一種超短腔半導體雷射器及其製備方法
2023-05-06 23:18:46 2
專利名稱：一種超短腔半導體雷射器及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體雷射器，更具體說是一種超短腔半導體雷射器及其製備方法。
背景技術：
單模半導體雷射器具有模式好、閾值低、穩定性好、壽命長、調製速率高、集成度高、發散角小、耦合效率高等諸多優點，是光碟儲存、雷射列印、光纖通信、傳感、測量等光電子新技術的關鍵器件。目前的單模雷射器，是通過工藝做成平麵條形結構，實現作用區的橫向和側向折射率引導，其弊端是製作工藝很難獲得有較高重複性的工藝結果，成品率極低，從而導致產品的價格昂貴，分析其原因，是因為在正常的解理工藝下，由於受半導體晶片的厚度與寬度比例的限制，導致單模半導體雷射器的腔長很長、普遍不能小於250μm，在這種情況下，半導體雷射器必須通過工藝做成平麵條形結構才能實現單模工作。因此，急需要研發一種新型的超短腔半導體雷射器來替代腔長長的半導體雷射器。
發明內容
本發明的第一個目的是提供一種腔長小於100μm的超短腔半導體雷射器。
本發明的第二個目的是提供這種超短腔半導體雷射器的製備方法。
為了實現第一個目的，所提供的超短腔半導體雷射器，包括N型(100)磷化銦襯底，在N型(100)磷化銦襯底頂面上生長有N型層、在N型層上生長有量子阱結構層、在量子阱結構層上生長有P型限制層，在P型限制層上生長有P型歐姆接觸層，在P型歐姆接觸層上鍍有P型電極金屬膜，在N型(100)磷化銦襯底底面上鍍有N型電極金屬膜，其結構特點是N型層包含有依次生長的N型磷化銦下過渡層、N型選擇性腐蝕犧牲層、N型磷化銦上過渡層和N型磷化銦限制層。
上述的N型磷化銦下過渡層的厚度為0.5μm-1.5μm，N型選擇性腐蝕犧牲層的厚度為0.5μm-2.5μm，N型磷化銦上過渡層的厚度為0.5μm-1.5μm，N型磷化銦限制層的厚度為0.2μm-2.0μm。
上述的N型選擇性腐蝕犧牲層選用銦鋁鎵砷或銦鎵砷磷，也可以選用其它的半導體材料。
所提供的超短腔半導體雷射器的其中一種製備方法，腔體的兩端都使用微解理工藝，依次包括以下的步驟A、用MOCVD系統依次在N型(100)磷化銦襯底頂面上生長N型磷化銦下過渡層、N型選擇性腐蝕犧牲層、N型磷化銦上過渡層、N型磷化銦限制層、量子阱結構層、P型限制層、P型歐姆接觸層，在P型歐姆接觸層上鍍有P型電極金屬膜；B、在P型電極金屬膜表面上，用溼法腐蝕法製備兩個微解理用的「V」形槽，該兩個「V」形槽的深度為0.5μm-1.5μm，該兩個「V」形槽的間距控制腔體的長度；C、在A步驟製備的晶片上，用幹法腐蝕法腐蝕外延的左右兩端部位，腐蝕停留在N型選擇性腐蝕犧牲層到N型(100)磷化銦襯底的範圍內；D、用溼法腐蝕法在N型選擇性腐蝕犧牲層中產生橫向的孔隙；
E、用工具在兩個「V」形槽位置進行微解理；F、對N型(100)磷化銦襯底的底面減薄；G、在減薄的N型(100)磷化銦襯底底面上鍍N型電極金屬膜；H、對其中的一個微解理面進行高透射膜鍍膜工藝、對另一個微解理面進行高反射膜鍍膜工藝；I、完成劃片工藝，得到單個器件。
所提供的超短腔半導體雷射器的另一種製備方法，腔體的一端使用微解理工藝、另一端使用普通的解理方法，依次包括以下的步驟A、用MOCVD系統依次在N型(100)磷化銦襯底頂面上生長N型磷化銦下過渡層、N型選擇性腐蝕犧牲層、N型磷化銦上過渡層、N型磷化銦限制層、量子阱結構層、P型限制層、P型歐姆接觸層，在P型歐姆接觸層上鍍有P型電極金屬膜；B、在P型電極金屬膜表面靠近使用微解理工藝的一端部位，用溼法腐蝕法製備一個微解理用的「V」形槽，該「V」形槽的深度為0.5μm-1.5μm，該「V」形槽與另一端使用普通解理方法的解理面之間的間距控制腔體的長度；C、在A步驟製備的晶片上，用幹法腐蝕法腐蝕外延的左右兩端部位，腐蝕停留在N型選擇性腐蝕犧牲層到N型(100)磷化銦襯底的範圍內；D、用溼法腐蝕法在N型選擇性腐蝕犧牲層中產生橫向的孔隙；E、用工具在「V」形槽位置進行微解理，在另一端進行普通的解理；F、對N型(100)磷化銦襯底的底面減薄；G、在減薄的N型(100)磷化銦襯底底面上鍍N型電極金屬膜；H、對微解理面進行高反射膜鍍膜工藝，對普通的解理面進行高透射膜鍍膜工藝；工、完成劃片工藝，得到單個器件。
用本發明所提供的工藝步驟來製備腔長小於100μm的超短腔半導體雷射器，是採用了MOCVD系統生產一層選擇性腐蝕犧牲層，其微解理的工藝方法是採用傳統的晶片工藝、設備系統和微解理工具，工藝過程簡易，重複性高，穩定性好，成品率高達80％以上。
本發明的實施例結合附圖加以說明，其中圖1是腔長小於100μm的超短腔半導體雷射器各層的結構示意圖；圖2是第一種微解理工藝的側視圖；圖3是第一種微解理工藝的俯視圖；圖4是第二種微解理工藝的側視圖；圖5是第二種微解理工藝的俯視圖。
圖中1為N型(100)磷化銦襯底，2為N型層，其中的2-1是N型磷化銦下過渡層、2-2是N型選擇性腐蝕犧牲層、2-3是N型磷化銦上過渡層、2-4是N型磷化銦限制層，3為量子阱結構層，4為P型限制層，5為P型歐姆接觸層，6為P型電極金屬膜，7為N型電極金屬膜，8和9為V形槽。
具體實施例方式
例1參照圖2和圖3腔體的兩端都使用微解理工藝，依次包括以下的步驟A、用MOCVD系統依次在N型(100)磷化銦襯底1頂面上生長N型磷化銦下過渡層2-1、N型選擇性腐蝕犧牲層2-2、N型磷化銦上過渡層2-3、N型磷化銦限制層2-4、量子阱結構層3、P型限制層4、P型歐姆接觸層5，在P型歐姆接觸層5上鍍有P型電極金屬膜6，N型選擇性腐蝕犧牲層2-2選用銦鋁鎵砷，量子阱結構層3選用銦鎵砷磷，P型限制層4選用磷化銦，P型歐姆接觸層5選用銦鎵砷磷；B、在P型電極金屬膜6表面上，用溼法腐蝕法製備兩個微解理用的「V」形槽8，該兩個「V」形槽8的深度為0.5μm-1.5μm，該兩個「V」形槽8的間距控制腔體的長度；C、在A步驟製備的晶片上，用幹法腐蝕法腐蝕外延的左右兩端部位，腐蝕停留在N型選擇性腐蝕犧牲層2-2到N型(100)磷化銦襯底1的範圍內；D、用溼法腐蝕法在N型選擇性腐蝕犧牲層2-2中產生橫向的孔隙；E、用工具在兩個「V」形槽8位置進行微解理；F、對N型(100)磷化銦襯底1的底面減薄；G、在減薄的N型(100)磷化銦襯底1底面上鍍N型電極金屬膜7；H、對其中的一個微解理面進行高透射膜鍍膜工藝、對另一個微解理面進行高反射膜鍍膜工藝；I、完成劃片工藝，得到單個器件。
例2參照圖4和圖5腔體的一端使用微解理工藝、另一端使用普通的解理方法，依次包括以下的步驟A、用MOCVD系統依次在N型(100)磷化銦襯底1頂面上生長N型磷化銦下過渡層2-1、N型選擇性腐蝕犧牲層2-2、N型磷化銦上過渡層2-3、N型磷化銦限制層2-4、量子阱結構層3、P型限制層4、P型歐姆接觸層5，在P型歐姆接觸層5上鍍有P型電極金屬膜6，N型選擇性腐蝕犧牲層2-2選用銦鎵砷磷，量子阱結構層3選用銦鋁鎵砷，P型限制層4選用磷化銦，P型歐姆接觸層5選用銦鋁砷；B、在P型電極金屬膜6表面靠近使用微解理工藝的一端部位，用溼法腐蝕法製備一個微解理用的「V」形槽9，該「V」形槽9的深度為0.5μm-1.5μm，該「V」形槽9與另一端使用普通解理方法的解理面之間的間距控制腔體的長度；C、在A步驟製備的晶片上，用幹法腐蝕法腐蝕外延的左右兩端部位，腐蝕停留在N型選擇性腐蝕犧牲層2-2到N型(100)磷化銦襯底1的範圍內；D、用溼法腐蝕法在N型選擇性腐蝕犧牲層2-2中產生橫向的孔隙；E、用工具在「V」形槽9位置進行微解理，在另一端進行普通的解理；F、對N型(100)磷化銦襯底1的底面減薄；G、在減薄的N型(100)磷化銦襯底1底面上鍍N型電極金屬膜7；H、對微解理面進行高反射膜鍍膜工藝，對普通的解理面進行高透射膜鍍膜工藝；I、完成劃片工藝，得到單個器件。
權利要求
1.一種超短腔半導體雷射器，包括N型(100)磷化銦襯底(1)，在N型(100)磷化銦襯底(1)頂面上生長有N型層(2)、在N型層(2)上生長有量子阱結構層(3)、在量子阱結構層(3)上生長有P型限制層(4)，在P型限制層(4)上生長有P型歐姆接觸層(5)，在P型歐姆接觸層(5)上鍍有P型電極金屬膜(6)，在N型(100)磷化銦襯底(1)底面上鍍有N型電極金屬膜(7)，其特徵是N型層(2)包含有依次生長的N型磷化銦下過渡層(2-1)、N型選擇性腐蝕犧牲層(2-2)、N型磷化銦上過渡層(2-3)和N型磷化銦限制層(2-4)。
2.根據權利要求1所述的超短腔半導體雷射器，其特徵是N型磷化銦下過渡層(2-1)的厚度為0.5μm-1.5μm，N型選擇性腐蝕犧牲層(2-2)的厚度為0.5μm-2.5μm，N型磷化銦上過渡層(2-3)的厚度為0.5μm-1.5μm，N型磷化銦限制層(2-4)的厚度為0.2μm-2.0μm。
3.根據權利要求1或2所述的超短腔半導體雷射器，其特徵是N型選擇性腐蝕犧牲層(2-2)選用銦鋁鎵砷或銦鎵砷磷。
4.根據權利要求1所述的超短腔半導體雷射器的製備方法，其特徵是腔體的兩端都使用微解理工藝，依次包括以下的步驟A、用MOCVD系統依次在N型(100)磷化銦襯底(1)頂面上生長N型磷化銦下過渡層(2-1)、N型選擇性腐蝕犧牲層(2-2)、N型磷化銦上過渡層(2-3)、N型磷化銦限制層(2-4)、量子阱結構層(3)、P型限制層(4)、P型歐姆接觸層(5)，在P型歐姆接觸層(5)上鍍有P型電極金屬膜(6)；B、在P型電極金屬膜(6)表面上，用溼法腐蝕法製備兩個微解理用的「V」形槽(8)，該兩個「V」形槽(8)的深度為0.5μm-1.5μm，該兩個「V」形槽(8)的間距控制腔體的長度；C、在A步驟製備的晶片上，用幹法腐蝕法腐蝕外延的左右兩端部位，腐蝕停留在N型選擇性腐蝕犧牲層(2-2)到N型(100)磷化銦襯底(1)的範圍內；D、用溼法腐蝕法在N型選擇性腐蝕犧牲層(2-2)中產生橫向的孔隙；E、用工具在兩個「V」形槽(8)位置進行微解理；F、對N型(100)磷化銦襯底(1)的底面減薄；G、在減薄的N型(100)磷化銦襯底(1)底面上鍍N型電極金屬膜(7)；H、對其中的一個微解理面進行高透射膜鍍膜工藝、對另一個微解理面進行高反射膜鍍膜工藝；I、完成劃片工藝，得到單個器件。
5.根據權利要求1所述的超短腔半導體雷射器的製備方法，其特徵是腔體的一端使用微解理工藝、另一端使用普通的解理方法，依次包括以下的步驟A、用MOCVD系統依次在N型(100)磷化銦襯底(1)頂面上生長N型磷化銦下過渡層(2-1)、N型選擇性腐蝕犧牲層(2-2)、N型磷化銦上過渡層(2-3)、N型磷化銦限制層(2-4)、量子阱結構層(3)、P型限制層(4)、P型歐姆接觸層(5)，在P型歐姆接觸層(5)上鍍有P型電極金屬膜(6)；B、在P型電極金屬膜(6)表面靠近使用微解理工藝的一端部位，用溼法腐蝕法製備一個微解理用的「V」形槽(9)，該「V」形槽(9)的深度為0.5μm-1.5μm，該「V」形槽(9)與另一端使用普通解理方法的解理面之間的間距控制腔體的長度；C、在A步驟製備的晶片上，用幹法腐蝕法腐蝕外延的左右兩端部位，腐蝕停留在N型選擇性腐蝕犧牲層(2-2)到N型(100)磷化銦襯底(1)的範圍內；D、用溼法腐蝕法在N型選擇性腐蝕犧牲層(2-2)中產生橫向的孔隙；E、用工具在「V」形槽(9)位置進行微解理，在另一端進行普通的解理；F、對N型(100)磷化銦襯底(1)的底面減薄；G、在減薄的N型(100)磷化銦襯底(1)底面上鍍N型電極金屬膜(7)；H、對微解理面進行高反射膜鍍膜工藝，對普通的解理面進行高透射膜鍍膜工藝；I、完成劃片工藝，得到單個器件。
全文摘要
一種超短腔半導體雷射器，包括用MOCVD系統依次在N型(100)磷化銦襯底頂面上生長N型磷化銦下過渡層、N型選擇性腐蝕犧牲層、N型磷化銦上過渡層、N型磷化銦限制層、量子阱結構層、P型限制層、P型歐姆接觸層，在P型歐姆接觸層上鍍有P型電極金屬膜，採用微解理工藝製得，工藝過程簡易，重複性高，穩定性好，成品率高達80％以上。
文檔編號H01S5/34GK1862897SQ20061004419
公開日2006年11月15日 申請日期2006年5月18日 優先權日2006年5月18日
發明者蔣偉, 劉凱, 張彥偉, 孫夕慶 申請人:中微光電子(濰坊)有限公司