一種消除波長雙峰的808nm激光器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種消除波長雙峰的808nm激光器及其制備方法，屬于半導(dǎo)體激光器 封裝的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體激光器具有高效率、長壽命、光束質(zhì)量高、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，廣泛 用于光纖通信，激光栗浦，醫(yī)療器械，光學(xué)圖象處理，激光打印機(jī)等領(lǐng)域。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的 日益發(fā)展和成熟，激光二極管在功率，轉(zhuǎn)換效率，波長擴(kuò)展和運(yùn)行壽命等方面已經(jīng)有很大的 提高。由于半導(dǎo)體激光器具有量子效率高、可靠性高、使用壽命長、發(fā)射波長與激光介質(zhì)吸 收峰很好對(duì)應(yīng)、激光輸出光束質(zhì)量好等特點(diǎn)，有利于與栗浦技術(shù)相互結(jié)合，成為激光栗浦技 術(shù)中的一個(gè)重要突破，栗浦激光器的迅速發(fā)展逐漸成為一種趨勢。
[0003] 光在波導(dǎo)中傳播時(shí)，如果電場偏振方向垂直于傳播方向則稱為TE模式，如果磁場 偏振方向垂直于傳播方向則稱為TM模式。在量子講激光器中，量子尺寸效應(yīng)使有源區(qū)材料 的重空穴與輕空穴的能帶簡并度解除，這對(duì)應(yīng)于晶體中的對(duì)稱性發(fā)生變化，會(huì)導(dǎo)致躍迀矩 陣元的各向異性。
[0004] 如果阱材料受到平行于阱面方向的雙軸壓應(yīng)變和垂直于阱面方向的拉伸應(yīng)變使 其價(jià)帶頂?shù)闹乜昭芗?jí)上升，輕空穴能級(jí)下降，重空穴能級(jí)曲率變大，有效質(zhì)量減小。這種 變化不僅可以降低激光器的閾值電流密度，還能提高微分增益，提高其動(dòng)態(tài)工作特性。
[0005] 如果在平行方向受到雙軸張應(yīng)變和垂直方向壓應(yīng)變，將會(huì)提升輕空穴帶，而使重 空穴帶降低，且減小其有效質(zhì)量，所以可以增加TE模與TM模的對(duì)稱性，輸出與偏振模式無 關(guān)的激光或TM偏振模激光。
[0006] TE或者TM偏振激光具有不同的激發(fā)波長，并且栗浦晶體時(shí)需要選擇不同的方向， 因此兩個(gè)模式存在競爭時(shí)會(huì)影響栗浦效率。
[0007] 然而，激光器因?yàn)樵谕庋由L和芯片工藝制作中，反復(fù)經(jīng)歷了高溫退火工藝，導(dǎo)致 激光器芯片內(nèi)部聚集大量殘余應(yīng)力得不到釋放，不同偏振模式相互競爭，封裝后激光器波 長呈現(xiàn)2個(gè)或2個(gè)以上的波峰，如附圖3、圖4所示：圖3為封裝后激光器波長呈現(xiàn)2個(gè)波 峰的情況，圖4為封裝后激光器波長呈現(xiàn)單個(gè)波峰情況，即為正常合格情況。
[0008] 如圖3所示，當(dāng)激光器出現(xiàn)2個(gè)波峰時(shí)，尤其是808nm激光器栗浦綠光時(shí)，2個(gè)波峰 的相互競爭導(dǎo)致晶體的吸收效率降低，栗浦綠光的功率降低，因此在激光器生產(chǎn)時(shí)必須解 決波長雙峰的現(xiàn)象。長期以來外延工藝、管芯工藝、封裝工藝各領(lǐng)域想盡辦法抑制波長雙峰 的發(fā)生，但均未取得顯著效果。
[0009] 在《中國激光》第2010年1月公開的名稱為《大功率半導(dǎo)體激光器陣列光譜展寬 機(jī)理研究》的文章中指出激光器光譜展寬常常會(huì)在光譜的一邊或兩邊出現(xiàn)肩膀或尾巴，有 時(shí)也會(huì)出現(xiàn)雙峰或多峰。研究結(jié)果表明在光譜長波方向（中心波長右端）出現(xiàn)的肩膀或尾 巴通常是由于熱效應(yīng)造成的，而在光譜短波方向（中心波長左端）的肩膀或尾巴一般是激 光器陣列內(nèi)熱應(yīng)力效應(yīng)造成的結(jié)果。根據(jù)大功率半導(dǎo)體激光器陣列光譜展寬的機(jī)制，提出 了控制光譜展寬的方案和方法。但是此文獻(xiàn)是針對(duì)激光器陣列的，主要通過優(yōu)化封裝工藝 解決激光器雙峰或多峰。如果器件本身應(yīng)力過大或者不容易應(yīng)力弛豫，后段工藝是較難解 決激光器光譜展寬問題的。
[0010] 中國專利CN102760794B涉及一種低應(yīng)力的氮化鎵外延層制備方法，在襯底的正 面或背面刻蝕圖案，刻蝕的深度為1ym-100ym，刻蝕圖案為正方形或圓形，圖案之間的間 距尺寸為1ym-10ym;用硫酸或者硫酸/磷酸混合溶液對(duì)刻蝕處理過的襯底層進(jìn)行腐蝕， 用去離子水進(jìn)行清洗，在處理過的襯底的正面上采用M0CVD法生長氮化鎵外延層。該專利 用于GaN材料體系，GaN是透明材料，不吸光；而本發(fā)明是GaAs材料體系，GaAs不透明利用 吸光特性改善內(nèi)部應(yīng)力；該專利主要目的是降低外延生長過程中的應(yīng)力，芯片制作過程中 的應(yīng)力沒有去處；而本發(fā)明是在芯片工藝完成后進(jìn)行，同時(shí)降低外延生長和芯片制作過程 中的應(yīng)力。
[0011] 中國專利CN203503972U公開了一種降低應(yīng)力的激光器芯片結(jié)構(gòu)，包括激光器芯 片主體，激光器芯片主體具有正極和與外部電極電性連接的負(fù)極，正極上設(shè)置有多個(gè)發(fā)光 部，并且發(fā)光部之間設(shè)置有第一凹槽，還包括熱沉結(jié)構(gòu)，熱沉結(jié)構(gòu)包括熱沉主體，熱沉主體 的正面通過焊料層焊接在激光器芯片主體的正極上，在熱沉主體的位于激光器芯片主體的 第一凹槽相對(duì)應(yīng)的部位上開有第二凹槽，并且該第二凹槽與第一凹槽一一對(duì)應(yīng)。該專利主 要介紹了一種多個(gè)發(fā)光點(diǎn)激光器芯片和熱沉的結(jié)合方法，在熱沉上面開凹槽，利用熱沉凹 槽緩解封裝時(shí)金屬受熱產(chǎn)生的應(yīng)力，主要目的是消除封裝過程中的熱應(yīng)力，核心是熱沉的 凹槽結(jié)構(gòu)。而本發(fā)明是消除芯片生長中和芯片制作過程中的應(yīng)力，重在外延層內(nèi)部的改善。 因此該專利與本發(fā)明兩者具有本質(zhì)區(qū)別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種消除波長雙峰的808nm激光器。
[0013] 本發(fā)明還提供上述消除波長雙峰的808nm激光器的制備方法。本發(fā)明的核心技術(shù) 是將激光器芯片中殘余應(yīng)力，利用外延層吸收808nm激光能量，誘導(dǎo)殘余應(yīng)力釋放，最后利 用低溫退火，即，減少激光器芯片內(nèi)部應(yīng)力。
[0014] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0015] -種消除波長雙峰的808nm激光器，包括激光器芯片，在所述激光器芯片的N面電 極上設(shè)置有延伸至外延襯底層的孔。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述孔僅設(shè)置在所述激光器芯片的N面電極上。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述孔橫穿設(shè)置在所述激光器芯片的N面電極上，并嵌入所 述外延襯底層內(nèi)。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述孔嵌入外延襯底層內(nèi)深度范圍小于等于50ym。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在所述孔的直徑為80-100ym。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述孔的中心與所述激光器芯片解離邊的距離為60-150ym; 所述孔的中心與所述激光器芯片腔面的距離為60-150ym。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述孔的中心與所述激光器芯片解離邊的距離為100ym;所 述孔的中心與所述激光器芯片腔面的距離為100ym。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述孔的周期為120-180ym。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述孔的周期為150ym。
[0024] 上述消除波長雙峰的808nm激光器的制備方法，包括：
[0025] (1)在激光器芯片的N面電極制備孔：去除孔對(duì)應(yīng)的N面電極金屬，直至裸露出所 述激光器芯片的外延襯底層；
[0026] (2)將經(jīng)步驟（1)處理后的激光器芯片放置在金屬板上，所述激光器芯片的含孔 一面與所述金屬板背離設(shè)置；
[0027] (3)采用808nm波長的激光對(duì)所述激光器芯片進(jìn)行照射；本發(fā)明采用808nm激光 對(duì)所述激光器芯片進(jìn)行照射，可穿透襯底層，利用所述激光的能量消除外延生長過程中的 應(yīng)力；
[0028] (4)將經(jīng)步驟⑶處理后的激光器芯片進(jìn)行烘烤，溫度范圍120-150°C，烘烤1-2 小時(shí)；
[0029] (5)對(duì)激光器芯片封裝測試，完成制備。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟（3)的照射時(shí)間為4-6小時(shí)。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述金屬板為銅金屬板、不銹鋼金屬板或鋁金屬板。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述金屬板的厚度為2-3mm，尺寸8X10cm，所述金屬板的表面 平整。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述808nm波長的激光的發(fā)出光源為大功率808nm激光器，功 率范圍10-20W，所述大功率808nm激光器距離所述激光器芯片的距離為5-lOcm，所述大功 率808nm激光器的光斑輸出為圓形或方形。
[0034] 本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢：
[0035] 本發(fā)明所述消除波長雙峰的808nm激光器，其結(jié)構(gòu)簡易，制作過程簡單，通過在所 述激光器芯片的N面電極上制備孔、后續(xù)采用激光照射和烘烤處理，進(jìn)而減小激光