專利名稱：高功率單模輸出的微型半導(dǎo)體激光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種可實(shí)現(xiàn)高功率單模輸出的微型半導(dǎo)體激光二極管及其制造方 法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光二極管已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代生活的多個(gè)領(lǐng)域，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、激光 測(cè)量、傳感器、激光打印、光通訊等。根據(jù)二極管的PN結(jié)材料和結(jié)構(gòu)的不同，可將半導(dǎo)體激 光二極管分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)(SH)、雙異質(zhì)結(jié)(DH)等激光二極管。半導(dǎo)體激光二極管的 輸出可分為單模激光和多模激光。單模激光的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有模式競(jìng)爭(zhēng)，激光的穩(wěn)定性、相干性 和光束質(zhì)量都很好。在雙異質(zhì)結(jié)激光二極管中采用脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)單模激光輸出。這種脊型雙 異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光二極管還同時(shí)具有臨界電流閥值小，發(fā)光效率高等特點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng) 用。半導(dǎo)體激光二極管的基本結(jié)構(gòu)包括垂直于PN結(jié)面的一對(duì)平行平面，即法布里—— 珀羅(Febry-Perot)諧振腔，它們可以是半導(dǎo)體晶體的解理面，也可以是經(jīng)過(guò)拋光的平面。圖1顯示了一個(gè)現(xiàn)有的具有脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光二極管三維圖 示意圖。圖2為該半導(dǎo)體激光二極管的俯視圖。圖3是沿圖2中A-A虛線切割后的剖面圖。圖3顯示了現(xiàn)有的脊型雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光二極管的橫截面剖面。在襯底31上 依次沉積有η型緩沖層32，η型包覆層33，發(fā)光層34，ρ型第一包覆層35和刻蝕阻擋層36。 脊型結(jié)構(gòu)的P型第二包覆層37，ρ型接觸層38，以及電流阻礙層39形成在刻蝕阻擋層36 上。P型電極3a覆蓋在ρ型接觸層38和電流阻礙層39之上，而η型電極3b與襯底31形 成接觸。如圖2所示，在垂直于兩個(gè)端面11和12的方向，脊型半導(dǎo)體激光二極管構(gòu)成呈矩 形結(jié)構(gòu)的法布里-珀羅(Febry-Perot)諧振腔13，通過(guò)泵浦以實(shí)現(xiàn)光子增益的正反饋。在 諧振腔的兩個(gè)端面11和12上加以不同反射率的薄膜，來(lái)實(shí)現(xiàn)主要從一個(gè)端面上以激光形 式的相干輻射輸出。通過(guò)控制脊型結(jié)構(gòu)的寬度，可以很容易實(shí)現(xiàn)橫向單模的激光輸出，同時(shí) 其制造過(guò)程也相對(duì)簡(jiǎn)單。同時(shí)由于脊型結(jié)構(gòu)對(duì)光場(chǎng)的限制，半導(dǎo)體激光二極管的臨界電流 值低于非脊型結(jié)構(gòu)。一般來(lái)說(shuō)，用于只讀光盤(pán)的紅光半導(dǎo)體二極管的諧振腔長(zhǎng)度大約在200-600 μ m， 其光輸出功率在5-10mW，這樣低的光輸出功率無(wú)法達(dá)到刻錄光盤(pán)的功率要求。通過(guò)延長(zhǎng)諧 振腔的長(zhǎng)度到800-2500 μ m以及運(yùn)行在光脈沖的形式下，紅光半導(dǎo)體二極管的穩(wěn)定峰值光 輸出功率可以提高到250-350mW，這樣就可以達(dá)到刻錄光盤(pán)的功率要求。常規(guī)脊型半導(dǎo)體激光二極管的穩(wěn)定峰值光輸出功率跟諧振腔的長(zhǎng)度成正比，通過(guò) 增加諧振腔長(zhǎng)度，可以提高峰值光輸出功率。但這樣做會(huì)增大二極管長(zhǎng)度，難以有效應(yīng)用于 一些對(duì)激光器尺寸小型化要求嚴(yán)格的行業(yè)。并且，由于二極管長(zhǎng)度的增加會(huì)降低在同尺寸 襯底上可以達(dá)到的產(chǎn)品數(shù)，激光二極管的生產(chǎn)成本也會(huì)相應(yīng)增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高功率單模輸出的微型半導(dǎo)體激光二極管，通過(guò)改變諧 振腔結(jié)構(gòu)，在保持諧振腔直線總長(zhǎng)度不變以及二極管體積不變的情況下，可以增加激光二 極管的峰值光輸出功率，使得在同尺寸襯底上的芯片產(chǎn)品數(shù)得到提高，從而降低產(chǎn)品的成 本，為高密度集成光路和超小集成空間但要求高光功率的特殊應(yīng)用提供解決方案。與此同 時(shí)，本發(fā)明還提供這種微型半導(dǎo)體激光二極管的制造方法。本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體激光二極管，與常規(guī)的脊型雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光二極管不 同，其諧振腔呈非矩形結(jié)構(gòu)。諧振腔兩端靠近出光端面的部分呈矩形單通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，諧振 腔中間部分可為單波導(dǎo)通道但橫截面增大呈楔形結(jié)構(gòu)。諧振腔中間部分也可一分為二成為 雙波導(dǎo)通道、或者一分為三成為三波導(dǎo)通道、或者分為更多波導(dǎo)通道，并在與兩端單通道波 導(dǎo)接觸的部分合并。諧振腔中間的雙通道或多通道波導(dǎo)部分呈折線或曲線形狀。諧振腔的中間部分包括一個(gè)橫截面增大的單波導(dǎo)通道，其寬度漸變呈楔形結(jié)構(gòu)， 且寬度大于諧振腔兩端靠近出光端面的矩形單通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的寬度；或者諧振腔的中間部 分也可以包括兩個(gè)或多個(gè)矩形單通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其寬度之和大于諧振腔兩端靠近出光端面 的矩形單通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的寬度。諧振腔兩端靠近出光端面的部分呈矩形結(jié)構(gòu)，這兩部分的橫截面只支持單模傳輸 或者只有靠近激光輸出端面的一側(cè)支持單模傳輸，諧振腔中間部分呈非矩形結(jié)構(gòu)，這部分 橫截面可為單波導(dǎo)通道但橫截面增大，或者一分為二成為雙波導(dǎo)通道，或者一分為三成為 三波導(dǎo)通道，或者分為更多波導(dǎo)通道。在每個(gè)波導(dǎo)通道的橫截面上，發(fā)光層包夾在η型包覆 層和P型包覆層之間，P型包覆層分兩層，第二 P型包覆層呈脊型結(jié)構(gòu)，之上有P型接觸層， 電流阻礙層形成在脊型結(jié)構(gòu)以及刻蝕阻擋層上，P型電極覆蓋在P型接觸層和電流阻礙層 之上，而η型電極與襯底形成接觸。在雙波導(dǎo)通道或多波導(dǎo)通道的橫截面結(jié)構(gòu)中，每個(gè)波導(dǎo) 通道結(jié)構(gòu)和單個(gè)波導(dǎo)通道的一致。在兩個(gè)電極之間加載電壓之后，每個(gè)波導(dǎo)通道都會(huì)引入 電流而產(chǎn)生光子，在各自的波導(dǎo)內(nèi)振蕩放大，并在共同的諧振腔波導(dǎo)部分合并從而增大功 率輸出。通過(guò)這種特殊的諧振腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在保證激光二極管的輸出為單模形式的前提下， 同樣尺寸的激光二極管可以達(dá)到更高的峰值光輸出功率，或者在同樣的峰值光輸出功率的 情況下，激光二極管的尺寸可以做得更小。制造這樣具有特殊諧振腔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光二極管包括如下步驟(1)在η型襯底上依次沉積生長(zhǎng)η型緩沖層，η型包覆層，發(fā)光層，ρ型第一包覆層， 刻蝕阻擋層，P型第二包覆層和P型接觸層；(2)在第二包覆層上涂上光刻膠并通過(guò)光刻方式形成和諧振腔平面結(jié)構(gòu)一致的掩 模圖形；(3)利用掩模圖形進(jìn)行腐蝕加工，腐蝕接觸層和第二包覆層至刻蝕阻擋層；(4)在刻蝕之后的接觸層、第二包覆層和已經(jīng)暴露的刻蝕阻擋層上沉積電流阻礙 層，然后除去光刻膠以除掉接觸層上的電流阻礙層，最后形成需要的脊型結(jié)構(gòu)；(5)通過(guò)物理沉積或電鍍方式在表面沉積ρ型金屬電極，并在襯底面通過(guò)物理沉 積或電鍍方式沉積η型電極。和傳統(tǒng)的脊型半導(dǎo)體激光二極管相比，本發(fā)明沒(méi)有增加額外多余的步驟，所以沒(méi)有增加生產(chǎn)成本。本發(fā)明與以往一般脊型半導(dǎo)體二極管制造過(guò)程的主要差別在于光刻的掩 模圖形沒(méi)有采用傳統(tǒng)的矩形，而是采用非矩形的掩模圖形從而在腐蝕之后形成特殊的諧振 腔結(jié)構(gòu)。在諧振腔的直線長(zhǎng)度保持不變的情況下，諧振腔的有效長(zhǎng)度得到增加，因此激光二 極管的峰值光輸出功率也得到增大，同時(shí)可以保證單模輸出；或者在保持峰值光輸出功率 不變的條件下，激光二極管的尺寸可以做得更小，從而提高在同尺寸襯底上的芯片合格產(chǎn) 品數(shù)。本發(fā)明可選擇不同的襯底、包覆層以及發(fā)光層材料，以適用于不同波長(zhǎng)的半導(dǎo)體 激光二極管的設(shè)計(jì)和制造。比如，要想生成750-900nm的紅外激光，襯底材料可采用GaAs， 包覆層和發(fā)光層采用有不同原子比例和摻雜的AlGaAs以形成滿足需要的帶隙結(jié)構(gòu)。又比 如，要想生成300-450nm的藍(lán)光激光，襯底材料可采用GaN，包覆層和發(fā)光層采用有不同原 子比例和摻雜的AlGaInN以形成滿足需要的帶隙結(jié)構(gòu)。再比如，要想生成600-700nm的紅 光激光，襯底材料可采用GaAs，包覆層采用有不同原子比例和摻雜的AlGalnP，發(fā)光層采用 GaInP,以形成滿足需要的帶隙結(jié)構(gòu)。


圖1為常規(guī)矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極管的三維示意圖；圖2為常規(guī)矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極管的芯片表面俯視圖；圖3為常規(guī)矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極管的橫截面剖面圖；圖4為實(shí)施方案1的非矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極管的芯片表面俯視圖；圖5為沿圖4中A-A虛線切割后的橫截面剖面圖，顯示諧振腔中間部分的雙波導(dǎo) 通道；圖6為沿圖4中B-B虛線切割后的橫截面剖面圖，顯示諧振腔靠近端面部分的單 波導(dǎo)通道；圖7為實(shí)施方案1的非矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極管制作方法和流程的剖面 圖；圖8為實(shí)施方案1的非矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極管制作方法和流程的剖面 圖；圖9為用實(shí)施方案1的光刻掩模圖案；圖10為實(shí)施方案1的非矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極管制作方法和流程的剖 面圖；圖11為實(shí)施方案1的非矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極管制作方法和流程的剖 面圖；圖12為實(shí)施方案1的非矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極管制作方法和流程的剖 面圖；圖13為實(shí)施方案1的制作方法和流程形成的非矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極 管的三維示意圖；圖14為實(shí)施方案2的非矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極管的芯片表面俯視圖；圖15為實(shí)施方案2的光刻掩模圖案；圖16為實(shí)施方案3的非矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極管的芯片表面俯視5
圖17為實(shí)施方案3的光刻掩模圖案；圖18為實(shí)施方案4的非矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極管的芯片表面俯視圖；圖19為實(shí)施方案4的光刻掩模圖案；圖20為實(shí)施方案5的非矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極管的芯片表面俯視圖；圖21為實(shí)施方案5的光刻掩模圖案；圖22為實(shí)施方案6的非矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極管的芯片表面俯視圖；圖23為實(shí)施方案6的光刻掩模圖案；圖24為實(shí)施方案7的非矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極管的芯片表面俯視圖；圖25為實(shí)施方案7的光刻掩模圖案。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明幾個(gè)實(shí)施方案的具有非矩形諧振腔半導(dǎo)體激光二極管及其制 造方法進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施方案1 圖4-6描述本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方案的非矩形諧振腔半導(dǎo)體激光二極管。參見(jiàn)圖4 芯片表面俯視圖，諧振腔兩端與垂直端面的靠近部分呈矩形結(jié)構(gòu)，諧振腔中間部分呈非矩 形結(jié)構(gòu)。圖5為沿圖4中的A-A虛線的橫截剖面顯示單通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，根據(jù)波長(zhǎng)選擇波導(dǎo) 通道的寬度可只支持單模傳輸，比如SOOnm波長(zhǎng)的紅外激光，脊型底部571的寬度可以為 2. 5-4 μ m。參考圖5，從η型GaAs襯底51上起依次包括η型AlGaAs緩沖層52，η型AlGaAs 包覆層53，AlGaAs發(fā)光層54，第一 ρ型AlGaAs包覆層55，ρ型InGaP刻蝕阻擋層56，第二 ρ 型AlGaAs包覆層57和ρ型AlGaAs接觸層58，第二 ρ型AlGaAs包覆層包57呈脊型結(jié)構(gòu)， 周圍覆蓋電流阻礙層59，ρ型電極5a覆蓋在ρ型接觸層58和電流阻礙層59之上，而η型 電極5b與襯底51形成接觸。圖6為沿圖4中的B-B虛線的橫截剖面顯示雙波導(dǎo)通道結(jié)構(gòu)，每個(gè)通道和圖5中 的單通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)一致。參考圖6，第二 ρ型AlGaAs包覆層包67呈雙脊型結(jié)構(gòu)，周圍覆蓋 電流阻礙層69，ρ型電極6a覆蓋在ρ型接觸層68和電流阻礙層69之上。每個(gè)通道脊型底部寬度671和672優(yōu)選和單通道部分脊型底部寬度571選擇一致 只支持單模傳輸模式，但也可以選擇更大的寬度從而支持多模傳輸模式。在兩個(gè)電極之間 加載電壓之后，每個(gè)波導(dǎo)通道都會(huì)引入電流而產(chǎn)生光子，在各自的波導(dǎo)內(nèi)振蕩放大，并在共 同的諧振腔波導(dǎo)部分合并從而增大功率輸出。在雙通道波導(dǎo)部分選擇更大的寬度而支持多 模傳輸模式時(shí)，由于諧振腔兩端與垂直端面的靠近并輸出光的部分是只支持單模傳輸?shù)膯?通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，最后激光輸出仍為單模方式，同時(shí)由于橫截面增大，峰值光輸出功率可以得 到進(jìn)一步提高。結(jié)合圖7至圖11描述本發(fā)明實(shí)施方案1的非矩形諧振腔半導(dǎo)體激光二極管的制 造方法。具體制造方法和步驟如下(1)參見(jiàn)圖7，首先在η型GaAs襯底51上通過(guò)金屬氣相沉積的方法依次沉積η型 AlGaAs緩沖層52，η型AlGaAs包覆層53，AlGaAs發(fā)光層54，ρ型AlGaAs第一包覆層55，ρ 型InGaP刻蝕阻擋層56，ρ型AlGaAs第二包覆層57和ρ型AlGaAs接觸層58 ；
(2)參見(jiàn)圖8，在AlGaAs接觸層58上涂上光刻膠5c并通過(guò)光刻方式形成和諧振 腔平面結(jié)構(gòu)一致如圖9所示的掩模圖形；(3)參見(jiàn)圖10，利用光刻膠5c掩模圖形進(jìn)行腐蝕，腐蝕接觸層58和第二包覆層57 直至刻蝕阻擋層56 ；(4)參見(jiàn)圖11，沉積電流阻礙層59后除去光刻膠5c形成脊型結(jié)構(gòu)；(5)參見(jiàn)圖12，通過(guò)物理沉積或電鍍方式在芯片表面沉積ρ型金屬電極5a，在襯 底面通過(guò)物理沉積或電鍍方式沉積η型電極5b。通過(guò)包括劃片，打磨和端面鍍膜等后道工 序，最后形成的非矩形諧振腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光二極管芯片的三維示意圖如圖13所示。實(shí)施方案2 本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方案中半導(dǎo)體激光二極管芯片的諧振腔兩端與垂直端面的靠 近部分呈矩形的單通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，諧振腔中間部分呈如圖14所示的非矩形單通道波導(dǎo)結(jié) 構(gòu)，但選擇更大的寬度以增加橫截面積從而提高峰值光輸出功率。本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方案 的非矩形諧振腔半導(dǎo)體激光二極管的制造方法與第一個(gè)實(shí)施方案的非矩形諧振腔半導(dǎo)體 激光二極管的制造方法類似，所不同的是選擇如圖15所示的掩模圖形來(lái)做光刻和隨后的 腐蝕過(guò)程。實(shí)施方案3:本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施方案中半導(dǎo)體激光二極管芯片的諧振腔兩端與垂直端面的靠 近部分呈矩形的單通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，諧振腔中間部分呈如圖16所示的非矩形三通道波導(dǎo)結(jié) 構(gòu)，每個(gè)波導(dǎo)通道在引入電流后而產(chǎn)生光子，在各自的波導(dǎo)內(nèi)振蕩放大，并在共同的單通道 波導(dǎo)部分合并從而增大光輸出功率。本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施方案的非矩形諧振腔半導(dǎo)體激光二 極管的制造方法與第一個(gè)實(shí)施方案的非矩形諧振腔半導(dǎo)體激光二極管的制造方法類似，所 不同的是選擇如圖17所示的掩模圖形來(lái)做光刻和隨后的腐蝕過(guò)程。實(shí)施方案4 本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施方案中半導(dǎo)體激光二極管芯片的諧振腔兩端與垂直端面的靠 近部分呈矩形的單通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，如圖18所示，靠近主要出光端面181的波導(dǎo)寬度小于靠 近次出光端面182的波導(dǎo)寬度，并支持單模光傳輸，諧振腔中間部分呈楔形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，最后 主要端面的激光輸出仍為單模方式，但同時(shí)由于部分諧振腔的橫截面積增大，峰值光輸出 功率也可以得到進(jìn)一步提高。本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施方案的非矩形諧振腔半導(dǎo)體激光二極管的 制造方法與第一個(gè)實(shí)施方案的非矩形諧振腔半導(dǎo)體激光二極管的制造方法類似，所不同的 是選擇如圖19所示的掩模圖形來(lái)做光刻和隨后的腐蝕過(guò)程。實(shí)施方案5 本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方案中半導(dǎo)體激光二極管芯片的諧振腔兩端與垂直端面的靠 近部分呈矩形的單通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，如圖20所示，諧振腔中間部分呈圓形的單通道波導(dǎo)結(jié) 構(gòu)。本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方案的非矩形諧振腔半導(dǎo)體激光二極管的制造方法與第一個(gè)實(shí)施方 案的非矩形諧振腔半導(dǎo)體激光二極管的制造方法類似，所不同的是選擇如圖21所示的掩 模圖形來(lái)做光刻和隨后的腐蝕過(guò)程。實(shí)施方案6 本發(fā)明第六個(gè)實(shí)施方案中半導(dǎo)體激光二極管芯片的諧振腔兩端與垂直端面的靠 近部分呈矩形的單通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，諧振腔中間部分呈如圖22所示的非矩形雙通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，每個(gè)波導(dǎo)通道在引入電流后而產(chǎn)生光子，在各自的波導(dǎo)內(nèi)振蕩放大，并在共同的單通道 波導(dǎo)部分合并從而增大光輸出功率。本發(fā)明第六個(gè)實(shí)施方案的非矩形諧振腔半導(dǎo)體激光二 極管的制造方法與第一個(gè)實(shí)施方案的非矩形諧振腔半導(dǎo)體激光二極管的制造方法類似，所 不同的是選擇如圖23所示的掩模圖形來(lái)做光刻和隨后的腐蝕過(guò)程。實(shí)施方案7 本發(fā)明第七個(gè)實(shí)施方案中半導(dǎo)體激光二極管芯片的諧振腔兩端與垂直端面的靠 近部分呈矩形的單通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，諧振腔中間部分呈如圖24所示的非矩形三通道波導(dǎo)結(jié) 構(gòu)，每個(gè)波導(dǎo)通道在引入電流后而產(chǎn)生光子，在各自的波導(dǎo)內(nèi)振蕩放大，并在共同的單通道 波導(dǎo)部分合并從而增大光輸出功率。本發(fā)明第七個(gè)實(shí)施方案的非矩形諧振腔半導(dǎo)體激光二 極管的制造方法與第一個(gè)實(shí)施方案的非矩形諧振腔半導(dǎo)體激光二極管的制造方法類似，所 不同的是選擇如圖25所示的掩模圖形來(lái)做光刻和隨后的腐蝕過(guò)程。
權(quán)利要求
一種高功率單模輸出的微型半導(dǎo)體激光二極管，其發(fā)光層包夾在n型和p型包覆層之間，p型包覆層分兩層，第二p型包覆層和之上的p型接觸層呈脊型結(jié)構(gòu)，電流阻礙層形成在脊型壁面以及兩個(gè)p型包覆層之間的刻蝕阻擋層上，同時(shí)p型電極覆蓋在p型接觸層和電流阻礙層之上，而n型電極與襯底形成接觸；其特征在于激光二極管的諧振腔呈非矩形結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1的高功率單模輸出的微型半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于諧振腔兩 端靠近出光端面的部分呈矩形單通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，諧振腔中間部分可為單波導(dǎo)通道但橫截面 增大呈楔形結(jié)構(gòu)；諧振腔中間部分也可一分為二成為雙波導(dǎo)通道、或者一分為三成為三波 導(dǎo)通道、或者分為更多波導(dǎo)通道，并在與兩端單通道波導(dǎo)接觸的部分合并，雙通道或多通道 波導(dǎo)部分呈折線或曲線形狀。
3.如權(quán)利要求1的高功率單模輸出的微型半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于諧振腔的 中間部分包括一個(gè)橫截面增大的單波導(dǎo)通道，其寬度漸變呈楔形結(jié)構(gòu)，且寬度大于諧振腔 兩端靠近出光端面的矩形單通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的寬度；或者諧振腔的中間部分也可以包括兩個(gè) 或多個(gè)矩形單通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其寬度之和大于諧振腔兩端靠近出光端面的矩形單通道波導(dǎo) 結(jié)構(gòu)的寬度。
4.如權(quán)利要求1的高功率單模輸出的微型半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于襯底為 GaAs，所述半導(dǎo)體疊層由AlGaAs材料形成，發(fā)光波長(zhǎng)在750-900nm之間。
5.如權(quán)利要求1的高功率單模輸出的微型半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于襯底為 GaN，所述半導(dǎo)體疊層由InGaAlN材料形成，發(fā)光波長(zhǎng)在300-450nm之間。
6.如權(quán)利要求1的高功率單模輸出的微型半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于襯底為 GaAs，所述半導(dǎo)體疊層由AlGaInP和GaInP材料形成，發(fā)光波長(zhǎng)在600_700nm之間。
7.如權(quán)利要求1所述的高功率單模輸出的微型半導(dǎo)體激光二極管的制造方法，包括以 下步驟在外延η型襯底上通過(guò)金屬氣相沉積的方法依次沉積形成發(fā)光的半導(dǎo)體疊層，包 括η型緩沖層，η型包覆層，發(fā)光層，ρ型第一包覆層，ρ型刻蝕阻擋層，ρ型第二包覆層和 P型接觸層；在接觸層上涂上光刻膠并通過(guò)光刻方式形成和諧振腔平面結(jié)構(gòu)一致的非矩形 掩模圖形；利用光刻膠的掩模圖形進(jìn)行腐蝕接觸層和第二包覆層至刻蝕阻擋層；沉積電流 阻礙層后除去光刻膠形成脊型結(jié)構(gòu)；通過(guò)物理沉積或電鍍方式在芯片表面沉積P型金屬電 極，在襯底面通過(guò)物理沉積或電鍍方式沉積η型電極，最后通過(guò)包括劃片，打磨和端面鍍膜 等后道工序完成半導(dǎo)體激光二極管芯片的制作。
8.如權(quán)利要求7所述的高功率單模輸出的微型半導(dǎo)體激光二極管的制造方法，其特征 在于在光刻時(shí)用的掩模圖形采用非矩形形狀，通過(guò)光刻和腐蝕形成如權(quán)利要求2所述的 中間呈楔形的單通道、或者呈折線或曲線形狀的雙通道或多通道波導(dǎo)，并且兩端呈矩形單 通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的諧振腔。
9.如權(quán)利要求7所述的高功率單模輸出的微型半導(dǎo)體激光二極管的制造方法，其特征 在于在光刻時(shí)用的掩模圖形采用非矩形形狀，通過(guò)光刻和腐蝕形成如權(quán)利要求3所述的 諧振腔，其中間呈楔形的單通道波導(dǎo)寬度大于兩端呈矩形單通道波導(dǎo)寬度，或中間雙通道 或多通道波導(dǎo)寬度之和大于兩端呈矩形單通道波導(dǎo)寬度。
全文摘要
本發(fā)明高功率單模輸出的微型半導(dǎo)體激光二極管及其制造方法，公開(kāi)了一種非矩形諧振腔半導(dǎo)體激光二極管及其制造方法。諧振腔的兩端與垂直出光端面靠近部分呈矩形單通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，諧振腔中間部分包括至少一個(gè)通道的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在保持諧振腔直線總長(zhǎng)度不變以及激光二級(jí)管體積不變的情況下增加激光二極管的峰值光輸出功率，使得在同尺寸襯底上的芯片產(chǎn)品率得到提高，從而降低產(chǎn)品的成本，為高密度集成光路和超小集成空間但要求高光功率的特殊應(yīng)用提供解決方案。
文檔編號(hào)H01S5/10GK101916963SQ201010236718
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
發(fā)明者厲巧云, 梁文 申請(qǐng)人:厲巧云;梁文