同時降低發散角和閾值電流的雷射器的製備方法
2023-05-10 23:56:26 2
同時降低發散角和閾值電流的雷射器的製備方法
【專利摘要】一種同時降低發散角和閾值電流的雷射器的製備方法，包括以下步驟：步驟1：在砷化鎵襯底上依次製作n型限制層、n型低折射率插入層、n型波導層、量子阱有源區、p型波導層、p型低折射率插入層、p型限制層和p型接觸層；步驟2：將P型接觸層和P型限制層溼法腐蝕或幹法刻蝕成脊型；步驟3：在刻蝕成脊型上生長一層氧化模，並採用光刻的方法在p型接觸層的上表面製作p型歐姆電極；步驟4：將砷化鎵襯底減薄、清洗，並在砷化鎵襯底的背面製作n型歐姆電極，形成雷射器；步驟5：進行解理，在雷射器的腔面鍍膜，最後封裝在管殼上，完成製備。本發明可以提高雷射器激射的單模特性，提高光束質量。
【專利說明】同時降低發散角和閾值電流的雷射器的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及到半導體光電子器件【技術領域】，特別是一種同時降低發散角和閾值電流的雷射器的製備方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體光電子器件的迅速發展，大功率半導體雷射器應運而生。由於半導體雷射器體積小、價格便宜、電光轉換效率高以及壽命長等優點，半導體雷射器在光電子領域有著非常廣泛的應用。半導體雷射器在工業加工領域、醫學治療領域、軍事領域以及理論研究領域都扮演著重要的角色。目前為止，與其它半導體II1-V族材料相比，對砷化鎵材料的研究是最成熟的。因而，人們對砷化鎵雷射器的性能要求也是最高的，這表現在砷化鎵雷射器可以有很低的閾值電流、很低的垂直發散角、較高的電光轉換效率等等其它半導體雷射器不可比擬的優點。
[0003]砷化鎵雷射器材料層主要分為三部分:單量子阱或多量子阱形成的有源區、有源區一側為有源區提供電子的N區、有源區另一側為有源區提供空穴的P區。通過施加外加偏壓驅動電子和空穴在垂直於結平面的方向上注入到有源區進行複合並產生光。通過側面兩端的理解鏡面形成反饋腔，使得電子空穴複合產生的光在腔內不斷諧振並且形成波前平行於鏡面的駐波。如果有源區內的光增益超過了雷射器結構裡的光損耗，就會產生放大的受激輻射，雷射便會從鏡面端面發射出來。
[0004]另外，砷化鎵雷射器還被應用在光學耦合系統和頻率變換系統，這些應用都要求雷射器光斑儘可能是圓形光斑，即要求雷射器的垂直發散角儘量小。為了降低雷射器的垂直發散角提高光束質量，傳統的做法是在波導層和覆蓋層之間引入一層或幾層折射率較小的插入層。雖然這種做法能改善光束質量，但是較小的垂直發散角，意味著較低的光學限制因子，這導致雷射器高的閾值電流密度。為減緩閾值電流與垂直發散角的矛盾問題，本發明對傳統的低折射率插入層進行了改進，並得到了較低的閾值電流和發散角。
[0005]本發明是在波導層和限制層之間引入非對稱摻雜的低折射率層。低折射率層的引入是在量子阱有源區附近引入反波導作用，這與有源區和波導層共同作用調節光場在雷射器中的分布，進而改變有源區的光學限制因子，最終影響雷射器的閾值電流和垂直發散角。非對稱的引入是為了把有源區的位置向η型區域靠近，儘量讓光場偏離P型區域，從而降低雷射器總的光學損耗。插入層摻雜是為了提高高階模的閾值，從而插入層摻雜是為了提高聞階1旲的閾值，從而可以提聞雷射器激射的單1旲特性，提聞光束質量。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於,提出一種同時降低發散角和閾值電流的雷射器的製備方法，該方法可以提高雷射器激射的單模特性，提高光束質量。
[0007]本發明提供一種同時降低發散角和閾值電流的雷射器的製備方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1:在砷化鎵襯底上依次製作η型限制層、η型低折射率插入層、η型波導層、量子阱有源區、P型波導層、P型低折射率插入層、P型限制層和P型接觸層；
[0009]步驟2:將P型接觸層和P型限制層溼法腐蝕或幹法刻蝕成脊型；
[0010]步驟3:在刻蝕成脊型上生長一層氧化模，並採用光刻的方法在P型接觸層的上表面製作P型歐姆電極；
[0011]步驟4:將砷化鎵襯底減薄、清洗，並在砷化鎵襯底的背面製作η型歐姆電極，形成雷射器；
[0012]步驟5:進行解理，在雷射器的腔面鍍膜，最後封裝在管殼上，完成製備。
[0013]本發明的有益效果是，與傳統方法相比，在降低垂直發散角的同時減少了閾值電流。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]為了進一步說明本發明的內容，以下結合實例及附圖詳細說明如後，其中:
[0015]圖1是本發明的一種同時降低發散角和閾值電流的雷射器結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]請參閱圖1所示，本發明提供一種同時降低發散角和閾值電流的雷射器的製備方法，包括以下步驟:
[0017]步驟1:在砷化鎵襯底10上依次製作η型限制層11、η型低折射率插入層12、η型波導層13、量子阱有源區14、ρ型波導層15、ρ型低折射率插入層16、ρ型限制層17和ρ型接觸層18 ；
[0018]步驟2:將P型接觸層18和P型限制層17溼法腐蝕或幹法刻蝕成脊型。溼法腐蝕操作比較簡單，當腐蝕深度不是很深時可以採用，但是容易造成鑽蝕，對器件的影響比較大。如果腐蝕深度很深，最好採用ICP等幹法腐蝕。
[0019]步驟3:在刻蝕成脊型上生長一層氧化模，並採用光刻的方法在P型接觸層18的上表面製作P型歐姆電極19。首先，利用PECVD澱積的S12薄膜與原GaAs表面粘附特性較好及S12薄膜良好的電絕緣特性，與光刻工藝有效配合，可將S12層覆蓋在除引線孔以外的所有上表面上。其次，用腐蝕液腐蝕氧化矽。該腐蝕液是由氫氟酸:氟化銨:去離子水=3ml: 6g: 1ml配比而成。最後,?賤射Ti/Pt/Au做正面電極,?賤射T1-Au時襯底要保持足夠高的溫度(80度)，使得表面吸附的水分及其無用物質揮發乾淨，形成完全潔淨的表面，保證濺射時的金屬層，能夠牢固的粘附在片子表面。濺射時要保證足夠高的真空度，使濺射時的金屬原子，氬離子在加速場運動時有足夠的自由程，使之能夠有力的打到靶上，和金屬原子有力的打到片子上，形成牢固的金屬膜，同時防止金屬及表面氧化。
[0020]步驟4:將砷化鎵襯底10減薄、清洗，並在砷化鎵襯底10的背面製作η型歐姆電極20，形成雷射器。拋光後厚度一定要控制在80-100um之間，太厚不易解理，管芯易碎，易破壞腔面；太薄了使片子損傷層接近結構區造成損傷，影響器件壽命。大於10um不易解理，解理時破壞腔面。磨拋過程中要保證不要碎片。粘片，起片時一定要充分熔化蠟。磨拋片子清洗時，加熱溫度不易過高，否則易碎片。
[0021]步驟5:進行解理，在雷射器的腔面鍍膜，最後封裝在管殼上，完成製備。在雷射器的腔面鍍上增透膜和增反膜，可以減少雷射器閾值電流，和峰值半寬。增強雷射器的選模能力。
[0022]其中砷化鎵襯底10的厚度為500-1000 μ m。
[0023]其中η型低折射率插入層12的材料為η型鋁鎵砷或銦鎵砷材料，厚度為0.1-0.6 μ m，η型鋁鎵砷中的鋁組分為0.7_1，銦鎵砷材料中的銦組分為0.1-0.3，其帶隙寬度高於η型波導層13的帶隙寬度。
[0024]其中η型波導層13的材料為不摻雜或輕摻雜的砷化鎵或者銦鎵砷材料，厚度為0.2-2 μ m。
[0025]其中量子阱有源區的14量子阱個數為1-5個，每一量子阱的材料為砷化鎵材料、鎵砷磷材料以及銦鎵砷材料，每一量子阱的厚度為Ι-lOnm，量子壘材料分別對應為鋁鎵砷、銦鎵磷以及鎵砷磷材料。
[0026]其中ρ型波導層15的材料為不摻雜或輕摻雜的砷化鎵或者銦鎵砷材料，厚度為0.2-2 μ m。
[0027]其中ρ型低折射率插入層16的材料為P型鋁鎵砷或銦鎵砷材料，厚度為0.1-0.6 μ m，p型鋁鎵砷中的鋁組分為0.7-1，中的銦組分為0.1-0.3，其帶隙寬度高於ρ型波導層15的帶隙寬度。
[0028]其中脊型刻蝕的深度到達ρ型限制層17內。
[0029]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種同時降低發散角和閾值電流的雷射器的製備方法，包括以下步驟: 步驟1:在砷化鎵襯底上依次製作η型限制層、η型低折射率插入層、η型波導層、量子阱有源區、P型波導層、P型低折射率插入層、P型限制層和P型接觸層； 步驟2:將P型接觸層和P型限制層溼法腐蝕或幹法刻蝕成脊型； 步驟3:在刻蝕成脊型上生長一層氧化模，並採用光刻的方法在P型接觸層的上表面製作P型歐姆電極； 步驟4:將砷化鎵襯底減薄、清洗，並在砷化鎵襯底的背面製作η型歐姆電極，形成雷射器； 步驟5:進行解理，在雷射器的腔面鍍膜，最後封裝在管殼上，完成製備。
2.根據權利要求1所述的同時降低發散角和閾值電流的雷射器的製備方法，其中砷化鎵襯底的厚度為500-1000 μ m。
3.根據權利要求1所述的同時降低發散角和閾值電流的雷射器的製備方法，其中η型低折射率插入層的材料為η型鋁鎵砷或銦鎵砷材料，厚度為0.1-0.6 μ m，η型鋁鎵砷中的鋁組分為0.7-1，銦鎵砷材料中的銦組分為0.1-0.3，其帶隙寬度高於η型波導層的帶隙寬度。
4.根據權利要求1所述的同時降低發散角和閾值電流的雷射器的製備方法，其中η型波導層的材料為不摻雜或輕摻雜的砷化鎵或者銦鎵砷材料，厚度為0.2-2 μ m。
5.根據權利要求1所述的同時降低發散角和閾值電流的雷射器的製備方法，其中量子阱有源區的量子阱個數為1-5個，每一量子阱的材料為砷化鎵材料、鎵砷磷材料以及銦鎵砷材料，每一量子阱的厚度為Ι-lOnm，量子壘材料分別對應為鋁鎵砷、銦鎵磷以及鎵砷磷材料。
6.根據權利要求1所述的同時降低發散角和閾值電流的雷射器的製備方法，其中P型波導層的材料為不摻雜或輕摻雜的砷化鎵或者銦鎵砷材料，厚度為0.2-2 μ m。
7.根據權利要求1所述的同時降低發散角和閾值電流的雷射器的製備方法，其中P型低折射率插入層的材料為P型鋁鎵砷或銦鎵砷材料，厚度為0.1-0.6 μ m，P型鋁鎵砷中的鋁組分為0.7-1，中的銦組分為0.1-0.3，其帶隙寬度高於P型波導層的帶隙寬度。
8.根據權利要求1所述的同時降低發散角和閾值電流的雷射器的製備方法，其中脊型刻蝕的深度到達P型限制層17內。
【文檔編號】H01S5/343GK104300365SQ201410563124
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月21日 優先權日:2014年10月21日
【發明者】李翔, 趙德剛, 江德生, 劉宗順, 陳平, 朱建軍 申請人:中國科學院半導體研究所