[发明专利]大功率650nm量子阱半导体激光器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及到650nmAlGaInP/GaInP大功率应变量子阱半导体激光器的结构及其制作方法。

背景技术

AlGaInP/GaInP大功率半导体激光器一直是人们研究的热点，由于AlGaInP/GaInP材料的激射光谱在580nm～680nm的可见光范围，有望取代体积较大的He-Ne气体红光激光器，具有众多的民生及军事用途，所以激发了人们极高的研究热情。早在上个世纪六十年代末至七十年代初，人们就开始研究AlGaInP系半导体材料。但在LPE技术下较难实现Al原子的掺入、In原子在生长过程中的相分凝(Phase Separation)现象以及AlGaInP材料较难实现高浓度P型掺杂等因素，致使人们很长时间得不到适合半导体激光器的高质量(AlxGal-x)yInl-yP外延材料。直到1981年，Asahi等人才首次采用分子束外(Molecular Beam Epitaxy，MBE)方法制作出了Al0.2 Ga0.31 In0.49 P/GaInP双异质结(DoubleHeterostructure，DH)激光器，在77K下实现光泵浦激射(激射波长λlasing＝630nm)。

目前AlGaInP激光器的研究已经相对比较成熟，各项性能都获得了大幅提高：650nm波段基横模输出功率不断提高，远场特性逐渐优化，器件寿命已完全满足实用化。但是随着输出功率的不断提高，出现了高功率密度下的器件可靠性问题。腔面退化与腔面光学灾变损伤(Catastrophic Opticaldamage，COD)成为了限制激光器输出功率进一步增长的瓶颈。

COD主要指激光器腔面的物理性瞬间损伤，即当半导体激光器的输出功率超过某个临界值时，激光器腔面融化并快速结晶，产生瞬间的、严重的、完全性的破坏。半导体激光器在输出光功率时，腔面附近会发生光吸收并伴随着产生光生电子-空穴对。由于腔面附近存在大量的表面态和界面态，这将导致腔面附近产生非辐射复合，并产生大量热。这些热量在腔面积累，引起腔面升温，使得激光器腔面附近的材料带隙减小，这就进一步增强了腔面材料的光吸收，使得温度进一步升高，如此恶性循环。当半导体激光器的输出功率较小时，腔面和发光区还可以保持相对温差，处在一定的热平衡下。但是当输出功率超过某个临界值时，温差增大，腔面处缺陷增多，这种热平衡状态被打破，上述恶性循环进入正反馈状态。当腔面的热积累使得腔面温度升高到有源区材料的熔点时，就会使得腔面突然烧坏，出现COD。

由此可见，要想提高器件的COD功率水平，主要从以下3方面考虑：减小腔面光吸收，减小腔面的表面复合速率和减小腔面附近的电流密度。为了减少激光器腔面对出射光的吸收可以采用增加腔面附近材料的禁带宽度的技术。如应变量子阱的应用，非吸收窗口的制作以及大带隙材料的附加非吸收窗口的制作。以前了限制激光器输出功率进一步增长的瓶颈问题器结构破坏，不清洁，目前最常用的方法是制作非吸收窗口结构(Non absorbing Window，NAW)。即通过采用量子阱混杂技术或材料结构的无序化以改变腔面附近的材料带隙。其制作方法有离子注入、杂质扩散、无杂质空位扩散IFVD(impurity freedisordering)以及激光诱导法。考虑到以上方法在实际生产中的应用性，以及制作成本、技术难易度，杂质扩散法是一种较理想的方法。本发明提出通过生长ZnO薄膜作为Zn杂质扩散源来制作非吸收窗口结构的方法。这种方法使扩散源的制作和杂质的扩散在反应室中一次性完成，而且反应温度较低，方法简单易于操作，并易于大片制作，结合激光器腔面镀膜技术能较好的提高COD阈值。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种大功率650nm量子阱半导体激光器及其制作方法。该激光器结构可以实现基横模稳定输出，并且具有较低的阈值电流(40mA)和较大的输出功率(80mW)。

本发明对于非吸收窗口的制作采用了如下技术方案：

本发明一种大功率650nm量子阱半导体激光器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)激光器一次外延

在衬底上依次外延生长缓冲层、N型包层、有源区、第一P型包层、腐蚀阻挡层、第一P型包层和GaAs保护层；

(2)制作脊形波导

在GaAs保护层中间光刻出一窄条形，然后用湿法腐蚀的方法，对一次外延片进行腐蚀，使得除光刻以外的部分被腐蚀到腐蚀阻挡层，形成一条状的脊形波导结构；