一種用于綠光標線儀的808nm半導體激光器結構制造技術

本發明專利技術涉及一種用于綠光標線儀的808nm半導體激光器結構，包括自下至上依次設置的襯底、下包層、有源區、第一上包層、第二上包層、接觸層、第一金屬電極層，第二上包層與接觸層構成脊型結構，在第一上包層未覆蓋第二上包層的部分、脊型結構的側面及接觸層未覆蓋第一金屬電極層的部分分別包覆有介質膜，介質膜上方設置第一金屬電極層，襯底下方設置第二金屬電極層。本發明專利技術保證半導體激光器在滿足綠光標線儀功率輸出的同時，具有最小的閾值電流。相同功率下的工作電流也會降低。這對于使用電池提供電流的標線儀是非常有益的，既能提高半導體激光器的壽命還能降低電池功耗，增加使用時間。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種808nm半導體激光器結構，特別適用于綠光標線儀的泵浦源，屬于半導體激光器

技術介紹
激光標線儀是一種利用高亮度激光經過聚焦并擴束而行成的激光線進行測距、定標及準直的儀器。使用時通過激光線投射在物體上而產生一條標線，使用者可根據該標線對物體進行切割、對齊或其他用處。標線儀廣泛應用在鋼板、石材、木料等的切割、建筑裝修的水平及垂直對齊、機器視覺及舞臺演示等領域。它減少了工人的勞動強度，增強了剪切對齊精度，因而大大提高了工作效率。激光線條的顏色有多種區分，主要以綠色、紅色應用為主。其中紅色多用在室內，綠色由于對人眼具有很高的敏感度而多用在室外工作。目前綠光標線儀的激光光源主要有兩種，一是直接使用綠光半導體激光器，二是使用808nm半導體激光器泵浦晶體并倍頻形成的532nm綠光。由于綠光半導體激光器是近幾年新研發的產品，價格比較貴。激光器工作電壓較大，驅動電路的電壓需5V以上。并且綠光半導體激光器的峰值波長一般小于520nm，離人眼敏感度最高的550nm附近較遠。目前直接使用綠光半導體激光器的激光標線儀只占有一小部分市場，大部分使用后者的綠光模組。808nm半導體激光器不僅可以用于激光標線儀，作為一種固體激光器的泵浦源，還被廣泛地應用于材料加工及娛樂顯示等領域。然而，隨著半導體激光器工作電流和功率的不斷提高,會導致峰值波長的漂移,這對于具有較小吸收帶寬的泵浦應用來說是一個很大的障礙。因而為確保在整個工作范圍內實現穩定、高效的泵浦,有效控制泵浦半導體激光器的光譜,改善半導體激光器的光譜純度及波長穩定等光譜特性是十分迫切和重要的。目前，提高波長穩定性比較常規的方法包括分布反饋激光器、布拉格反射激光器、垂直腔面發射激光器以及外腔反饋激光器等方法,但由于分布反饋及布拉格反射結構對光刻精度要求高、制造工藝復雜且需二次以上外延,而垂直腔面發射激光器的波長對于外延生長厚度高度敏感,同時利用外置光柵的光反饋來實現波長鎖定的方法對于準直光束高度敏感,穩定性差。中國專利文獻CN102148479A公開了一種寬面808nm分立模式半導體激光器的制備方法。在砷化鎵襯底上依次制備N型鋁鎵砷下限制層、下波導層、量子阱層、上波導層、第一P型上限制層、刻蝕截至層、第二P型上限制層和P型帽層；采用光刻技術,在P型帽層的表面制備出刻蝕的掩膜圖形；在P型帽層上向下刻蝕,形成凸起的寬面結構,同時在凸起的寬面結構上面的一側沿縱向刻蝕形成多個非周期分布的刻槽結構,刻槽結構的刻蝕深度到達刻蝕截止層的表面,完成器件的制備。此方法工藝簡單、成本較低，可以獲得窄帶寬、波長穩定性優異的半導體激光器。但是P型帽層刻蝕形成的多個刻槽結構破壞激光器的完整性，降低了有效增益區的面積，影響了激光器的光電參數。而且，刻槽結構深入外延層，靠近有源區，產生的缺陷會吸收部分激光，造成激光器性能及可靠性的降低。中國專利文獻CN105811242A公開了周期性金屬接觸增益耦合分布反饋半導體激光器，在半導體激光芯片上制作周期性金屬接觸；可以通過刻蝕、氧化、載流子注入等手段在周期性金屬接觸之間制作側向電流限制區，也可以在芯片端面制作高反膜或減反膜。本專利技術可以獲得波長穩定的半導體激光泵浦光源。但是通過刻蝕、氧化、載流子注入等手段，破壞激光器的完整性，降低了有效增益區的面積，影響了激光器的光電參數。
技術實現思路
針對現有808nm半導體激光器做為泵浦源波長穩定性差的問題，本專利技術提供了一種用于綠光標線儀的808nm半導體激光器結構。本專利技術的技術方案為：一種用于綠光標線儀的808nm半導體激光器結構，包括自下至上依次設置的襯底、下包層、有源區、第一上包層、第二上包層、接觸層、第一金屬電極層，所述第二上包層與所述接觸層構成脊型結構，在所述第一上包層未覆蓋所述第二上包層的部分、所述脊型結構的側面及所述接觸層未覆蓋所述第一金屬電極層的部分分別包覆有介質膜，所述介質膜上方設置所述第一金屬電極層，所述襯底下方設置第二金屬電極層。根據本專利技術優選的，所述有源區的厚度為200～300nm。進一步優選的，所述有源區的厚度為230-270nm。最優選的，所述有源區的厚度為250nm。此處設計的優勢在于，可得到最大的光學限制因子，因而得到最小的閾值電流密度。此處設計的優勢在于，使用此厚度的有源區，可使光場分布在有源區內。有源區厚度如果大于此范圍，光場會隨有源區擴展，量子阱與光場的交疊區變小，導致光學限制因子變小；有源區厚度如果小于此范圍，則對光場限制能力不足，使得光場溢出有源區從而擴展，同樣會使量子阱與光場的交疊區變小，導致光學限制因子變小。根據本專利技術優選的，所述有源區的材料與所述下包層的材料折射率之差大于0.2，所述有源區的材料與第一上包層的材料折射率之差大于0.2。進一步優選的，所述有源區的材料與所述下包層的材料折射率之差為0.25-0.35，所述有源區的材料與第一上包層的材料折射率之差為0.25-0.35。最優選的，所述有源區的材料與所述下包層的材料折射率之差為0.3，所述有源區的材料與第一上包層的材料折射率之差為0.3。此處設計的優勢在于，使用此折射率差的有源區、下包層及第一上包層材料，可使光場分布在有源區內，進一步提高光學限制因子。折射率差如果小于此范圍，光場會向下包層及第一上包層擴展，量子阱與光場的交疊區變小，導致光學限制因子變小；折射率差大于此范圍的材料不易實現匹配生長，對材料生長要求較高，很難實現。根據本專利技術優選的，所述有源區的材料與第一上包層的材料的導帶帶階大于0.2eV。此處設計的優勢在于，防止漏電流的產生。根據本專利技術優選的，所述第一上包層的厚度為100～200nm。進一步優選的，所述第一上包層的厚度為130-170nm。最優選的，所述第一上包層的厚度為150nm。此處設計的優勢在于，防止電流擴展。根據本專利技術優選的，所述脊型結構的條寬為20～40um。此處設計的優勢在于，電流注入區被限制在脊型結構區域內。根據本專利技術優選的，所述半導體激光器結構的腔長為400～600um。所述半導體激光器工作時的激射波長為806～809nm。本專利技術的有益效果為：1、本專利技術選擇合適的有源區厚度、第一上包層的厚度、脊型結構的條寬、半導體激光器結構的腔長、有源區的材料與下包層的材料折射率之差、有源區的材料與第一上包層的材料折射率之差，可以保證半導體激光器在滿足綠光標線儀功率輸出的同時，具有最小的閾值電流。相同功率下的工作電流也會降低。這對于使用電池提供電流的標線儀是非常有益的，既能提高半導體激光器的壽命還能降低電池功耗，增加使用時間。2、本專利技術有源區與第一上包層材料具有較大的導帶帶階，可以防止漏電流的產生，因此，半導體激光器對溫度變化不敏感，提高功率時產生的熱量也不會急劇增加，提高了激光器波長輸出的穩定性。附圖說明圖1為本專利技術的結構示意圖。1、襯底，2、下包層，3、有源區，4、第一上包層，5、第二上包層，6、接觸層，7、介質膜，8、第一金屬電極層，9、第二金屬電極層。具體實施方式下面結合說明書附圖和實施例對本專利技術作進一步限定，但不限于此。實施例1一種用于綠光標線儀的808nm半導體激光器結構，如圖1所示，包括自下至上依次設置的襯底1、下包層2、有源區3、第一上包層4、第二上包層5、接觸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于綠光標線儀的808nm半導體激光器結構，其特征在于，包括自下至上依次設置的襯底、下包層、有源區、第一上包層、第二上包層、接觸層、第一金屬電極層，所述第二上包層與所述接觸層構成脊型結構，在所述第一上包層未覆蓋所述第二上包層的部分、所述脊型結構的側面及所述接觸層未覆蓋所述第一金屬電極層的部分分別包覆有介質膜，所述介質膜上方設置所述第一金屬電極層，所述襯底下方設置第二金屬電極層。

【技術特征摘要】
1.一種用于綠光標線儀的808nm半導體激光器結構，其特征在于，包括自下至上依次設置的襯底、下包層、有源區、第一上包層、第二上包層、接觸層、第一金屬電極層，所述第二上包層與所述接觸層構成脊型結構，在所述第一上包層未覆蓋所述第二上包層的部分、所述脊型結構的側面及所述接觸層未覆蓋所述第一金屬電極層的部分分別包覆有介質膜，所述介質膜上方設置所述第一金屬電極層，所述襯底下方設置第二金屬電極層。2.根據權利要求1所述的一種用于綠光標線儀的808nm半導體激光器結構，其特征在于，所述有源區的厚度為200～300nm。3.根據權利要求1所述的一種用于綠光標線儀的808nm半導體激光器結構，其特征在于，所述有源區的厚度為230-270nm。4.根據權利要求1所述的一種用于綠光標線儀的808nm半導體激光器結構，其特征在于，所述有源區的厚度為250nm。5.根據權利要求1所述的一種用于綠光標線儀的808nm半導體激光器結構，其特征在于，所述有源區的材料與所述下包層的材料折射率之差大于0.2，所述有源區的材料與第一上包層的材料折射率之差大于0.2；進一步優選的，所述有源區的材料與所述下包層...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱振，張新，蘇建，徐現剛，
申請(專利權)人：山東華光光電子股份有限公司，
類型：發明
國別省市：山東;37