具体实施方式

如图1所示，一种半导体激光器包括：衬底3'；设置于衬底3'一侧的外延结构层4'，所述外延结构层4'包括：层叠设置的第一布拉格反射镜层41'、有源层42'和第二布拉格反射镜层43'，所述第一布拉格反射镜层41'设置于所述衬底3'上，所述外延结构层4'设置有贯穿至所述第一布拉格反射镜层41'内部的若干沟槽，以将所述外延结构层分隔为若干台面结构；设置于所述衬底3'远离所述外延结构层4'的一侧表面的第一电极1'，所述第一电极1'可以为锗金镍金结构(Ge/Au/Ni/Au)、金锗镍合金和金(AuGeNi/Au)结构、金锗合金(AuGe)或锗钛铂金(Ge/Ti/Pt/Au)结构；设置于所述台面结构远离所述衬底3'的一侧表面的第二电极5'，所述第二电极5'呈环形。

由于外延结构层4'与衬底3'的晶格失配，导致在衬底3'表面生长外延结构层4'后衬底内部产生第一内应力，第一内应力为压应力；同时，为了使第一布拉格反射镜层41'和第二布拉格反射镜层43'达到足够的反射率，第一布拉格反射镜层41'和第二布拉格反射镜层43'中高折射率层和低折射率层的组数至少要达到20组以上，高折射率层和低折射率层组数的增大会导致衬底内部的第一内应力积累，使得衬底3'发生翘曲，中间区域向上突起，；而在对衬底3'进行减薄处理后，翘曲的程度变得更大，翘曲高度可达几个毫米。翘曲的晶圆在转移、测试和切割过程中容易由于受力不均匀发生破裂，同时，翘曲过大的晶圆镜检过程中对焦困难，需要吸真空以对晶圆进行强制压平，晶圆极易由于受力过大发生开裂破损，这就降低了半导体激光器的良率。

在此基础上，本发明提供一种低翘曲半导体激光器，包括衬底；设置于衬底一侧的外延结构层；设置于所述衬底远离所述外延结构层的一侧表面的防翘曲层。所述低翘曲半导体激光器具有较高的良率。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

参见图2，本实施例提供一种低翘曲半导体激光器，包括：衬底3；设置于衬底3一侧的外延结构层4；设置于所述衬底3远离所述外延结构层4的一侧表面的防翘曲层2。

上述低翘曲半导体激光器中，位于所述外延结构层4的一侧表面的防翘曲层2使衬底3内部产生第二内应力，所述第二内应力能够平衡外延结构层4形成后衬底3内部产生的第一内应力，从而降低所述衬底3的翘曲程度，增大了在转移、测试和切割过程中衬底的各个位置受力的均匀程度，进而降低了破片率，提高了半导体激光器的良率。

具体的，本实施中衬底内部产生第二内应力的原因在于：

(1)防翘曲层2与衬底3的线膨胀系数差别：当在衬底3上沉积防翘曲层2的过程中，衬底所在的腔室内温度较高；当防翘曲层2沉积至所需厚度后，降低腔室温度；由于防翘曲层2的线膨胀系数与衬底3的线膨胀系数存在差别，使得防翘曲层2的体积收缩程度与所述衬底3的体积收缩程度不同，从而使衬底内部产生第二内应力；

(2)防翘曲层2与衬底3的界面失配：防翘曲层2的晶格结构与衬底3的晶格结构不同；因此，当防翘曲层2沉积至所述衬底3远离所述外延结构层4的一侧表面后，衬底内部产生第二内应力。

在本实施例中，所述防翘曲层2的材料为Ti/W合金，所述Ti/W合金中Ti元素的质量百分比为5％-20％，其余为W元素；或者，所述防翘曲层2的材料为Ni/W合金，所述Ni/W合金中Ni元素的质量百分比为5％-20％，其余为W元素。示例性的，所述Ti/W合金中Ti元素的质量百分比可以为5％、7.5％、10％、12.5％、15％、17.5％或20％；所述Ti/W合金中Ti元素的质量百分比可以为5％、7.5％、10％、12.5％、15％、17.5％或20％。通过限定所述Ti/W合金中Ti元素的质量百分比以及Ni/W合金中Ni元素的质量百分比调控第二内应力的大小，以使第二内应力与第一内应力平衡，从而降低所述衬底的翘曲程度。同时，Ti或Ni具有黏附作用，使防翘曲层稳定的黏附在衬底表面。此外，防翘曲层还具有金属屏蔽和隔绝水汽的作用，能够避免所述衬底3背离所述外延结构层4的一侧表面受到水汽侵蚀。

进一步地，所述防翘曲层2的厚度为30nm-450nm。示例性的，所述防翘曲层2的厚度可以为30nm、50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm或450nm。通过限定所述防翘曲层2的厚度为30nm-450nm，限定了所述第二内应力的大小以降低所述衬底的翘曲程度。具体的，当所述防翘曲层2的厚度过小时，则第二内应力过小，无法降低衬底的翘曲程度；当所述防翘曲层2的厚度过大时，则第二内应力过大，则所述衬底具有反向翘曲的风险，并增加了沉积时间，提高了制备成本。

在本实施例中，衬底3的材料可以为砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或氮化镓(GaN)，厚度为80μm-180μm；示例性的，衬底3的厚度可以为80μm、100μm、120μm、160μm或180μm。

在本实施例中，所述外延结构层4包括：层叠设置的第一布拉格反射镜层41、有源层42和第二布拉格反射镜层43，所述第一布拉格反射镜层41位于所述衬底3和有源层42之间；所述外延结构层4设置有贯穿至所述第一布拉格反射镜层41内部的若干沟槽，以将所述外延结构层分隔为若干台面结构。具体的，第一布拉格反射镜层41和第二布拉格反射镜层43均可以为砷化镓/砷化铝(GaAs/AlAs)结构；有源层42包括但不限于铟镓砷/磷砷化镓(InGaAs/GaAsP)、砷化镓/铝砷化镓(GaAs/AlGaAs)、铟镓砷/砷化镓(InGaAs/GaAs)或铟镓砷/铝砷化镓(InGaAs/AlGaAs)周期性多量子阱结构，台面结构的直径为8μm-100μm。

在本实施例中，所述低翘曲半导体激光器还包括设置于所述防翘曲层2远离所述衬底3的一侧表面的第一电极1。在半导体激光器的测试过程中，通过在第一电极1表面涂覆焊料以与连接有测试设备的焊线电学连接。需要理解的是，本实施例中提供的防翘曲层2的材质与焊料的接触力较弱，焊料无法稳定的涂覆在第一电极1表面，从而影响半导体激光器的正常测试，因此需要沉积第一电极1以确保焊料稳定的涂覆在第一电极1表面。通过第一电极1与防翘曲层2的配合设置，使半导体激光器不仅具有较低的翘曲程度，提高了半导体激光器的良率，还保证了半导体激光器的正常测试和使用。

进一步地，第一电极1可以为锗金镍金结构(Ge/Au/Ni/Au)、金锗镍合金和金(AuGeNi/Au)结构、金锗合金(AuGe)、锗钛铂金(Ge/Ti/Pt/Au)结构或钛金(Ti/Au)结构。所述第一电极的厚度为150nm-850nm。示例性的，所述第一电极1的厚度可以为150nm、250nm、350nm、450nm、550nm、650nm、750nm或850nm。

在本实施例中，所述低翘曲半导体激光器还包括设置于所述第二布拉格反射镜层43背向所述衬底3一侧的第二电极5；具体的，第二电极5设置于所述台面结构上，所述第二电极5呈环形，所述低翘曲半导体激光器从所述第二电极5的中心出光，从而得到圆形激光束；第二电极5的外径为5μm-30μm，第二电极5的内径为3μm-27μm，第二电极5可以为钛金合金(Ti/Au)或钛铂金合金(Ti/Pt/Au)。

在本实施例中，所述低翘曲半导体激光器还包括设置于所述有源层42与所述第二布拉格反射镜层43之间的电流限制层，所述电流限制层呈环形且设置于所述台面结构的边缘。所述电流限制层起限制载流子的作用。

参见图3，本实施例还提供了一种低翘曲半导体激光器的制备方法，包括：

S1、提供初始衬底31；

S2、在所述初始衬底31的一侧表面形成外延结构层4；

S3、对所述初始衬底31进行减薄，得到衬底3；

S4、在所述衬底3远离所述外延结构层4的一侧表面形成防翘曲层2。

上述低翘曲半导体激光器的制备方法，通过在所述衬底3远离所述外延结构层的一侧表面形成防翘曲层，使衬底3内部产生第二内应力，所述第二内应力能够平衡外延结构层形成后衬底3内部产生的第一内应力，从而降低所述衬底3的翘曲程度，增大了在转移、测试和切割过程中衬底的各个位置受力的均匀程度，进而降低了破片率，提高了半导体激光器的良率。

下面结合图4-图6对低翘曲半导体激光器的制备方法进行详细的描述。

参见图4，在所述初始衬底31的一侧表面形成外延结构层4。

具体的，在所述初始衬底31的一侧表面形成外延结构层4的步骤包括：采用金属有机化学气相沉积工艺在所述初始衬底31的一侧表面依次形成第一布拉格反射镜层41、有源层42和第二布拉格反射镜层43，其中，与所述有源层42接触的部分层的第一布拉格反射镜层41的铝元素的含量大于98％；在第二布拉格反射镜层43背离所述有源层42的一侧表面沉积第二金属层，随后采用光刻工艺结合金属剥离工艺对所述第二金属层进行处理，以得到第二电极5；形成覆盖所述第二电极5的上表面以及第二布拉格反射镜层43的介质层，并采用光刻工艺结合干法刻蚀工艺对所述介质层进行刻蚀，得到掩膜层；以所述掩膜层为掩膜，刻蚀第一布拉格反射镜层41、有源层42和第二布拉格反射镜层43，得到若干沟槽，所述沟槽贯穿至所述第一布拉格反射镜层41内部，以将所述外延结构层分隔为若干台面结构；对所述台面结构进行稀酸或稀碱处理，随后对所述台面结构进行湿法氧化，以得到电流限制层。

具体的，所述初始衬底31的厚度为300μm-700μm，示例性的，所述初始衬底31的厚度可以为300μm、325μm、350μm、375μm、600μm、625μm、650μm、675μm或700μm。介质层的材料可以为氮化硅，介质层的厚度为100nm-1000nm。示例性的，介质层的厚度可以为100nm、200nm、300nm、500nm、800nm、900nm或1000nm。所述稀酸可以为HCl，所述稀碱可以为NH₄OH。在湿法氧化过程中，铝元素含量较高的第一布拉格反射镜层41从边缘处向内部发生氧化，从而形成电流限制层。

在得到电流限制层之后，还包括：在半导体激光器的正面沉积钝化层；随后通过光刻工艺暴露第二电极5；随后在半导体激光器的正面沉积第二金属层；随后通过光刻工艺得到金属互联图形；随后通过腐蚀所述第二金属层得到金属互联结构。

具体的，钝化层的材料可以为氮化硅，钝化层的厚度为100nm-1000nm。示例性的，钝化层的厚度可以为100nm、200nm、300nm、500nm、800nm、900nm或1000nm。所述第二金属层的材料为TiAu合金，所需的腐蚀液包括金腐蚀液和钛腐蚀液。

在得到金属互联结构之后，还包括：在半导体激光器的正面通过光刻工艺得到电镀图形；随后通过电镀工艺在电镀图形内电镀金属。具体的，电镀形成的金属图案的材料为金(Au)，厚度为1μm-8μm。

参见图5，对所述初始衬底31进行减薄，得到衬底3。

具体的，对所述初始衬底31进行减薄的步骤包括：提供硬质基板(图中未示出)，所述硬质基板的厚度为0.3mm-1mm；通过键合工艺将半导体激光器的正面键合在硬质基板上；采用化学机械抛光工艺对所述初始衬底31进行减薄，至所述初始衬底31的厚度为80μm-180μm，得到所述衬底3。所述硬质基板的材料可以为蓝宝石衬底。

参见图5，在所述衬底3远离所述外延结构层4的一侧表面形成防翘曲层2。

具体的，采用磁控溅射工艺在所述衬底3远离所述外延结构层4的一侧表面形成防翘曲层2。

参见图6，在形成所述防翘曲层2后，在所述防翘曲层2背离所述衬底3的一侧表面形成第一电极1。

在形成第一电极1之后，将硬质基板与半导体激光器的正面分离。

实施例2

本实施例提供一种低翘曲半导体激光器，其与实施例1提供的低翘曲半导体激光器的区别在于：所述防翘曲层包括相互接触的钛层和钨层，且所述钛层位于所述衬底与所述钨层之间；所述钛层的厚度为15nm-100nm，所述钨层的厚度为30nm-450nm。

实施例3

本实施例提供一种低翘曲半导体激光器，其与实施例1提供的低翘曲半导体激光器的区别在于：所述防翘曲层包括相互接触的镍层和钨层，且所述镍层位于所述衬底与所述钨层之间；所述镍层的厚度为15nm-100nm，所述钨层的厚度为30nm-450nm。

实施例4

本实施例提供一种低翘曲半导体激光器，包括：

衬底，衬底为砷化镓衬底，厚度为100μm；

设置于衬底一侧的外延结构层，外延结构层包括：层叠设置的第一布拉格反射镜层、有源层和第二布拉格反射镜层，所述第一布拉格反射镜层位于所述衬底和有源层之间；所述外延结构层设置有贯穿至所述第一布拉格反射镜层内部的若干沟槽，以将所述外延结构层分隔为若干台面结构；第一布拉格反射镜层和第二布拉格反射镜层均为砷化镓/砷化铝(GaAs/AlAs)结构，有源层为砷化镓/铝砷化镓(GaAs/AlGaAs)，所述外延结构层的厚度为2μm；

设置于所述衬底远离所述外延结构层的一侧表面的防翘曲层，所述防翘曲层的材料为Ti/W合金，Ti/W合金中Ti元素的质量百分比为5％，所述防翘曲层的厚度为30nm。

设置于所述防翘曲层远离所述衬底的一侧表面的第一电极，第一电极为金锗镍合金(Au/Ge/Ni)，第一电极的厚度为150nm；

设置于台面结构上的第二电极，第二电极的材质为钛金合金，第二电极5的内径为10μm，所述第二电极的外径为20μm，第二电极的厚度为150nm。

实施例5

本实施例提供一种低翘曲半导体激光器，其与实施例4提供的低翘曲半导体激光器的区别仅在于：Ti/W合金中Ti元素的质量百分比为20％。

实施例6

本实施例提供一种低翘曲半导体激光器，其与实施例4提供的低翘曲半导体激光器的区别仅在于：所述防翘曲层的厚度为450nm。

实施例7

本实施例提供一种低翘曲半导体激光器，其与实施例4提供的低翘曲半导体激光器的区别仅在于：所述防翘曲层的材料为Ni/W合金，Ni/W合金中Ni元素的质量百分比为5％。

实施例8

本实施例提供一种低翘曲半导体激光器，其与实施例4提供的低翘曲半导体激光器的区别仅在于：所述防翘曲层包括相互接触的钛层和钨层，且所述钛层位于所述衬底与所述钨层之间；所述钛层的厚度为50nm，所述钨层的厚度为200nm。

实施例9

本实施例提供一种低翘曲半导体激光器，其与实施例4提供的低翘曲半导体激光器的区别仅在于：所述防翘曲层包括相互接触的钛层和钨层，且所述钛层位于所述衬底与所述钨层之间；所述钛层的厚度为15nm，所述钨层的厚度为450nm。

实施例10

本实施例提供一种低翘曲半导体激光器，其与实施例4提供的低翘曲半导体激光器的区别仅在于：所述防翘曲层包括相互接触的钛层和钨层，且所述钛层位于所述衬底与所述钨层之间；所述钛层的厚度为100nm，所述钨层的厚度为30nm。

实施例11

本实施例提供一种低翘曲半导体激光器，其与实施例6提供的低翘曲半导体激光器的区别仅在于：所述防翘曲层包括相互接触的镍层和钨层，且所述镍层位于所述衬底与所述钨层之间；所述镍层的厚度为50nm，所述钨层的厚度为200nm。

对比例1

本对比例提供一种半导体激光器，其与实施例4提供的低翘曲半导体激光器的区别仅在于：本对比例中的半导体激光器不设置防翘曲层。

试验例

对比实施例4-实施例11和对比例1的翘曲程度。翘曲程度由小至大依次为：实施例8、实施例11、实施例5、实施例4、实施例7、实施例6、实施例9、实施例10、对比例1。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。