808nm平頂光場大功率激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體激光器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]808nm大功率半導體激光器在固體激光器泵浦、激光加工、激光醫(yī)療、激光顯示以及軍事應(yīng)用等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，特別是在固體激光器泵浦應(yīng)用中，以其體積小，重量輕，效率和可靠性高等優(yōu)點倍受青睞。在近十年內(nèi)，隨著大功率半導體激光器產(chǎn)品進一步成熟，通過各種結(jié)構(gòu)將激光巴條封裝成的線陣、疊陣模塊的輸出功率可達數(shù)千瓦甚至上萬瓦，在工業(yè)加工、軍事等領(lǐng)域的需求有很大增長。
[0003]對于大功率半導體激光器，其腔面的半導體材料在高光功率密度下容易出現(xiàn)損傷，從而破壞腔面的反射或透射作用，造成激光器件的損壞，這就是腔面災(zāi)變光學損傷現(xiàn)象。腔面災(zāi)變光學損傷成為限制半導體激光器輸出功率進一步提高的主要因素。
[0004]傳統(tǒng)的大功率激光器采用大光腔結(jié)構(gòu)。采用增加波導厚度的外延結(jié)構(gòu)設(shè)計，增大外延層方向的光斑尺寸，降低光功率密度，獲得高的腔面災(zāi)變光學損傷現(xiàn)象閾值。但是快軸光場集中在有源區(qū)，有源區(qū)光功率密度仍然很高，沒有本質(zhì)改變激光器可靠性問題。同時存在工作電壓高、電光轉(zhuǎn)換效率低等缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種808nm平頂光場大功率激光器，快軸光場頂部分布均勻，能夠進一步降低有源區(qū)光功率密度，提高激光器的可靠性和耐用性。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
一種808nm平頂光場大功率激光器，包括襯底以及在襯底上從下至上依次生長的緩沖層、下限制層、下光場作用層、下波導層、量子阱層、上波導層、上光場作用層、上限制層和電極接觸層，所述下光場作用層采用高摻雜的N型AlGaAs材料，上光場作用層采用高摻雜的P型AlGaAs材料。
[0007]進一步的技術(shù)方案，所述下光場作用層的摻雜濃度為11 Vcm3?1018cm3，上光場作用層的摻雜濃度為11 Vcm3?10 18Cm3。
[0008]進一步的技術(shù)方案，所述下光場作用層的厚度為0.05 μπι?I μm，上光場作用層的厚度為0.05 μ m?I μ m。
[0009]進一步的技術(shù)方案，所述下波導層采用輕摻雜的P型AlGaAs材料，厚度為0.4 μ m ~ Iym ;所述上波導層米用輕摻雜的N型AlGaAs材料，厚度為0.4 μ m?I μ m。
[0010]進一步的技術(shù)方案，所述的下波導層的摻雜濃度不大于1018/cm3，上波導層的摻雜濃度不大于1018/cm3。
[0011]進一步的技術(shù)方案，所述電極接觸層為重摻雜的P型AlGaAs材料，所述電極接觸層摻雜濃度不小于1027cm3。
[0012]進一步的技術(shù)方案，所述量子阱層為非摻雜的AlGaInAs材料。
[0013]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明下光場作用層和上光場作用層均采用高摻雜的AlGaAs材料，實現(xiàn)了快軸光場頂部分布均勻，與傳統(tǒng)的采用大光腔結(jié)構(gòu)的大功率激光器相比，進一步的降低了有源區(qū)光功率密度，進一步的增大了近場光斑尺寸，進一步的降低了腔面光功率密度，進一步的提高了腔面災(zāi)變光學損傷閾值，從而提高了激光器的可靠性和耐用性；通過提高歐姆接觸層濃度、界面漸變、波導層摻雜，減小附加的電壓值和電阻值，其中上波導層和下波導層的厚度均為0.4?I μπι，且波導層為低摻雜，減少了載流子穿越所有異質(zhì)壁皇產(chǎn)生的電壓降，使得額外電壓降低，歐姆接觸層濃度大于102°/cm3，進一步降低了附加電壓及系統(tǒng)電阻；量子阱層為AlGaInAs應(yīng)變量子阱，能夠獲得高發(fā)光量子效率。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是常規(guī)結(jié)構(gòu)光場分布圖；
圖3是本發(fā)明平頂光場結(jié)構(gòu)光場分布圖；
在附圖中:1、襯底，2、緩沖層，3、下限制層，4、下光場作用層，5、下波導層，6、量子阱層，7、上波導層，8、上光場作用層，9、上限制層，10、電極接觸層。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0016]實施例1:
如圖1所示，808nm平頂光場大功率激光器，包括襯底1、緩沖層2、下限制層3、下光場作用層4、下波導層5、量子阱層6、上波導層7、上光場作用層8、上限制層9和電極接觸層10。
[0017]襯底1，用于在其上進行半導體激光器各層材料外延生長，本發(fā)明中襯底I是(100)面的N型砷化鎵，這樣能夠有利于電子的注入，減小襯底I材料的串聯(lián)電阻。
[0018]緩沖層2制作在襯底I上，為N型砷化鎵材料，其目的是形成高質(zhì)量的外延表面，減小襯底I與其它各層的應(yīng)力，消除襯底I的缺陷向其它各層的傳播，以利于器件其它各層材料的生長。
[0019]下限制層3制作在緩沖層2上，為高摻雜的N型鋁鎵砷材料，其目的是限制光場橫模向緩沖層2和襯底I的擴展，減小光的損耗，也是限制載流子的擴散，減小空穴漏電流，以降低器件的閾值電流，同時降低勢皇，減小電壓虧損，提高效率。
[0020]下光場作用層4制作在下限制層3上，為高摻雜的N型鋁鎵砷材料，其目的是控制波導內(nèi)的光場分布，形成平頂光場。下光場作用層4的厚度為0.05 μπι?I μπι，摻雜濃度為 117/Cm3-1O18/cm3o
[0021 ] 下波導層5制作在下光場作用層4上，為輕摻雜的N型鋁鎵砷材料，摻雜濃度不大于1018/cm3，厚度為0.4 μπι?I μm，其目的是加強對光場的限制，減小光束的遠場發(fā)散角，提高器件的光束質(zhì)量，同時減小腔面光功率密度，采用輕摻雜是為了減少該層對光的吸收損耗，同時使量子阱層6與下波導層5勢皇之間的能階變小，費米能級的彎曲幅度變小，額外電壓降減小。
[0022]量子阱層6制作在下波導層5上，為非摻雜的鋁鎵銦砷材料，其作用是作為激光器的有源區(qū)，提供足夠的光增益，并決定器件的激射波長以及器件的使用壽命。
[0023]上波導層7制作在量子阱層6上，為輕摻雜的P型鋁鎵砷材料，摻雜濃度不大于1018/cm3，厚度為0.4μπι?Ιμπι，上波導層7的作用是加強對光場的限制，減小光束的遠場發(fā)散角，提高器件的光束質(zhì)量，采用輕摻雜是為了減少上波導層7對光的吸收損耗，同時使量子阱層6與上波導層7勢皇之間的能階變小，費米能級的彎曲幅度變小，額外電壓降減小。
[0024]上光場作用層8制作在上波導層7上，為高摻雜的P型鋁鎵砷材料，其目的是控制波導內(nèi)的光場分布，形成平頂光場。上光場作用層8的厚度為0.05 μπι?I μm，摻雜濃度為11Vcm3-1O1Vcn^下光場作用層4和上光場作用層8與其他各層相比具有較高的折射率。
[0025]上限制層9制作在上光場作用層8上，為高摻雜的P型鋁鎵砷材料，其優(yōu)點是增加了上波導層7和上限制層9的帶階，能夠有效阻礙電子向上限制層9的擴散和漂移，從而減小電子的漏電流，以降低器件的閾值電流，提高注入效率，而且限制光場橫模向該上限制層9的擴展，減小光的損耗，也是降低勢皇，減小電壓虧損，提高效率。
[0026]電極接觸層10制作在上限制層9上，為重摻雜的P型砷化鎵材料，濃度大于102°/cm3，其目的是實現(xiàn)良好的歐姆接觸，采用重摻雜是為了減小串聯(lián)電阻，提高器件的轉(zhuǎn)換效率。
[0027]如圖2所示，為常規(guī)結(jié)構(gòu)下的光場分布圖，圖3為本發(fā)明的光場分布圖，其中，Cl為光強分布曲線，C2為折射率分布曲線，由圖3可知，采用高摻雜的AlGaAs材料，降低了折射率，從而形成了平頂光場，實現(xiàn)了快軸光場頂部分布均勻，與傳統(tǒng)的采用大光腔結(jié)構(gòu)的大功率激光器相比，進一步的降低了有源區(qū)光功率密度，進一步的增大了近場光斑尺寸，進一步的降低了腔面光功率密度，進一步的提高了腔面災(zāi)變光學損傷閾值，從而提高了激光器的可靠性和耐用性。
【主權(quán)項】
1.一種808nm平頂光場大功率激光器，包括襯底(I)以及在襯底(I)上從下至上依次生長的緩沖層(2)、下限制層(3)、下光場作用層(4)、下波導層(5)、量子阱層(6)、上波導層(7)、上光場作用層(8)、上限制層(9)和電極接觸層(10)，其特征在于所述下光場作用層(4)采用高摻雜的N型AlGaAs材料，上光場作用層(8)采用高摻雜的P型AlGaAs材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的808nm平頂光場大功率激光器，其特征在于所述下光場作用層(4)的摻雜濃度為11Vcm3?10 18cm3，上光場作用層(8)的摻雜濃度為11Vcm3?1018cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的808nm平頂光場大功率激光器，其特征在于所述下光場作用層(4)的厚度為0.05 μ m?I μ m，上光場作用層(8)的厚度為0.05 μ m?I μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的808nm平頂光場大功率激光器，其特征在于所述下波導層(5)采用輕摻雜的P型AlGaAs材料，厚度為0.4 μπι?I μm ;所述上波導層(7)采用輕摻雜的N型AlGaAs材料，厚度為0.4 μ m?I μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的808nm平頂光場大功率激光器，其特征在于所述的下波導層(5)的摻雜濃度不大于11Vcm3，上波導層(7)的摻雜濃度不大于1018/cm3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的808nm平頂光場大功率激光器，其特征在于所述電極接觸層(10)為重摻雜的P型AlGaAs材料，所述電極接觸層(10)的摻雜濃度不小于102°/cm3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的808nm平頂光場大功率激光器，其特征在于所述量子阱層(6)為非摻雜的AlGaInAs材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種808nm平頂光場大功率激光器，涉及半導體激光器技術(shù)領(lǐng)域；包括襯底以及在襯底上從下至上依次生長的緩沖層、下限制層、下光場作用層、下波導層、量子阱層、上波導層、上光場作用層、上限制層和電極接觸層，所述下光場作用層采用高摻雜的N型AlGaAs材料，上光場作用層采用高摻雜的P型AlGaAs材料。本發(fā)明快軸光場頂部分布均勻，能夠進一步降低有源區(qū)光功率密度，提高激光器的可靠性和耐用性。
【IPC分類】H01S5-20, H01S5-323
【公開號】CN104600562
【申請?zhí)枴緾N201510055185
【發(fā)明人】寧吉豐, 陳宏泰, 車相輝, 王彥照, 林琳, 位永平, 王晶
【申請人】中國電子科技集團公司第十三研究所
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年2月3日