一种半导体激光器的制作方法、半导体激光器及巴条与流程

本申请涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种半导体激光器的制作方法、半导体激光器及巴条。

背景技术

半导体激光器在固体激光器、光纤激光器泵浦源、激光打标、材料加工、激光熔覆、激光医疗与美容和3d打印等领域上都有重要应用；在这些众多应用中，半导体激光器是核心部件。

半导体激光器易在出光面发生comd(catastrophicopticalmirrordamage，光学灾变损伤)，comd是制约半导体激光器高功率光输出和可靠性的重要原因之一；减少或消除出光面的光吸收，能够有效地提高发生comd的阈值功率。

减少激光器出光端面光吸收，一般做法是提高出光面处半导体材料的禁带宽度，现有技术中一般采用量子阱混杂技术，提高半导体激光器出光端面处量子阱材料的禁带宽度，而其它区域，特别是电流注入区下方的量子阱材料的禁带宽度保持不变，使得半导体激光器出光端面处量子阱材料的光谱波长相对于激光器激射波长发生蓝移。

技术实现要素：

本申请主要解决的问题是提供一种半导体激光器的制作方法、半导体激光器及巴条，能够使得半导体激光器的发射光谱发生红移，出光面对激光吸收极小，提升光学灾变损伤抵抗能力和激光器件的可靠性。

为解决上述技术问题，本申请提出的一技术方案是提供一种半导体激光器，该半导体激光器包括外延片，外延片包括n型衬底以及在n型衬底的表面依次外延生长的n型包层、第一波导层、有源层、第二波导层、p型包层和p型欧姆接触层；其中，外延片表面具有电流注入区，电流注入区对应的有源层的禁带宽度小于非电流注入区对应的有源层的禁带宽度。

为解决上述技术问题，本申请提出的另一技术方案是提供一种半导体激光器的制作方法，该方法包括：提供一n型衬底；在n型衬底上依次外延生长n型包层、第一波导层、有源层、第二波导层、p型包层、p型欧姆接触层以形成外延片；在外延片表面定义预设区域，利用选择性量子阱混杂技术在预设区域进行量子阱混杂，使得预设区域投影对应的有源层的量子阱混杂区禁带宽度小于预设区域以外区域对应的有源层的禁带宽度；在预设区域内制作电流注入区，其中，电流注入区对应的有源层的禁带宽度小于非电流注入区对应的有源层的禁带宽度；在电流注入区以外的外延片表面形成电流绝缘层；在电流绝缘层和电流注入区的上表面制备p型欧姆接触电极；对n型衬底进行减薄抛光；在n型衬底表面制备n型欧姆接触电极。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是提供一种巴条，该巴条包括上述的半导体激光器。

通过上述方案，本申请的有益效果是：通过提供一n型衬底；然后在n型衬底上依次生长n型包层、第一波导层、有源层、第二波导层、p型包层、p型欧姆接触层以形成外延片；再利用选择性量子阱混杂技术在外延片表面的预设区域进行量子阱混杂，在预设区域内制作电流注入区，则电流注入区对应的有源层的量子阱也发生混杂，其禁带宽度变小；然后在电流注入区以外的外延片表面形成电流绝缘层；在电流绝缘层和电流注入区的上表面制备p型欧姆接触电极；然后对n型衬底进行减薄抛光，并在其表面制备n型欧姆接触电极，然后把半导体晶片解理成巴条，在巴条前端面和后端面分别镀制增透膜和增反膜，最后根据需要把巴条解理成更小巴条或者单管；通过利用选择性量子阱混杂技术使得电流注入区对应的有源层的量子阱发生混杂，以使得电流注入区对应的有源层的量子阱的禁带宽度小于非电流注入区对应的有源层的禁带宽度，激光器出光面所在区域对应有源层不发生明显量子阱混杂，其禁带宽度变化微小，从而使得发射光谱发生红移，在出光面处光吸收极其微小，提升光学灾变损伤抵抗能力和激光器件的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本申请提供的半导体激光器的一实施例的立体结构示意图；

图2是本申请提供的半导体激光器的一实施例中半导体激光器在a-a’方向上的截面结构示意图；

图3是本申请提供的半导体激光器的一实施例中半导体激光器在b-b’方向上的截面结构示意图；

图4是本申请提供的半导体激光器的制作方法一实施例的流程示意图；

图5是本申请提供的半导体激光器的制作方法中外延片一实施例的结构示意图；

图6是本申请提供的半导体激光器的制作方法中半导体激光器一实施例的结构示意图；

图7是本申请提供的半导体激光器的制作方法另一实施例的流程示意图；

图8是本申请提供的半导体激光器的制作方法另一实施例中半导体激光器不同区域的电致发光谱图；

图9是本申请提供的巴条一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参阅图1至图3，图1是本申请提供的半导体激光器的一实施例的立体结构示意图。

该半导体激光器包括外延片外延片包括n型衬底101以及在n型衬底101的表面依次外延生长的n型包层102、第一波导层103、有源层104、第二波导层105、p型包层106和p型欧姆接触层107。

在n型衬底101背离n型包层102的一侧设置有n型欧姆接触电极111。

图2和图3分别为图1在a-a’和b-b’方向上的截面结构示意图，电流注入区112对应有源层104中的量子阱混杂区113。其中，在外延片表面具有电流注入区112，电流注入区112对应的有源层104的禁带宽度小于非电流注入区对应的有源层104的禁带宽度。在电流注入区制作脊型台110，电流绝缘层108覆盖电流注入区112以外区域，p型欧姆接触电极109覆盖电流注入区112和电流绝缘层108。

可以利用选择性量子阱混杂技术对电流注入区112对应的有源层104进行量子阱混杂，非电流注入区对应的有源层104不发生混杂，以便使得电流注入区112对应的有源层104经混杂后的禁带宽度小于非电流注入区对应的有源层104的禁带宽度，激光器出光面对应区域在电流注入区112之外，因此半导体激光器的发射光谱发生红移，出光面对激光吸收极小。

区别于现有技术，本实施例中提供了一种半导体激光器，使得电流注入区112对应的有源层104中的量子阱混杂区113的禁带宽度小于有源层中104量子阱混杂区113以外的区域的禁带宽度，因此半导体激光器的发射光谱发生红移，出光面对激光吸收极小，提升了光学灾变损伤抵抗能力，并且提升了激光器件的可靠性。

参阅图4至图6，图4是本申请提供的半导体激光器的制作方法一实施例的流程示意图，该半导体激光器的制作方法包括：

步骤401：提供一n型衬底501。

步骤402：在n型衬底501上依次生长n型包层502、第一波导层503、有源层504、第二波导层505、p型包层506和p型欧姆接触层507以形成外延片。

如图5所示，采用mocvd(metalorganicchemicalvapordeposition，金属有机化学气相沉积)或mbe(molecularbeamepitaxy，分子束外延)，在n型衬底501上依次外延生长n型包层502、第一波导层503、有源层504、第二波导层505、p型包层506、过渡层(图中未示出)和p型欧姆接触层507，以形成外延片。

半导体激光器中各层的材料可以如下表所示：

其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤p≤1，0≤q≤1，0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，0≤d≤1，0≤e≤1，0≤f≤1，0≤m≤1，0≤n≤1，0≤r≤1，0≤u≤1，0≤v≤1。

步骤403：在外延片表面定义预设区域，利用选择性量子阱混杂技术在预设区域进行量子阱混杂，使得预设区域投影对应的有源层504的量子阱混杂区禁带宽度小于预设区域以外区域对应的有源层504的禁带宽度。

在形成外延片后，利用选择性量子阱混杂技术在外延片表面预设区域进行量子阱混杂，即预设区域对应的有源层504的量子阱层5041与垒层5042发生原子相互扩散，改变量子阱混杂区的量子阱材料组分以缩小量子阱混杂区的禁带宽度，从而使预设区域对应的量子阱层5041禁带宽度变小，而非预设区域的有源层504的量子阱与垒层不发生明显的原子相互扩散，即非预设区域对应的有源层504的量子阱禁带宽度变化微小，半导体激光器的发射光谱发生红移，光谱发生红移的激光在非混杂区处光吸收减少。

预设区域一般在外延片中心到距离外延片边沿约5mm的中央区域内，量子阱混杂区为预设区域在有源层504的投影区域；在进行量子阱混杂后在预设区域内制作电流注入区511，如脊型台；可以采用光刻、湿法腐蚀或干法刻蚀等方法，腐蚀去除非预设区域的p型欧姆接触层507和部分p型包层506，未蚀刻区域形成脊型台。

选择性量子阱混杂技术一般可以杂质诱导量子阱混杂技术和无杂质空位扩散量子阱混杂技术，在预设温度下对外延片的电流注入区对应的有源层504进行量子阱混杂，使得量子阱混杂区的量子阱层5041材料与相邻的垒层5042材料相互扩散。

通过利用杂质诱导混杂(iid,impurity-induceddisordering)技术，使得量子阱混杂区中量子阱层5041材料与垒层5042材料相互扩散，从而改变量子阱混杂区的材料组分以缩小量子阱混杂区的禁带宽度。

杂质诱导量子阱混杂技术的步骤为：首先在外延片表面制备sio2和cuo或cu2o膜层或zno薄膜，sio2的厚度为10-200nm，cuo、cu2o或zno的厚度为5-200nm；其次进行光刻和蚀刻，界定量子阱混杂区；再次在外延片表面制备sinx膜层，sinx的厚度是5-200nm；然后进行热处理，温度范围为600℃-900℃，处理时间为1分钟-10小时；最后通过蚀刻去除使用的所有膜层。

杂质诱导量子阱混杂技术中引入的杂质扩散材料是cu原子或zn原子，扩散源为cuo、cu2o或zno薄膜；预设区域表面膜层至少包含sio2或cuo、cu2o和zno，其它区域表面膜层至少包含sinx或tio2；进行高温处理后，预设区域表面膜层的cu或zn原子向有源层504扩散，导致预设区域对应的有源层504的量子阱层5041与垒层5042材料原子间相互扩散，产生量子阱混杂，缩小了预设区域对应的量子阱层5041的禁带宽度，发射光谱发生红移，非预设区域对应的量子阱层5041的禁带宽度变化微小。

此外，为了减小预设区域量子阱层5041的禁带宽度，还可以利用无杂质空位扩散量子阱混杂技术，使得量子阱混杂区中量子阱层5041材料与相邻的垒层5042材料相互扩散，从而改变量子阱混杂区的材料组分以缩小量子阱混杂区的禁带宽度。

首先将图形化的sio2和sinx膜层结构制作于外延片表面，sio2的厚度为10-200nm；sinx的厚度为10-200nm；其次进行光刻和蚀刻，界定量子阱混杂区；再次在外延片表面制备siny(y≠x)膜层，siny的厚度为50-200nm；然后进行快速退火处理，温度为850℃-1100℃，处理时间为5-10分钟；最后蚀刻去除外延片表面的sio2、sinx和siny膜层。

无杂质空位扩散量子阱混杂技术中，预设区域表面膜层至少包含sio2，其它区域膜层至少包含sinx或tio2。

此外，还可以利用sinx和siny(y≠x)膜层结构，在高温处理作用下，使得有源层504发生原子间相互扩散；预设区域表面膜层至少包含sinx，其厚度范围为10nm-200nm；其它区域膜层至少包含siny，其厚度范围为50nm-200nm。

步骤404：在预设区域内制作电流注入区511。

电流注入区511对应的有源层504的禁带宽度小于非电流注入区对应的有源层504的禁带宽度。

步骤405：在电流注入区511以外的外延片的表面形成电流绝缘层508。

采用反应离子刻蚀机或者化学蚀刻的方法，去除脊型台表面上的电绝缘介质，形成覆盖于p型包层506和脊型台的侧面的电流绝缘层508，且电流绝缘层508仅部分覆盖p型欧姆接触层507。

电流绝缘层508可以是氮化硅、氧化硅、氧化铝或氧化钛等。

步骤406：在电流绝缘层508和电流注入区511的上表面制备p型欧姆接触电极509。

采用热蒸发的方法在电流绝缘层508和脊型台的上表面制备p型欧姆接触电极509。

步骤407：对n型衬底501进行减薄抛光。

步骤408：在n型衬底501表面制备n型欧姆接触电极510。

对n型衬底501进行减薄抛光后，采用热蒸发的方法制备n型欧姆接触电极510；对于gaas材料的衬底501，将n型衬底501减薄抛光后，gaas的厚度一般是100-150μm。

此外，还可以使用溅射技术、电子束蒸发技术或离子辅助电子束蒸发技术制备p型欧姆接触电极509和n型欧姆接触电极510。

步骤409：将半导体晶片解理成第一巴条。

步骤410：在第一巴条前出光面和后出光面分别镀制增透膜和增反膜。

步骤411：将第一巴条解理成第二巴条或者单管。

在n型衬底501远离n型包层502的一侧制备n型欧姆接触电极510之后，还可以把得到的半导体晶片解理成第一巴条，在第一巴条前出光面和后出光面分别镀制增透膜和增反膜，然后根据需要可以把第一巴条解理成更小尺寸的第二巴条或者单管。

本实施例中通过选择性量子阱混杂技术减小预设区域对应的量子阱层5041的禁带宽度，并在预设区域制作电流注入区511，则电流注入区511对应的量子阱层5041的禁带宽度变小，非预设区域对应的量子阱层5041的禁带宽度变化微小，使得半导体激光器激射波长发生红移。相对于已发生红移的激射波长，出光面处，即非预设区域，对应的量子阱层5041的禁带宽度较大，从而使得激光在出光面处减少吸收，减少腔面光学灾变损伤。

区别于现有技术，本实施例提供了一种半导体激光器的制作方法，该方法首先提供一n型衬底501；然后在n型衬底501上依次生长n型包层502、第一波导层503、有源层504、第二波导层505、p型包层506、p型欧姆接触层507以形成外延片；再利用选择性量子阱混杂技术在外延片表面预设区域进行量子阱混杂，并在预设区域内制作电流注入区511，例如：脊型台；然后在外延片的表面形成电流绝缘层；并在电流绝缘层和脊型台的上表面制备p型欧姆接触电极；最后对n型衬底501进行减薄抛光后在其上制备n型欧姆接触电极；通过量子阱混杂使得预设区域有源层的量子阱混杂区的禁带宽度小于非预设区域有源层量子阱的禁带宽度，且非预设区域对应有源层504的量子阱层5041的禁带宽度变化微小，从而使得发射光谱发生红移，在出光面处减少吸收，提升光学灾变损伤抵抗能力和激光器件的可靠性。

参阅图7，图7是本申请提供的半导体激光器的制作方法一实施例的流程示意图，该半导体激光器的制作方法包括：

步骤701：提供一n型衬底。

步骤702：在n型衬底上依次生长n型包层、第一波导层、有源层、第二波导层、p型包层、p型欧姆接触层以形成外延片。

步骤703：在外延片的上表面制备第一薄膜层。

第一薄膜层可以为sio2或sinx膜层，sio2的厚度一般为10-200nm，sinx的厚度一般为10-200nm。

步骤704：进行图形化，以在第一薄膜层上形成预设图形。

对具有第一薄膜层的外延片进行光刻和蚀刻，界定量子阱混杂区和非混杂区，量子阱混杂区为外延片的中心位置在有源层的投影区域。

步骤705：在外延片的上表面制备第二薄膜层。

第二薄膜层可以为sio2或siny(y≠x)薄膜，其厚度一般为50-200nm；进行快速退火处理时温度为850℃-1100℃，处理时间为5-10分钟。

步骤706：进行高温热处理，在外延片表面的预设区域进行量子阱混杂。

利用蚀刻方法去除外延片表面的sio2、sinx和siny膜层。

进行量子阱混杂技术后，有源层的量子阱混杂区的禁带宽度小于有源层的非混杂区的禁带宽度。

利用杂质诱导量子阱混杂技术将cu原子或zn原子向外延片内部扩散；杂质诱导量子阱混杂技术包括固态源扩散技术或气态源扩散技术。

可以利用固态源扩散技术在外延表面的预设区域制作含有cu、cuo、cu2o、zn或zno的薄膜，在预设区域以外区域制作介电材料薄膜；其中，介电材料薄膜包括si、sio2或sinx。

此外，还可以利用气态源扩散技术在外延表面的预设区域以外的区域制作介电材料薄膜，以作为杂质扩散的阻挡遮罩；并将外延片和扩散源同置于密闭容器内进行高温热处理，以进行杂质诱导量子阱混杂；其中，扩散源包括zn3p2、zn3as2、二甲基锌以及包含zn的化合物、合金或有机金属化合物。

步骤707：在预设区域表面制作电流注入区。

电流注入区包括脊型台，以制作脊型台为例，通过腐蚀去除部分非预设区域的p型欧姆接触层和部分p型包层，以在预设区域形成脊型台。

步骤708：在电流注入区以外的外延片表面形成电流绝缘层。

步骤709：在电流绝缘层和电流注入区的上表面制备p型欧姆接触电极。

步骤710：对n型衬底进行减薄抛光。

步骤711：在n型衬底表面制备n型欧姆接触电极。

步骤712：将半导体晶片解理成第一巴条。

步骤713：在第一巴条前出光面和后出光面分别镀制增透膜和增反膜。

步骤714：将第一巴条解理成第二巴条或者单管。

在n型衬底表面制备n型欧姆接触电极之后，还可以把得到的半导体晶片解理成第一巴条，在第一巴条前出光面和后出光面分别镀制增透膜和增反膜，根据需要可以把第一巴条解理成更小尺寸的第二巴条或者单管。

量子阱混杂技术工艺前后，电致发光谱测试结果如图8所示；从图8可以看出，在进行量子阱混杂工艺后，量子阱混杂区的电致发光光谱峰值波长大于非混杂区电致发光光谱峰值波长，且非混杂区的电致发光光谱峰值波长变化微小，即量子阱混杂区的电致发光光谱峰值波长发生红移，降低了半导体激光器出光面的光吸收。

区别于现有技术，本实施例提供了一种半导体激光器的制作方法，通过在外延片的上表面制备第一薄膜层，对第一薄膜层进行图形化工艺，界定量子阱混杂区，然后在外延片的上表面制备第二薄膜层，并进行高温热处理，再利用蚀刻去除外延片上表面的第一薄膜层和第二薄膜层，然后腐蚀去除非预设区域的p型欧姆接触层和部分p型包层，从而在预设区域的形成电流注入区，即脊型台，接着形成覆盖于p型包层和脊型台侧面的电流绝缘层；并在电流绝缘层和脊型台的上表面制备p型欧姆接触电极；最后对n型衬底进行减薄抛光后在其上制备n型欧姆接触电极；通过缩小电流注入区对应有源层的量子阱的禁带宽度，使得发射光谱发生红移，在出光面处减少吸收，提升光学灾变损伤抵抗能力。

参阅图9，图9是本申请提供的巴条一实施例的结构示意图，该巴条包括上述实施例中的半导体激光器。

半导体激光器巴条包括前腔面和后腔面(图中未示出)；对前腔面和后腔面进行钝化以及光学镀膜，调整前腔面和后腔面的反射率；根据需要可以将钝化后完成光学镀膜的半导体激光巴条截取成多个半导体激光单管芯片。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。