專利名稱：高功率非對(duì)稱寬波導(dǎo)980nm半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高功率非對(duì)稱寬波導(dǎo)980nm半導(dǎo) 體激光器結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
980nm半導(dǎo)體激光器在材料加工、激光醫(yī)療以及泵浦固體激光器等領(lǐng)域具有非常 廣泛而重要的應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，往往需要激光器有很高的出光功率。為了獲得穩(wěn)定的 高功率輸出，目前普遍采用的是大光腔甚至超大光腔結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有較大的等效橫向 光斑尺寸，因而可在發(fā)生腔面光學(xué)災(zāi)變損傷之前獲得高輸出光功率。但是，在對(duì)稱的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，為了進(jìn)一步提高器件的輸出功率，需要繼續(xù)增大波導(dǎo) 層厚度，這樣不僅會(huì)導(dǎo)致較強(qiáng)的載流子泄漏和高階橫模的產(chǎn)生，而且會(huì)增加器件的閾值電 流以及串聯(lián)電阻，降低器件的電光轉(zhuǎn)換效率，從而導(dǎo)致器件出現(xiàn)熱飽和，反而限制了激光器 的高功率輸出。這就要求對(duì)波導(dǎo)層和限制層的厚度進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，使其既能形成大光腔結(jié)構(gòu)，保 證高功率輸出，又將載流子泄漏和串聯(lián)電阻控制在較低的水平，保證高的電光轉(zhuǎn)換效率。總之，降低光功率密度，降低閾值電流和串聯(lián)電阻，提高輸出功率，抑制高階模產(chǎn) 生，是大功率半導(dǎo)體激光器研究的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高功率非對(duì)稱寬波導(dǎo)980nm半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，通過 優(yōu)化上波導(dǎo)層厚度，來提高激光器的電光轉(zhuǎn)換效率，降低有源區(qū)光限制因子，從而有助于提 高激光器的輸出功率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種高功率非對(duì)稱寬波導(dǎo)980nm半導(dǎo)體激光器 結(jié)構(gòu)，包括一襯底，為(100)面的N型鎵砷材料，該襯底用于在其上外延生長(zhǎng)激光器各層材 料；一緩沖層，為N-鎵砷材料，該緩沖層制作在襯底上；一 N型下限制層，為N-鋁鎵砷材料，該N型下限制層制作在緩沖層上；一下波導(dǎo)層，為N-鋁鎵砷材料，該下波導(dǎo)層制作在下限制層上；一下壘層，為鎵砷磷材料，該下壘層制作在下波導(dǎo)層上；一量子阱層，該量子阱層制作在下壘層上；一上壘層，該上壘層制作在量子阱層上；一上波導(dǎo)層，該上波導(dǎo)層制作在上壘層上；一 P型上限制層，為P-鋁鎵砷材料，該P(yáng)型上限制層制作在上波導(dǎo)層上；一過渡層，為P-鎵砷材料，該過渡層制作在P型上限制層上；一電極接觸層，為P-鎵砷材料，該電極接觸層制作在過渡層上。
其中量子阱層的材料為銦鎵砷，厚度為8-10hm。其中上壘層的材料為鎵砷磷，厚度為8-lOnm。其中上波導(dǎo)層的材料為P-鋁鎵砷，厚度為400-800nm，形成大光腔寬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)， 以獲得較大的等效橫向光斑尺寸，以便在發(fā)生腔面光學(xué)災(zāi)變損傷之前獲得更高的輸出光功率。


以下通過結(jié)合附圖對(duì)具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，進(jìn)一步說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)， 其中圖1是根據(jù)本發(fā)明提出的高功率非對(duì)稱寬波導(dǎo)980nm半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的剖面 圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖1詳細(xì)說明依據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例高功率非對(duì)稱寬波導(dǎo)980nm半導(dǎo)體 激光器的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。參閱圖1，本發(fā)明一種高功率非對(duì)稱寬波導(dǎo)980nm半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，包括一襯底1，為(100)面的N型鎵砷材料，該襯底1用于在其上外延生長(zhǎng)激光器各層 材料；—緩沖層2，為緩沖層2為N-鎵砷材料，該緩沖層2制作在襯底1上，主要用以調(diào) 節(jié)晶格適配度；一 N型下限制層3，為N-鋁鎵砷材料，該N型下限制層3制作在緩沖層2上；一下波導(dǎo)層4，為N-鋁鎵砷材料，該下波導(dǎo)層4制作在下限制層3上；一下壘層5，為鎵砷磷材料，該下壘層5制作在下波導(dǎo)層4上；一量子阱層6，該量子阱層6制作在下壘層5上；該量子阱層6的材料為銦鎵砷， 厚度為8-lOnm ；一上壘層7，該上壘層7制作在量子阱層6上；該上壘層7的材料為鎵砷磷，厚度 為 8-10nm ；一上波導(dǎo)層8，該上波導(dǎo)層8制作在上壘層7上；該上波導(dǎo)層8的材料為P-鋁鎵 砷，厚度為400-800nm，形成大光腔寬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，以獲得較大的等效橫向光斑尺寸，以便在發(fā) 生腔面光學(xué)災(zāi)變損傷之前獲得更高的輸出光功率；一 P型上限制層9，為P-鋁鎵砷材料，該P(yáng)型上限制層9制作在上波導(dǎo)層8上；一過渡層10，為P-鎵砷材料，該過渡層10制作在P型上限制層9上；一電極接觸層11，為P-鎵砷材料，該電極接觸層11制作在過渡層10上。上壘層7和下壘層5為薄的鎵砷磷材料，容易形成強(qiáng)載流子限制結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量外 延材料，以降低波導(dǎo)層和限制層的鋁組分。上限制層9和下限制層3為鋁鎵砷材料，容易得到高摻雜外延材料，減小器件串聯(lián) 電阻，降低溫升，從而提高激光器的輸出光功率密度。 上波導(dǎo)層8和下波導(dǎo)層4為低鋁組分的鋁鎵砷材料，以提高腔面的光學(xué)災(zāi)變損傷 閾值功率密度，提高激光器輸出光功率密度。
上波導(dǎo)層8和下波導(dǎo)層4厚度在400-1000nm，形成大光腔寬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可獲得較大 的等效橫向光斑尺寸，因此可以在發(fā)生腔面光學(xué)災(zāi)變損傷(COD)之前獲得更高的輸出光功率。其中上波導(dǎo)層8的厚度經(jīng)過計(jì)算優(yōu)化，上波導(dǎo)層8的厚度與下波導(dǎo)層4的厚度不同，這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于第一，使得半導(dǎo)體激光器的光場(chǎng)中心偏離有源區(qū)，能夠降低激光器 有源區(qū)的光限制因子，從而能夠增大激光器的等效橫向光斑尺寸，避免出現(xiàn)COD;第二，能 夠降低激光器的串聯(lián)電阻和熱阻，提高激光器的電光轉(zhuǎn)換效率，減少器件產(chǎn)生的廢熱，從而 有效抑制激光器熱飽和。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種高功率非對(duì)稱寬波導(dǎo)980nm半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，包括一襯底，為(100)面的N型鎵砷材料，該襯底用于在其上外延生長(zhǎng)激光器各層材料；一緩沖層，為N-鎵砷材料，該緩沖層制作在襯底上；一N型下限制層，為N-鋁鎵砷材料，該N型下限制層制作在緩沖層上；一下波導(dǎo)層，為N-鋁鎵砷材料，該下波導(dǎo)層制作在下限制層上；一下壘層，為鎵砷磷材料，該下壘層制作在下波導(dǎo)層上；一量子阱層，該量子阱層制作在下壘層上；一上壘層，該上壘層制作在量子阱層上；一上波導(dǎo)層，該上波導(dǎo)層制作在上壘層上；一P型上限制層，為P-鋁鎵砷材料，該P(yáng)型上限制層制作在上波導(dǎo)層上；一過渡層，為P-鎵砷材料，該過渡層制作在P型上限制層上；一電極接觸層，為P-鎵砷材料，該電極接觸層制作在過渡層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率非對(duì)稱寬波導(dǎo)980nm半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其中量子阱 層的材料為銦鎵砷，厚度為8-lOnm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率非對(duì)稱寬波導(dǎo)980nm半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其中上壘層 的材料為鎵砷磷，厚度為8-lOnm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率非對(duì)稱寬波導(dǎo)980nm半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其中上波導(dǎo) 層的材料為P-鋁鎵砷，厚度為400-800nm，形成大光腔寬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，以獲得較大的等效橫向 光斑尺寸，以便在發(fā)生腔面光學(xué)災(zāi)變損傷之前獲得更高的輸出光功率。
全文摘要
一種高功率非對(duì)稱寬波導(dǎo)980nm半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，包括一襯底，為(100)面的N型鎵砷材料，該襯底用于在其上外延生長(zhǎng)激光器各層材料；一緩沖層，為N-鎵砷材料，該緩沖層制作在襯底上；一N型下限制層，為N-鋁鎵砷材料，該N型下限制層制作在緩沖層上；一下波導(dǎo)層，為N-鋁鎵砷材料，該下波導(dǎo)層制作在下限制層上；一下壘層，為鎵砷磷材料，該下壘層制作在下波導(dǎo)層上；一量子阱層，該量子阱層制作在下壘層上；一上壘層，該上壘層制作在量子阱層上；一上波導(dǎo)層，該上波導(dǎo)層制作在上壘層上；一P型上限制層，為P-鋁鎵砷材料，該P(yáng)型上限制層制作在上波導(dǎo)層上；一過渡層，為P-鎵砷材料，該過渡層制作在P型上限制層上；一電極接觸層，為P-鎵砷材料，該電極接觸層制作在過渡層上。
文檔編號(hào)H01S5/06GK101820136SQ20101015750
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者崇鋒, 王俊, 王冠, 馬驍宇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所