦合效率高、响应速度快等优势，在激光加工、医疗、光纤通信等民用领域以及激光制导、激光通信、激光武器等军事领域获得了广泛的应用。现有的半导体激光bar条稳定性较差，且寿命短。因此，如何在实现高功率的同时提高期间的稳定性和寿命已经成为目前研究的主要方向。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种半导体激光bar条及其制备方法，以提高半导体激光bar条的稳定性和寿命。

第一方面，本发明提供了一种半导体激光bar条，包括：gaas外延片，其中，所述gaas外延片从上往下依次为：p-gaas欧姆接触层、p-gaas限制层、p-gaas波导层、量子阱、n-gaas波导层、n-gaas限制层和gaas衬底；

所述p-gaas欧姆接触层上刻蚀有脊型电流注入区和非注入区，且部分所述p-gaas限制层未被所述p-gaas欧姆接触层覆盖住；

所述gaas外延片上刻蚀有光隔离区，所述光隔离区为从所述p-gaas限制层未被所述p-gaas欧姆接触层覆盖住的部分开始刻蚀，直到将所述p-gaas限制层、p-gaas波导层、量子阱、n-gaas波导层刻穿所对应的被刻蚀掉的区域；

在所述p-gaas欧姆接触层以及未被所述p-gaas欧姆接触层覆盖住的部分所述p-gaas限制层上方形成有电流限制层，其中，所述电流限制层被刻蚀掉一部分以露出所述脊型电流注入区；

所述电流限制层和所述脊型电流注入区上方形成有p面金属电极层，所述p面金属电极层上设置有电隔离区；

所述gaas衬底远离所述n-gaas限制层的一面形成有n面金属电极层。

优选地，

所述电流限制层被刻蚀掉一部分，且保留所述脊型电流注入区边缘上方的电流限制层，以露出所述脊型电流注入区的中间区域；

和/或，

所述光隔离区对应的刻蚀宽度为15～25um；

和/或，

所述电流限制层使用的膜层材料为氧化硅和氧化钛中的至少一种；

和/或，

所述电流限制层的膜层厚度为120～170um；

和/或，

所述电隔离区的宽度为40～60um；

和/或，

所述p面金属电极层从靠近所述电流限制层到远离所述电流限制层的方向上依次包括：ti层、pt层和au层；

和/或，

所述gaas衬底的厚度为120～140um；

和/或，

所述n面金属电极层从靠近所述gaas衬底到远离所述gaas衬底的方向上依次包括：augeni合金层和au层。

优选地，

ti层的厚度为0.4～0.6um；

和/或，

pt层的厚度为0.4～0.6um；

和/或，

au层的厚度为1.3～1.7um；

和/或，

所述augeni合金层的厚度为0.4～0.6um；

和/或，

所述au层的厚度为18～22um。

优选地，所述半导体激光bar条的前腔镀有高透膜，所述半导体激光bar条的后腔镀有高反膜。

优选地，

所述高透膜从靠近所述半导体激光bar条的前腔到远离所述半导体激光bar条的前腔的方向上依次包括：znse膜层和sio2膜层；

和/或，

所述高反膜从靠近所述半导体激光bar条的后腔到远离所述半导体激光bar条的后腔的方向上依次包括：zn膜层、si膜层和sio2膜层。

第二方面，本发明实施例还提供了一种半导体激光bar条的制备方法，包括：

s1：制作gaas外延片，其中，所述gaas外延片从上往下依次为：p-gaas欧姆接触层、p-gaas限制层、p-gaas波导层、量子阱、n-gaas波导层、n-gaas限制层和gaas衬底；

s2：在所述p-gaas欧姆接触层上刻蚀出脊型电流注入区和非注入区，并露出部分所述p-gaas限制层；

s3：在所述p-gaas限制层上的露出部分开始刻蚀，直到将所述p-gaas限制层、p-gaas波导层、量子阱、n-gaas波导层刻穿，露出所述n-gaas限制层为止，以制作出光隔离区；

s4：形成将所述p-gaas欧姆接触层以及露出的部分所述p-gaas限制层均覆盖住的电流限制层，并对所述电流限制层进行刻蚀，以露出所述脊型电流注入区；

s5：在所述电流限制层和所述脊型电流注入区上方形成p面金属电极层，并在所述p面金属电极层上制作出电隔离区；

s6：在所述gaas衬底远离所述n-gaas限制层的一面形成n面金属电极层。

优选地，

在步骤s4中对所述电流限制层进行刻蚀时，保留所述脊型电流注入区边缘上方的电流限制层，以露出所述脊型电流注入区的中间区域；

和/或，

在步骤s2中采用湿法刻蚀，刻蚀使用的刻蚀液成分及配比如下：ch3oh∶h3po4∶h2o2＝3～5∶1∶1；

和/或，

在步骤s3中采用湿法刻蚀，刻蚀使用的刻蚀液成分及配比如下：h3po4∶h2o2∶h2o＝2∶1∶10～20；

和/或，

在步骤s3中，所述光隔离区对应的刻蚀宽度为15～25um；

和/或，

所述电流限制层使用的膜层材料为氧化硅和氧化钛中的至少一种；

和/或，

所述电流限制层的膜层厚度为120～170um；

和/或，

所述电隔离区的宽度为40～60um；

和/或，

所述形成p面金属电极层，包括：在所述电流限制层和所述脊型电流注入区上方形成ti层；在ti层上方形成pt层；在pt层上方形成au层；

和/或，

在步骤s5之后，在步骤s6之前，进一步包括：对所述gaas衬底远离所述n-gaas限制层的一面进行抛光减薄处理，使得抛光减薄处理后的所述gaas衬底的厚度为120～140um；

和/或，

所述形成n面金属电极层，包括：在所述gaas衬底远离所述n-gaas限制层的一面上形成augeni合金层，并在400～500℃环境下，对形成的所述augeni合金层加热40～50s，以使ge离子融合到所述gaas衬底内；在所述augeni合金层远离所述gaas衬底的一面形成au层。

优选地，

ti层的厚度为0.4～0.6um；

和/或，

pt层的厚度为0.4～0.6um；

和/或，

au层的厚度为1.3～1.7um；

和/或，

所述augeni合金层的厚度为0.4～0.6um；

和/或，

所述au层的厚度为18～22um。

优选地，在步骤s6之后进一步包括：将步骤s6处理后的所述gaas外延片解离成多个独立的bar条，并针对每一个bar条，对bar条的前腔镀高透膜，对bar条的后腔镀高反膜。

优选地，

所述对bar条的前腔镀高透膜，包括：对bar条的前腔镀一层znse膜层，并在znse膜层上镀sio2膜层；

和/或，

所述对bar条的后腔镀高反膜，包括：对bar条的后腔镀一层zn膜层，在zn膜层上镀si膜层，并在si膜层上镀sio2膜层。

借由上述方案，本发明具有以下优点：由于半导体激光器为高功率激光器，在工作过程中会产生大量的热量，通过在p-gaas欧姆接触层上刻蚀出非注入区的窗口结构，可以将产生的热量及时散掉，防止热量过高烧坏bar条；另外，在后期封装过程中，采用软金属将bar条倒扣黏连在基板上，非注入区的窗口结构可以防止软金属与p面金属电极层的连接，若软金属与p面金属电极层连接导通会将bar条烧坏，如此，非注入区的引入，可以提高半导体激光bar条的稳定性和寿命。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的一种半导体激光bar条的制备方法流程图；

图2是本发明一个实施例提供的一种gaas外延片结构示意图；

图3是本发明一个实施例提供的一种bar条的一个发光单元架构图；

图4是本发明一个实施例提供的一种处理后的gaas外延片结构示意图；

图5是本发明一个实施例提供的一种bar条结构示意图。

附图中各标记含义如下：1-p-gaas欧姆接触层；2-p-gaas限制层；3-p-gaas波导层；4-量子阱；5-n-gaas波导层；6-n-gaas限制层；7-gaas衬底；8-电流限制层；9-p面金属电极层；10-光隔离区；11-电隔离层；12-n面金属电极层；13-脊型电流注入区；14-非注入区。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1，本发明一较佳实施例所述的一种半导体激光bar条的制备方法，包括：

s1：制作gaas外延片，其中，所述gaas外延片从上往下依次为：p-gaas欧姆接触层、p-gaas限制层、p-gaas波导层、量子阱、n-gaas波导层、n-gaas限制层和gaas衬底；

s2：在所述p-gaas欧姆接触层上刻蚀出脊型电流注入区和非注入区，并露出部分所述p-gaas限制层；

s3：在所述p-gaas限制层上的露出部分开始刻蚀，直到将所述p-gaas限制层、p-gaas波导层、量子阱、n-gaas波导层刻穿，露出所述n-gaas限制层为止，以制作出光隔离区；

s4：形成将所述p-gaas欧姆接触层以及露出的部分所述p-gaas限制层均覆盖住的电流限制层，并对所述电流限制层进行刻蚀，以露出所述脊型电流注入区；

s5：在所述电流限制层和所述脊型电流注入区上方形成p面金属电极层，并在所述p面金属电极层上制作出电隔离区；

s6：在所述gaas衬底远离所述n-gaas限制层的一面形成n面金属电极层。

在本发明上述实施例中，由于半导体激光器为高功率激光器，在工作过程中会产生大量的热量，通过在p-gaas欧姆接触层上刻蚀出非注入区的窗口结构，可以将产生的热量及时散掉，防止热量过高烧坏bar条；另外，在后期封装过程中，采用软金属将bar条倒扣黏连在基板上，非注入区的窗口结构可以防止软金属与p面金属电极层的连接，若软金属与p面金属电极层连接导通会将bar条烧坏，如此，非注入区的引入，可以提高半导体激光bar条的稳定性和寿命。

请参考图2，为步骤s1中制作的gaas外延片结构示意图。该gaas外延片从上往下依次为：p-gaas欧姆接触层1、p-gaas限制层2、p-gaas波导层3、量子阱4、n-gaas波导层5、n-gaas限制层6和gaas衬底7。

其中，砷化镓gaas是iii-v族元素化合的化合物，为黑灰色固体，熔点1238℃。它在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不为非氧化性的酸侵蚀。砷化镓可作半导体材料，其电子迁移率高、介电常数小，能引入深能级杂质、电子有效质量小，能带结构特殊，因此，本发明实施例中采用gaas制作外延片。

在步骤s2中，对p-gaas欧姆接触层时可以采用湿法刻蚀，优选地，刻蚀使用的刻蚀液成分及配比如下：ch3oh∶h3po4∶h2o2＝3～5∶1∶1。

请参考图3，为bar条的一个发光单元架构图，在图3中，可以看出刻蚀出的脊型电流注入区13和非注入区14。

请参考图4，为处理后的gaas外延片结构示意图，在图4中可以看出，步骤s2刻蚀结束后，剩余的p-gaas欧姆接触层以及露出的部分p-gaas限制层。

由于一个bar条包括多个发光单元，请参考图5，为一个bar条的结构示意图，该bar条包括19个发光单元，相邻发光单元之间在发光时会产生干扰，因此，为了阻隔发光单元之间的干扰，在步骤s3中，需要制作出光隔离区，该光隔离区10的位置请参考图4。

其中，光隔离区10是被刻蚀掉的区域，如此，光隔离区10两侧的电流不互通，从而将两侧的光隔离掉，进而阻隔了发光单元之间的干扰。

在步骤s3中，可以采用湿法刻蚀，优选地，刻蚀使用的刻蚀液成分及配比如下：h3po4∶h2o2∶h2o＝2∶1∶10～20。

在本发明一个实施例中，光隔离区的刻蚀宽度可以为15～25um，优选地，刻蚀宽度为20um。

其中，光隔离区的刻蚀深度为p-gaas限制层、p-gaas波导层、量子阱和n-gaas波导层宽度之和。例如，该刻蚀深度为1.5～2um。

在步骤s4中，在对电流限制层刻蚀时，可以保留所述脊型电流注入区边缘上方的电流限制层，以露出所述脊型电流注入区的中间区域。刻蚀后的电流限制层8请参考图4，如此，在bar通电之后，可以保证从p面金属电极层到n面金属电极层的电流从脊型电流注入区的中间区域通到n面金属电极层。

在对电流限制层8刻蚀后，p-gaas欧姆接触层只露出脊型电流注入区13。

在本发明一个实施例中，电流限制层使用的膜层材料为氧化硅和氧化钛中的至少一种。优选地，该电流限制层使用的膜层材料为sio2。

其中，对电流限制层采用的镀膜方式可以为pecvd。

在本发明一个实施例中，由于电流限制层需要将p-gaas欧姆接触层覆盖住，因此，电流限制层的膜层厚度需要大于p-gaas欧姆接触层的厚度，该电流限制层的膜层厚度可以为120～170um，优选地，其膜层厚度为150um。

在步骤s5中，请参考图4中形成的p面金属电极层9，在形成该p面金属电极层时，具体为：在所述电流限制层和所述脊型电流注入区上方形成ti层；在ti层上方形成pt层；在pt层上方形成au层。

其中，ti层的厚度可以为0.4～0.6um；pt层的厚度可以为0.4～0.6um；au层的厚度可以为1.3～1.7um。优选地，ti层的厚度为0.5um；pt层的厚度为0.5um；au层的厚度为1.5um。

在步骤s5中，制作出的电隔离区11请参考图4和图5，在制作出该电隔离区11之后，bar条通电时，只能两个电隔离层11之间的部分通电，如此，单个发光单元之间不会产生衍射，从而阻止发光单元之间的电干扰。

在本发明一个实施例中，该电隔离区的宽度可以为40～60um。优选地，该电隔离区的宽度为50um。

在本发明一个实施例中，为了进一步提高bar条的散热效果，可以对gaas衬底远离n-gaas限制层的一面进行抛光减薄处理，使得抛光减薄处理后的gaas衬底的厚度为120～140um；优选地，抛光减薄处理后的gaas衬底的厚度为130um。

在步骤s6中，形成n面金属电极层12时，具体为：在所述gaas衬底远离所述n-gaas限制层的一面上形成augeni合金层，并在400～500℃环境下，对形成的所述augeni合金层加热40～50s，以使ge离子融合到所述gaas衬底内；在所述augeni合金层远离所述gaas衬底的一面形成au层。

在本发明一个实施例中，所述augeni合金层的厚度可以为0.4～0.6um；优选地，augeni合金层的厚度为0.5um。

在本发明一个实施例中，所述au层的厚度为18～22um。优选地，au层的厚度为20um。

由于在bar条的制备过程中，机器在同一块板上制作多个bar条，因此，制备完成后，需要将该板进行解离，以解离成多个独立的bar条，并针对每一个bar条，对bar条的前腔镀高透膜，对bar条的后腔镀高反膜。

在本发明一个实施例中，对bar条的前腔镀高透膜时，具体为：对bar条的前腔镀一层znse膜层，并在znse膜层上镀sio2膜层。

在本发明一个实施例中，对bar条的后腔镀高反膜时，具体为：对bar条的后腔镀一层zn膜层，在zn膜层上镀si膜层，并在si膜层上镀sio2膜层。

通过对bar条的前腔镀高透膜，对bar条的后腔镀高反膜，可以提高bar条的透光率。

本发明实施例还提供了一种半导体激光bar条，该半导体激光bar条包括：gaas外延片，其中，所述gaas外延片从上往下依次为：p-gaas欧姆接触层、p-gaas限制层、p-gaas波导层、量子阱、n-gaas波导层、n-gaas限制层和gaas衬底；

所述p-gaas欧姆接触层上刻蚀有脊型电流注入区和非注入区，且部分所述p-gaas限制层未被所述p-gaas欧姆接触层覆盖住；

所述gaas外延片上刻蚀有光隔离区，所述光隔离区为从所述p-gaas限制层未被所述p-gaas欧姆接触层覆盖住的部分开始刻蚀，直到将所述p-gaas限制层、p-gaas波导层、量子阱、n-gaas波导层刻穿所对应的被刻蚀掉的区域；

在所述p-gaas欧姆接触层以及未被所述p-gaas欧姆接触层覆盖住的部分所述p-gaas限制层上方形成有电流限制层，其中，所述电流限制层被刻蚀掉一部分以露出所述脊型电流注入区；

所述电流限制层和所述脊型电流注入区上方形成有p面金属电极层，所述p面金属电极层上设置有电隔离区；

所述gaas衬底远离所述n-gaas限制层的一面形成有n面金属电极层。

在本发明一个实施例中，所述电流限制层被刻蚀掉一部分，且保留所述脊型电流注入区边缘上方的电流限制层，以露出所述脊型电流注入区的中间区域。

在本发明一个实施例中，所述光隔离区对应的刻蚀宽度为15～25um。

在本发明一个实施例中，所述电流限制层使用的膜层材料为氧化硅和氧化钛中的至少一种。

在本发明一个实施例中，所述电流限制层的膜层厚度为120～170um。

在本发明一个实施例中，所述电隔离区的宽度为40～60um。

在本发明一个实施例中，所述p面金属电极层从靠近所述电流限制层到远离所述电流限制层的方向上依次包括：ti层、pt层和au层。

在本发明一个实施例中，所述gaas衬底的厚度为120～140um。

在本发明一个实施例中，所述n面金属电极层从靠近所述gaas衬底到远离所述gaas衬底的方向上依次包括：augeni合金层和au层。

在本发明一个实施例中，ti层的厚度为0.4～0.6um。

在本发明一个实施例中，pt层的厚度为0.4～0.6um。

在本发明一个实施例中，au层的厚度为1.3～1.7um。

在本发明一个实施例中，所述augeni合金层的厚度为0.4～0.6um。

在本发明一个实施例中，所述au层的厚度为18～22um。

在本发明一个实施例中，所述半导体激光bar条的前腔镀有高透膜，所述半导体激光bar条的后腔镀有高反膜。

在本发明一个实施例中，所述高透膜从靠近所述半导体激光bar条的前腔到远离所述半导体激光bar条的前腔的方向上依次包括：znse膜层和sio2膜层。

在本发明一个实施例中，所述高反膜从靠近所述半导体激光bar条的后腔到远离所述半导体激光bar条的后腔的方向上依次包括：zn膜层、si膜层和sio2膜层。

综上所述，本发明各个实施例至少可以具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，由于半导体激光器为高功率激光器，在工作过程中会产生大量的热量，通过在p-gaas欧姆接触层上刻蚀出非注入区的窗口结构，可以将产生的热量及时散掉，防止热量过高烧坏bar条；另外，在后期封装过程中，采用软金属将bar条倒扣黏连在基板上，非注入区的窗口结构可以防止软金属与p面金属电极层的连接，若软金属与p面金属电极层连接导通会将bar条烧坏，如此，非注入区的引入，可以提高半导体激光bar条的稳定性和寿命。

2、在本发明实施例中，通过在所述p-gaas限制层上的露出部分开始刻蚀，直到将所述p-gaas限制层、p-gaas波导层、量子阱、n-gaas波导层刻穿，露出所述n-gaas限制层为止，以制作出光隔离区，可以阻隔发光单元之间的干扰。

3、在本发明实施例中，通过在p面金属电极层上刻蚀出电隔离层，从而可以防止发光单元之间的产生的电干扰。

4、在本发明实施例中，通过对gaas衬底远离n-gaas限制层的一面进行抛光减薄处理，从而可以进一步提高bar条的散热效果，保证bar条的稳定性和提高bar条的使用寿命。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。