一种消除宽条型大功率半导体激光器功率尖峰的芯片的制作方法

本发明涉及一种消除宽条型大功率半导体激光器功率尖峰的芯片，属于半导体激光器芯片制备。

背景技术：

1、半导体激光器因其体积小、全固态、效率高、波长覆盖范围广以及直接电驱动等优势，在工业加工、医疗美容、军事科研、通信、传感等领域得到广泛应用。

2、大功率半导体激光器一般采用宽条结构和脊条刻蚀结构来提高输出功率并抑制电流侧向扩展。然而目前宽条型大功率半导体激光器普遍存在光斑能力分布不均匀的问题，这导致在后续的应用中大大限制了其使用领域和发展。宽条型大功率半导体激光器光斑能量分布不均匀的主要原因是特殊的侧向波导结构。其垂直波导结构宽度小、限制强，使得垂直方向的光强分布为基模高斯型，光斑能量分布呈现出沿中心向边缘逐渐递减的趋势，该类型光强均匀度较容易通过光束整形形成平顶型光腔分布的光束。而在侧向上，由于条宽较大且受到载流子空间烧孔效应、热透镜效应等影响，导致其为多模激射状态，其远场光强分布为多模叠加状态。高阶模远场分布通常呈现出双主峰和旁瓣状，导致各个高阶模模式的叠加，最终在远场高角位置产生比中心区域更高的功率密度，形成中间区域低、两侧边缘高的光功率密度分布，也即所谓的功率尖峰，并且随着条宽以及功率的增大，功率尖峰现象越明显。

3、目前针对宽条型大功率半导体激光器侧向远场光功率密度分布问题，主要的解决方案集中在使用外部光学系统进行光斑整形，但由于其光功率密度分布复杂且随着温度以及功率的变化也处于动态变化过程中，导致其光斑整形难度较大且效果较差。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种消除宽条型大功率半导体激光器功率尖峰的芯片，通过增加高阶模损耗结构将功率尖峰处的侧向高阶模引出激光器谐振腔，使之不能形成激射，进而有效抑制功率尖峰现象，同时，本发明设计的高阶模损耗结构可以实现载流子非均匀注入，降低因载流子扩散以及边缘积累，进一步压缩功率尖峰，并提升中心处光功率密度，最终实现宽条型大功率半导体激光器芯片侧向远场平顶型光功率密度分布。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种消除宽条型大功率半导体激光器功率尖峰的芯片，包括叠层结构，叠层结构自下至上依次设置有衬底、n型限制层、n型波导层、有源层、p型波导层、p型低折射率系数高限制效率层、p型限制层和欧姆接触层；

4、欧姆接触层两侧对称位置分别设置有波导槽，波导槽贯穿欧姆接触层，波导槽底部下陷至p型限制层但不超过p型限制层，两波导槽之间形成脊波导；脊波导为半导体激光器常规结构。

5、根据本发明优选的，p型低折射率系数高限制效率层的折射率小于p型限制层。

6、根据本发明优选的，脊波导边缘的功率尖峰处设置有若干高阶模损耗结构，具体位置在脊波导边缘往脊波导中心方向20~30微米处，高阶模损耗结构为深孔状结构，依次完全贯穿蚀欧姆接触层、p型限制层和p型低折射率系数高限制效率层，深孔状结构截面形状为圆形、正方形、三角形或任意多边形，深孔状结构内填充有高吸光系数材料ge、si或sin。

7、高阶模损耗结构制备过程为，通过完全刻蚀欧姆接触层、p型限制层和p型低折射率系数高限制效率层形成深孔状结构，深孔状结构内填充高吸光系数材料，高吸光系数材料直接与p型波导层接触。

8、根据本发明优选的，深孔状结构内顶部覆盖有绝缘层，不覆盖p面电极。

9、根据本发明优选的，高阶模损耗结构沿欧姆接触层水平方向直线排列，直线排列的各高阶模损耗结构间距为20~50μm。

10、根据本发明进一步优选的，欧姆接触层一侧垂直方向设置有3~9列奇数列高阶模损耗结构，每列高阶模损耗结构间距小于5μm，中间一列高阶模损耗结构最大宽度小于5μm，两侧高阶模损耗结构宽度逐渐递减，每列递减1~2μm。

11、根据本发明优选的，高吸光系数材料厚度为300~500μm，高吸光系数材料底侧接触p型波导层。

12、根据本发明优选的，波导槽沿芯片水平方向设置，波导槽的长度与芯片的长度相同，波导槽沿其宽度方向的截面为倒梯形，波导槽底面距离p型限制层底侧0.3~0.5μm，波导槽的宽度按现有技术即可。

13、根据本发明优选的，脊波导沿芯片水平方向设置，脊波导的长度与芯片的长度相同，脊波导宽度为90~500μm。

14、本发明的有益效果在于：

15、1、本发明在波导边缘的功率尖峰处设置了高阶模损耗结构，该结构为深孔状结构，将p型限制层以及p型低折射率系数高限制效率层去除，并直接与p型波导层接触，减小该区域的高阶模限制，将该区域的高阶模导引出谐振腔，增大该区域的高阶模损耗同时有效降低谐振腔内的高阶模数量，有效降低该区域的功率密度，降低半导体激光器芯片的功率尖峰。

16、2、本发明在深孔状结构覆盖高吸光系数材料，进一步增加高阶模的损耗，加强高阶模的损耗，进一步削弱该区域的功率尖峰问题。

17、3、本发明在深孔状结构内顶部覆盖有绝缘层，不覆盖p面电极，有效降低该区域的载流子密度，进一步削弱功率尖峰；同时不覆盖p面电极会使得在封装过程中该区域形成焊接空洞，降低该区域的散热效率，降低芯片本身自热效应导致的热透镜问题，显著降低芯片的慢轴发散角，提高芯片的光束质量。

技术特征：

1.一种消除宽条型大功率半导体激光器功率尖峰的芯片，其特征在于，包括叠层结构，叠层结构自下至上依次设置有衬底、n型限制层、n型波导层、有源层、p型波导层、p型低折射率系数高限制效率层、p型限制层和欧姆接触层；

2.如权利要求1所述的消除宽条型大功率半导体激光器功率尖峰的芯片，其特征在于，p型低折射率系数高限制效率层的折射率小于p型限制层。

3.如权利要求2所述的消除宽条型大功率半导体激光器功率尖峰的芯片，其特征在于，脊波导边缘的功率尖峰处设置有若干高阶模损耗结构，高阶模损耗结构为深孔状结构，依次完全贯穿蚀欧姆接触层、p型限制层和p型低折射率系数高限制效率层，深孔状结构截面形状为圆形或任意多边形，深孔状结构内填充有高吸光系数材料ge、si或sin。

4.如权利要求3所述的消除宽条型大功率半导体激光器功率尖峰的芯片，其特征在于，深孔状结构内顶部覆盖有绝缘层。

5.如权利要求4所述的消除宽条型大功率半导体激光器功率尖峰的芯片，其特征在于，高阶模损耗结构沿欧姆接触层水平方向直线排列，直线排列的各高阶模损耗结构间距为20~50μm。

6.如权利要求5所述的消除宽条型大功率半导体激光器功率尖峰的芯片，其特征在于，欧姆接触层一侧垂直方向设置奇数列高阶模损耗结构，每列高阶模损耗结构间距小于5μm，中间一列高阶模损耗结构最大宽度小于5μm，两侧高阶模损耗结构宽度逐渐递减，每列递减1~2μm。

7.如权利要求3所述的消除宽条型大功率半导体激光器功率尖峰的芯片，其特征在于，高吸光系数材料厚度为300~500μm，高吸光系数材料底侧接触p型波导层。

8.如权利要求1所述的消除宽条型大功率半导体激光器功率尖峰的芯片，其特征在于，波导槽沿芯片水平方向设置，波导槽的长度与芯片的长度相同，波导槽沿其宽度方向的截面为倒梯形，波导槽底面距离p型限制层底侧0.3~0.5μm。

9.如权利要求1所述的消除宽条型大功率半导体激光器功率尖峰的芯片，其特征在于，脊波导沿芯片水平方向设置，脊波导的长度与芯片的长度相同，脊波导宽度为90~500μm。

技术总结本发明涉及一种消除宽条型大功率半导体激光器功率尖峰的芯片，属于半导体激光器芯片制备技术领域。芯片包括叠层结构，叠层结构自下至上依次设置有衬底、N型限制层、N型波导层、有源层、P型波导层、P型低折射率系数高限制效率层、P型限制层和欧姆接触层；欧姆接触层两侧对称位置分别设置有波导槽，波导槽贯穿欧姆接触层，波导槽底部下陷至P型限制层，两波导槽之间形成脊波导。本发明通过增加高阶模损耗结构将功率尖峰处的侧向高阶模引出激光器谐振腔，使之不能形成激射，进而有效抑制功率尖峰现象。技术研发人员：吴德华,朱振,孙雪受保护的技术使用者：山东华光光电子股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20