一種具有腔面非注入?yún)^(qū)窗口結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器，特別涉及一種大功率半導(dǎo)體激光器。

背景技術(shù)：
大功率半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、效率高、覆蓋的波段范圍廣、易集成等優(yōu)點(diǎn)，在激光存儲(chǔ)、激光顯示、激光打標(biāo)、機(jī)械加工、生物醫(yī)學(xué)和軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著實(shí)際應(yīng)用的不斷拓展，對大功率半導(dǎo)體激光器的性能提出了更高的要求，盡可能提高半導(dǎo)體激光器的輸出功率、改善半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量一直是半導(dǎo)體激光器研究的重要方向。腔面光學(xué)災(zāi)變損傷（COD）是限制大功率半導(dǎo)體激光器輸出功率的主要原因之一，COD的產(chǎn)生主要是由于半導(dǎo)體激光器腔面處存在表面態(tài)或界面態(tài)，這些都是非輻射復(fù)合中心，在腔面附近由光吸收產(chǎn)生的電子空穴對通過這些非輻射復(fù)合中心產(chǎn)生非輻射復(fù)合,使腔面處溫度升高，導(dǎo)致腔面附近帶隙收縮,進(jìn)一步加劇了腔面光吸收,這樣形成惡性循環(huán),當(dāng)溫度足夠高時(shí),導(dǎo)致腔面燒毀，器件失效。抑制腔面光學(xué)災(zāi)變損傷的發(fā)生，一般有以下幾種途徑：減少腔面處表面態(tài)或界面態(tài)形成的非輻射復(fù)合中心的密度；抑制腔面處的帶隙收縮，減少光的吸收；減小腔面附近的載流子注入，減少注入電流在腔面處的非輻射復(fù)合。采用腔面非注入?yún)^(qū)技術(shù)能夠有效地提高大功率半導(dǎo)體激光器的COD閾值。腔面非注入?yún)^(qū)技術(shù)主要是通過在前后腔面附近各引入一段電流非注入?yún)^(qū)，限制載流子注入腔面，減小腔面處的載流子濃度，從而減少腔面處載流子的非輻射復(fù)合，提高COD閾值。腔面非注入?yún)^(qū)的實(shí)現(xiàn)方法主要包括腔面附近介質(zhì)鈍化、離子注入形成高阻區(qū)、去除腔面附近的高摻雜歐姆接觸層等。采用腔面附近介質(zhì)鈍化的方法雖然可以限制電流直接流過腔面，但是由于高摻雜的歐姆接觸層的存在，電極窗口處的電流可以擴(kuò)散到腔面處，電流阻擋效果不好；離子注入的方法會(huì)在有源區(qū)上方造成晶體損傷，產(chǎn)生缺陷，影響器件的長期可靠性。采用去除腔面附近的高摻雜層與腔面附近介質(zhì)鈍化相結(jié)合的方法形成腔面非注入?yún)^(qū)，能夠顯著地提高大功率半導(dǎo)體激光器的抗COD能力，且該方法工藝過程簡單，基本與常規(guī)工藝相同。但是，現(xiàn)有技術(shù)采用去除腔面附近的高摻雜層與腔面附近介質(zhì)鈍化相結(jié)合形成腔面非注入?yún)^(qū)的方法，非注入窗口區(qū)在側(cè)向上缺少對光束的限制，使光束在水平方向上的發(fā)散比較嚴(yán)重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提高半導(dǎo)體激光器的COD閾值，同時(shí)抑制半導(dǎo)體激光器光束的水平發(fā)散角，改善光束質(zhì)量。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種具有新型腔面非注入?yún)^(qū)窗口結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器。采用去除腔面附近高摻雜歐姆接觸層與腔面附近電絕緣介質(zhì)層鈍化相結(jié)合的方法形成腔面非注入?yún)^(qū)，以提高半導(dǎo)體激光器的COD閾值；通過在非注入窗口區(qū)引入脊型結(jié)構(gòu)，形成側(cè)向弱折射率波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，以限制光束的水平發(fā)散角。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：一種具有新型腔面非注入?yún)^(qū)窗口結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，包括：襯底（1）；下限制層（2）；下波導(dǎo)層（3）；具有量子阱結(jié)構(gòu)的有源層（4）；上波導(dǎo)層（5）；上限制層（6）；歐姆接觸層（7）；電絕緣介質(zhì)層（8）；正面電極（9）；背面電極（10）。襯底（1）、下限制層（2）、下波導(dǎo)層（3）、具有量子阱結(jié)構(gòu)的有源層（4）、上波導(dǎo)層（5）、上限制層（6）、歐姆接觸層（7）從下至上依次相鄰，腐蝕除去歐姆接觸層（7）和上限制層（6）的四邊，在歐姆接觸層（7）的中心位置形成第一脊型臺(tái)，歐姆接觸層（7）上下貫通，上限制層（6）上下不貫通；腐蝕去除上限制層（6）未貫通部分的四角，上限制層（6）的左側(cè)形成第二脊型臺(tái)，上限制層（6）的右側(cè)形成第三脊型臺(tái)，第一、二、三脊型臺(tái)的水平中心線共面，腐蝕后上限制層（6）的四角不貫通；電絕緣介質(zhì)層（8）覆蓋于上限制層（6）的上表面以及第一脊型臺(tái)的側(cè)面，正面電極（9）覆蓋在電絕緣介質(zhì)層（8）和第一脊型臺(tái)的上表面，背面電極（10）生長在襯底（1）上。電流注入?yún)^(qū)位于第一脊型臺(tái)上，用來提供激光器工作所需的電流。腔面附近高摻雜歐姆接觸層被完全腐蝕，有效地抑制了電流注入腔面，減小腔面處的載流子濃度，從而減少腔面處載流子的非輻射復(fù)合，提高COD閾值；第二、三脊型臺(tái)的引入使腔面非注入?yún)^(qū)在側(cè)向上形成弱折射率波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，能夠有效抑制激光器光束在水平方向上的發(fā)散，改善光束質(zhì)量。本發(fā)明具體制作方法包括以下步驟：步驟1，在襯底（1）上依次生長下限制層（2）、下波導(dǎo)層（3）、具有量子阱結(jié)構(gòu)的有源層（4）、上波導(dǎo)層（5）、上限制層（6）、歐姆接觸層（7），參見圖3a；步驟2，腐蝕除去歐姆接觸層（7）和上限制層（6）的四邊，在歐姆接觸層（7）的中心位置形成第一脊型臺(tái)，歐姆接觸層（7）上下貫通，上限制層（6）上下不貫通，參見圖3b；步驟3，腐蝕去除上限制層（6）未貫通部分的四角，上限制層（6）的左側(cè)形成第二脊型臺(tái)，上限制層（6）的右側(cè)形成第三脊型臺(tái)，第一、二、三脊型臺(tái)的水平中心線共面，腐蝕后上限制層（6）的四角不貫通，參見圖3c；步驟4，在上限制層（6）和第一脊型臺(tái)的上表面上淀積電絕緣介質(zhì)；步驟5，腐蝕去除第一脊型臺(tái)表面上的電絕緣介質(zhì)，形成覆蓋于上限制層（6）的上表面及第一脊型臺(tái)的側(cè)面的電絕緣介質(zhì)層（8），參見圖3d；步驟6，在電絕緣介質(zhì)層（8）和第一脊型臺(tái)的上表面上制備正面電極（9），參見圖3e；步驟7，對襯底（1）進(jìn)行減薄拋光后在其上制備背面電極（10），參見圖3f；。所述步驟1中，生長下限制層（2）、下波導(dǎo)層（3）、具有量子阱結(jié)構(gòu)的有源層（4）、上波導(dǎo)層（5）、上限制層（6）、歐姆接觸層（7）可以采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）或分子束外延（MBE）。所述步驟2中，可以采用濕法腐蝕或干法刻蝕的方法刻蝕第一脊型臺(tái)。所述步驟3中，可以采用濕法腐蝕或干法刻蝕的方法刻蝕出第二、三脊型臺(tái)。所述的正面電極（9）和背面電極（10）可以通過濺射技術(shù)、熱蒸發(fā)技術(shù)、電子束蒸發(fā)技術(shù)或離子輔助電子束蒸發(fā)技術(shù)制備。在步驟7之后還可以進(jìn)一步包括：將制作完成的激光器芯片解離成Bar條，在激光器的前后腔面分別鍍上增透膜和高反膜，這樣既可以提高半導(dǎo)體激光器的輸出功率，亦可以起到保護(hù)腔面的作用；之后將Bar條解離成單管，完成最后的封裝。本發(fā)明的有益效果是：采用去除腔面附近的高摻雜歐姆接觸層與腔面附近電絕緣介質(zhì)層鈍化相結(jié)合的方法形成腔面非注入?yún)^(qū)，有效地提高了半導(dǎo)體激光器的COD閾值。同時(shí)，通過在腔面非注入窗口區(qū)刻蝕脊型結(jié)構(gòu)，形成側(cè)向弱折射率波導(dǎo)，有效地抑制了光束在水平方向上的發(fā)散，改善了光束質(zhì)量。本發(fā)明提出的這種具有新型腔面非注入?yún)^(qū)窗口結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，其制作方法在現(xiàn)有的脊型波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器制備工藝的基礎(chǔ)上只增加了一步光刻工藝，制備工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低。由于激光器的COD主要發(fā)生在有光輸出的前腔面，因?yàn)槠湎鄬τ诤笄幻嬗懈叩墓夤β拭芏?，本發(fā)明所述的新型腔面非注入?yún)^(qū)窗口結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在前腔面，然而本發(fā)明所公開的相同考慮事項(xiàng)可同樣應(yīng)用在后腔面。附圖說明：圖1：本發(fā)明所述的具有新型腔面非注入?yún)^(qū)窗口結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2：僅在前腔面制備新型腔面非注入?yún)^(qū)窗口結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a-f：本發(fā)明所述的具有新型腔面非注入?yún)^(qū)窗口結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器的工藝步驟示意圖。圖4：常規(guī)腔面非注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器的水平發(fā)散角。圖5：本發(fā)明提供的具有新型腔面非注入?yún)^(qū)窗口結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器的水平發(fā)散角。圖中：1—襯底，2—下限制層，3—下波導(dǎo)層，4—具有量子阱結(jié)構(gòu)的有源層，5—上波導(dǎo)層，6—上限制層，7—?dú)W姆接觸層，8—電絕緣介質(zhì)層，9—正面電極，10—背面電極。具體實(shí)施方案：以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的作進(jìn)一步詳細(xì)說明，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖1所示，本實(shí)施例給出了一種具有新型腔面非注入?yún)^(qū)窗口結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，包括：襯底（1）；下限制層（2）；下波導(dǎo)層（3）；具有量子阱結(jié)構(gòu)的有源層（4）；上波導(dǎo)層（5）；上限制層（6）；歐姆接觸層（7）；電絕緣介質(zhì)層（8）；正面電極（9）；背面電極（10）。襯底（1）、下限制層（2）、下波導(dǎo)層（3）、具有量子阱結(jié)構(gòu)的有源層（4）、上波導(dǎo)層（5）、上限制層（6）、歐姆接觸層（7）從下至上依次相鄰，腐蝕除去歐姆接觸層（7）和上限制層（6）的四邊，在歐姆接觸層（7）的中心位置形成第一脊型臺(tái)，歐姆接觸層（7）上下貫通，上限制層（6）上下不貫通；腐蝕去除上限制層（6）未貫通部分的四角，上限制層（6）的左側(cè)形成第二脊型臺(tái)，上限制層（6）的右側(cè)形成第三脊型臺(tái)，第一、二、三脊型臺(tái)的水平中心線共面，腐蝕后上限制層（6）的四角不貫通；電絕緣介質(zhì)層（8）覆蓋于上限制層（6）的上表面及第一脊型臺(tái)的側(cè)面，正面電極（9）覆蓋在電絕緣介質(zhì)層（8）和第一脊型臺(tái)的上表面，背面電極（10）生長在襯底（1）上。所述電絕緣介質(zhì)層（2）是氮化硅、氧化硅、氧化鋁或氧化鈦。下面以980nm銦鎵砷系量子阱半導(dǎo)體激光器為例，說明本實(shí)施例的具體實(shí)施過程，即制作上述激光器的方法，具體包括：步驟1，襯底（1）為N型GaAs材料，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）在襯底（1）上依次生長N型下限制層（2）、N型下波導(dǎo)層（3）、具有量子阱結(jié)構(gòu)的有源層（4）、P型上波導(dǎo)層（5）、P型上限制層（6）、P型歐姆接觸層（7）；步驟2，采用光刻的方法，腐蝕除去歐姆接觸層（7）和上限制層（6）的四邊，在歐姆接觸層（7）的中心位置形成第一脊型臺(tái)，歐姆接觸層（7）上下貫通，上限制層（6）上下不貫通；步驟3，采用光刻的方法，腐蝕去除上限制層（6）未貫通部分的四角，上限制層（6）的左側(cè)形成第二脊型臺(tái)，上限制層（6）的右側(cè)形成第三脊型臺(tái)，第一、二、三脊型臺(tái)的水平中心線共面，腐蝕后上限制層（6）的四角不貫通；步驟4，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）的方法在上限制層（6）和第一脊型臺(tái)的上表面上淀積電絕緣介質(zhì)；步驟5，采用光刻的方法，腐蝕去除第一脊型臺(tái)表面上的電絕緣介質(zhì)，形成僅覆蓋于上限制層（6）的上表面及第一脊型臺(tái)的側(cè)面的電絕緣介質(zhì)層（8）；步驟6，采用濺射的方法在電絕緣介質(zhì)層（8）和第一脊型臺(tái)的上表面上制備正面電極（9）；步驟7，對襯底（1）進(jìn)行減薄拋光后采用蒸發(fā)的方法制備背面電極（10）。在步驟7之后還可以進(jìn)一步包括：將制作完成的激光器芯片解離成Bar條，在激光器的前后腔面分別鍍上增透膜和高反膜，這樣既可以提高半導(dǎo)體激光器的輸出功率，亦可以起到保護(hù)腔面的作用。通過上述步驟制備的半導(dǎo)體激光器外延片，對其解離后進(jìn)行封裝測試，得到如圖5的光束水平發(fā)散角，圖4為常規(guī)腔面非注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器的水平發(fā)散角。采用新型腔面非注入?yún)^(qū)窗口結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，其光束水平發(fā)散角為10°，而常規(guī)腔面非注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器的水平發(fā)散角為15°，新型腔面非注入?yún)^(qū)窗口結(jié)構(gòu)很好的抑制了光束在水平方向上的擴(kuò)散，改善了光束質(zhì)量。需要說明的是：本實(shí)施例所述的新型腔面非注入?yún)^(qū)窗口結(jié)構(gòu)也適用于GaN基、InP基半導(dǎo)體激光器。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，本發(fā)明所提出的新型腔面非注入?yún)^(qū)窗口結(jié)構(gòu)可應(yīng)用到任何激光波長的包括但不限于單模激光器、多模激光器、光纖耦合激光器、分布反饋式（DFB）激光器和分布布拉格反射式（DBR）激光器的任何半導(dǎo)體激光器，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。