CN102148478A - 980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法 - Google Patents

980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102148478A
CN102148478A CN2011100518375A CN201110051837A CN102148478A CN 102148478 A CN102148478 A CN 102148478A CN 2011100518375 A CN2011100518375 A CN 2011100518375A CN 201110051837 A CN201110051837 A CN 201110051837A CN 102148478 A CN102148478 A CN 102148478A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
preparation
type
semiconductor laser
etching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011100518375A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102148478B (zh
Inventor
高卓
王俊
李全宁
马骁宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN 201110051837 priority Critical patent/CN102148478B/zh
Publication of CN102148478A publication Critical patent/CN102148478A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102148478B publication Critical patent/CN102148478B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明提供一种980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法，包括如下步骤：步骤1：取一镓砷衬底；步骤2：在镓砷衬底上依次制备N型铝镓砷下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、第一P型上限制层、刻蚀截至层、第二P型上限制层和P型帽层；步骤3：采用光刻技术，在P型帽层的表面制备出刻蚀的掩膜图形；步骤4：在P型帽层上向下刻蚀，形成脊形波导结构，同时在脊形波导结构上面的一侧沿纵向刻蚀形成多个非周期分布的刻槽结构，刻蚀深度到达刻蚀截至层的表面，完成器件的制备。

Description

980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体激光器领域，特别针对于实现980nm动态单模波长稳定的分立模式半导体激光器(DMLD)的制备方法。
背景技术
980nm半导体激光器在作为固体激光器的泵浦源以及在光纤激光器、传感、医疗等领域得到日益广泛地需求和应用，然而随着温度和工作电流的不断提高，半导体激光器的中心波长发生漂移，这对于具有较小吸收带宽的泵浦应用来说是一个很大的障碍。因而确保在整个工作范围内稳定、有效地泵浦具有较窄吸收带宽的固体激光器，改善半导体激光器的光谱纯度及波长稳定等光谱特性就显得尤为迫切和至关重要。
通常实现单模波长稳定的方法包括有：DFB和DBR、VCSEL以及外腔反馈等方法，但由于DFB结构对于光刻精度要求高、制造工艺复杂且需二次以上外延，而VCSEL结构的波长对于外延生长厚度高度敏感，同时利用外置光栅的光反馈来实现波长锁定的方法对于准直光束高度敏感，稳定性差。
发明内容
相较于常规方法而言，本发明的目的在于提供一种制备工艺更简单、成本更低，在可靠性、成品率等方面优于其它同类功能的单模激光器、且能获得窄带宽、高的边模抑制比、波长稳定特性更优异的新型半导体激光器的制作方法。
本发明提供一种980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：取一镓砷衬底；
步骤2：在镓砷衬底上依次制备N型铝镓砷下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、第一P型上限制层、刻蚀截至层、第二P型上限制层和P型帽层；
步骤3：采用光刻技术，在P型帽层的表面制备出刻蚀的掩膜图形；
步骤4：在P型帽层上向下刻蚀，形成脊形波导结构，同时在脊形波导结构上面的一侧沿纵向刻蚀形成多个非周期分布的刻槽结构，刻蚀深度到达刻蚀截至层的表面，完成器件的制备。
其中下波导层为非掺杂的铝镓砷材料，其组份比例为A0.2Ga0.8As。
其中量子阱层为非掺杂的铝镓铟砷材料。
其中上波导层为非掺杂的铝镓砷材料，其组份比例为A0.2Ga0.8As。
其中第一P型上限制层为高掺杂的铝镓砷材料，其组份比例为A0.4Ga0.6As，厚度为0.1-0.4μm。
其中刻蚀截至层为高掺杂的P型铟镓磷材料，其组份比例为In0.49Ga0.51P，厚度为18-22nm。
其中第二P型上限制层为高掺杂的P型铝镓砷材料，其组份比例为A0.4Ga0.6As，厚度为1.1-1.4μm。
其中P型帽层为重掺杂的P型镓砷材料。
其中脊形波导结构的宽度为3-5μm，分布在脊形波导结构上一侧的非周期刻槽结构的宽度为0.8-1.2μm。
其中多个非周期分布的刻槽结构的数量为3-20个。
本发明涉及到的结构是建立在普通的法布里-珀罗谐振腔(Fabry-Perot)激光器之上，分立模式半导体激光器(DMLD)沿谐振腔腔长方向引入少量的折射率微扰分布，以此作为散射中心来实现对激射光谱的调制，以改进光谱特性的动态单模输出。
附图说明
以下通过结合附图对具体实施例的详细描述，进一步说明本发明的结构、特点和技术内容，其中：
图1是据本发明提出的980nm单模波长稳定半导体激光器结构的纵向剖面示意图；
图2是据本发明提出的980nm单模波长稳定半导体激光器结构的横向剖面示意图；
图3是图1的俯视图。
具体实施方式
请参阅图1、图2及图3，本发明提供一种波长稳定的980nm单模激光器的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：取一镓砷衬底1；
步骤2：在镓砷衬底1上依次制备N型铝镓砷下限制层2、下波导层3、量子阱层4、上波导层5、第一P型上限制层6、刻蚀截至层7、第二P型上限制层8和P型帽层9；其中下限制层2为高掺杂的N型铝镓砷材料(Al0.4Ga0.6As)，Si掺杂浓度为1×1018cm-3，厚度为1.5μm，目的是限制有源区载流子的扩散，以降低阈值电流提高效率；下波导层3为非掺杂的铝镓砷材料(A0.2Ga0.8As)，厚度为90nm，目的是为了增强对有源区光场的限制，减小激光光束的远场发散角；量子阱层4为非掺杂的铝镓铟砷材料(AlGaInAs)，厚度为10nm，目的是作为激光器的有源区，为激光的受激发射提供增益，决定着器件的激射波长；上波导层5为非掺杂的铝镓砷材料(A0.2Ga0.8As)，厚度为90nm，目的是为了增强对有源区光场的限制，减小激光光束的远场发散角；第一P型上限制层6为高掺杂的P型铝镓砷材料(A0.4Ga0.6As)，Zn掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1-0.4μm，目的是限制有源区载流子的扩散及限制光场，可降低阈值电流减小光场损耗；刻蚀截至层7为高掺杂的P型铟镓磷材料(In0.49Ga0.51P)，Zn掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为18-22nm，目的是通过第二P型上限制层8的铝镓砷材料与刻蚀截至层7的铟镓磷材料在干法刻蚀中的高选择比，实现对第二P型上限制层8的刻蚀深度的精确控制，以获得均匀性好的刻蚀深度；第二P型上限制层8为高掺杂的P型铝镓砷材料(A1.4Ga0.6As)，Zn掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为1.1-1.4μm，目的是在限制有源区载流子的扩散、限制光场、降低阈值电流的同时，形成非周期性分布的折射率微扰，以改善激射光谱的特性；P型帽层9为重掺杂的P型镓砷材料，Zn掺杂浓度为0.5-2×1020cm-3，厚度为0.25μm，目的是减小半导体与金属材料之间的串联电阻，实现良好的欧姆接触。
步骤3：采用光刻技术，在P型帽层9的表面制备出刻蚀的掩膜图形；将掩膜版上的图形转移到待刻蚀的芯片表面，形成待刻蚀的窗口。
步骤4：在P型帽层9上向下刻蚀，形成脊形波导结构10，同时在脊形波导结构10上面的一侧沿纵向刻蚀形成多个非周期分布的刻槽结构11，刻蚀深度到达刻蚀截至层7的表面，其中脊形波导结构10的宽度为3-5μm，分布在脊形波导结构10上的非周期刻槽结构11的宽度为0.8-1.2μm，数量为3-20个，完成器件的制备。通过刻蚀沿脊形波导结构10的纵向上引入了满足一定相位条件的非周期刻槽结构11，目的是通过引入少量的折射率微扰，令激光器输出的光谱纯度及波长稳定性得到改善，从而获得窄线宽、波长稳定性更好的激射光谱。
实施例
请再参阅图1、图2及图3所示，本发明本发明提供一种波长稳定的980nm单模激光器的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：取一镓砷衬底1；
步骤2：在镓砷衬底1上依次制备N型铝镓砷下限制层2、下波导层3、量子阱层4、上波导层5、第一P型上限制层6、刻蚀截至层7、第二P型上限制层8和P型帽层9；其中下波导层3为非掺杂的铝镓砷材料，其中量子阱层4为非掺杂的铝镓铟砷材料，其中上波导层5为非掺杂的铝镓砷材料，其中第一P型上限制层6为高掺杂的铝镓砷材料，厚度为0.3μm，其中刻蚀截至层7为高掺杂的P型铟镓磷材料，厚度为20nm，其中第二P型上限制层8为高掺杂的P型铝镓砷材料，厚度为1.2μm；其中P型帽层9为重掺杂的P型镓砷材料。
步骤3：采用光刻技术，制备出刻蚀的掩膜图形；
步骤4：在P型帽层9上向下刻蚀，形成脊形波导结构10，同时在脊形波导结构10上沿纵向形成数量为9个非周期的刻槽结构11，刻蚀深度到达刻蚀截至层7的表面，其中脊形波导结构10的宽度为4μm，分布在脊形波导结构10上的非周期刻槽结构11的宽度为1μm，完成器件的制备。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：取一镓砷衬底；
步骤2：在镓砷衬底上依次制备N型铝镓砷下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、第一P型上限制层、刻蚀截至层、第二P型上限制层和P型帽层；
步骤3：采用光刻技术，在P型帽层的表面制备出刻蚀的掩膜图形；
步骤4：在P型帽层上向下刻蚀，形成脊形波导结构，同时在脊形波导结构上面的一侧沿纵向刻蚀形成多个非周期分布的刻槽结构，刻蚀深度到达刻蚀截至层的表面，完成器件的制备。
2.根据权利要求1所述的980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法，其中下波导层为非掺杂的铝镓砷材料，其组份比例为A0.2Ga0.8As。
3.根据权利要求1所述的980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法，其中量子阱层为非掺杂的铝镓铟砷材料。
4.根据权利要求1所述的980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法，其中上波导层为非掺杂的铝镓砷材料，其组份比例为A0.2Ga0.8As。
5.根据权利要求1所述的980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法，其中第一P型上限制层为高掺杂的铝镓砷材料，其组份比例为A0.4Ga0.6As，厚度为0.1-0.4μm。
6.根据权利要求1所述的980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法，其中刻蚀截至层为高掺杂的P型铟镓磷材料，其组份比例为In0.49Ga0.51P，厚度为18-22nm。
7.根据权利要求1所述的980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法，其中第二P型上限制层为高掺杂的P型铝镓砷材料，其组份比例为A0.4Ga0.6As，厚度为1.1-1.4μm。
8.根据权利要求1所述的980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法，其中P型帽层为重掺杂的P型镓砷材料。
9.根据权利要求1所述的980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法，其中脊形波导结构的宽度为3-5μm，分布在脊形波导结构上一侧的非周期刻槽结构的宽度为0.8-1.2μm。
10.根据权利要求1所述的980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法，其中多个非周期分布的刻槽结构的数量为3-20个。
CN 201110051837 2011-03-04 2011-03-04 980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法 Expired - Fee Related CN102148478B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110051837 CN102148478B (zh) 2011-03-04 2011-03-04 980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110051837 CN102148478B (zh) 2011-03-04 2011-03-04 980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102148478A true CN102148478A (zh) 2011-08-10
CN102148478B CN102148478B (zh) 2013-09-04

Family

ID=44422547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110051837 Expired - Fee Related CN102148478B (zh) 2011-03-04 2011-03-04 980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102148478B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103199435A (zh) * 2013-03-25 2013-07-10 中国科学院半导体研究所 超低发散角倾斜光束单纵模人工微结构激光器
CN103259188A (zh) * 2013-05-02 2013-08-21 中国科学院半导体研究所 低发散角单纵模边发射光子晶体激光器
CN103986063A (zh) * 2014-05-15 2014-08-13 华中科技大学 一种基于带通滤波结构的单纵模半导体激光器
CN105552714A (zh) * 2016-01-15 2016-05-04 北京工业大学 一种带有DBR光栅结构的852nm窄线宽边发射激光器及其制备方法
CN106300012A (zh) * 2016-09-19 2017-01-04 山东华光光电子股份有限公司 一种含有高选择性腐蚀阻挡层的808nm半导体激光器
CN106785904A (zh) * 2017-01-17 2017-05-31 中国科学院福建物质结构研究所 一种dfb半导体激光器制备方法及激光器
CN107611776A (zh) * 2017-10-13 2018-01-19 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种增益耦合分布反馈半导体激光器及其制作方法
CN108233180A (zh) * 2016-12-21 2018-06-29 山东华光光电子股份有限公司 一种AlGaInP结构的808nm半导体激光器结构
CN112787217A (zh) * 2021-02-05 2021-05-11 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种波长锁定的高效率半导体激光器及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1823455A (zh) * 2003-07-11 2006-08-23 宜彼莱那光子学有限公司 半导体激光器和制作方法
CN1917313A (zh) * 2005-08-18 2007-02-21 中国科学院半导体研究所 大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1823455A (zh) * 2003-07-11 2006-08-23 宜彼莱那光子学有限公司 半导体激光器和制作方法
CN1917313A (zh) * 2005-08-18 2007-02-21 中国科学院半导体研究所 大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《兵工学报》 20100831 李辉等 "高性能980nm单模半导体激光器" 1110-1113 1-10 第31卷, 第8期 *
《兵工学报》 20100831 李辉等 "高性能980nm单模半导体激光器" 1110-1113 1-10 第31卷, 第8期 2 *
A. KASZUBOWSKA-ANANDARAJAH ET AL.: ""Discrete Mode Lasers for Applications in Access Networks"", 《PROCEEDINGS OF 9TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON TRANSPARENT OPTICAL NETWORKS》 *
A. KASZUBOWSKA-ANANDARAJAH ET AL.: ""Discrete Mode Lasers for Applications in Access Networks"", 《PROCEEDINGS OF 9TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON TRANSPARENT OPTICAL NETWORKS》, 5 July 2007 (2007-07-05), pages 265 - 268, XP031130652 *
李辉等: ""高性能980nm单模半导体激光器"", 《兵工学报》 *

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103199435A (zh) * 2013-03-25 2013-07-10 中国科学院半导体研究所 超低发散角倾斜光束单纵模人工微结构激光器
CN103199435B (zh) * 2013-03-25 2015-06-10 中国科学院半导体研究所 超低发散角倾斜光束的单纵模人工微结构激光器
CN103259188B (zh) * 2013-05-02 2015-06-24 中国科学院半导体研究所 低发散角单纵模边发射光子晶体激光器
CN103259188A (zh) * 2013-05-02 2013-08-21 中国科学院半导体研究所 低发散角单纵模边发射光子晶体激光器
CN103986063B (zh) * 2014-05-15 2017-01-04 华中科技大学 一种基于带通滤波结构的单纵模半导体激光器
CN103986063A (zh) * 2014-05-15 2014-08-13 华中科技大学 一种基于带通滤波结构的单纵模半导体激光器
CN105552714A (zh) * 2016-01-15 2016-05-04 北京工业大学 一种带有DBR光栅结构的852nm窄线宽边发射激光器及其制备方法
CN106300012A (zh) * 2016-09-19 2017-01-04 山东华光光电子股份有限公司 一种含有高选择性腐蚀阻挡层的808nm半导体激光器
CN108233180A (zh) * 2016-12-21 2018-06-29 山东华光光电子股份有限公司 一种AlGaInP结构的808nm半导体激光器结构
CN108233180B (zh) * 2016-12-21 2020-11-10 山东华光光电子股份有限公司 一种AlGaInP结构的808nm半导体激光器结构
CN106785904A (zh) * 2017-01-17 2017-05-31 中国科学院福建物质结构研究所 一种dfb半导体激光器制备方法及激光器
CN106785904B (zh) * 2017-01-17 2023-03-28 中国科学院福建物质结构研究所 一种dfb半导体激光器制备方法及激光器
CN107611776A (zh) * 2017-10-13 2018-01-19 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种增益耦合分布反馈半导体激光器及其制作方法
CN107611776B (zh) * 2017-10-13 2020-06-09 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种增益耦合分布反馈半导体激光器及其制作方法
CN112787217A (zh) * 2021-02-05 2021-05-11 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种波长锁定的高效率半导体激光器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102148478B (zh) 2013-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102148478B (zh) 980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法
CN106848835B (zh) 一种基于表面光栅的dfb激光器
US10355454B2 (en) Optical semiconductor device, optical module, and method for manufacturing optical semiconductor device
WO2021102722A1 (zh) 侧面光栅氧化限制结构单纵模边发射激光器及其制备方法
EP2957004B1 (en) Single-step-grown transversely coupled distributed feedback laser
CN105161976A (zh) 一种半导体激光器及其制备方法
JPH0217944B2 (zh)
US8995490B2 (en) Edge-emitting semiconductor laser diode and method for producing the same
CN103219650A (zh) 低发散角近衍射极限输出啁啾光子晶体边发射激光器阵列
JP5306355B2 (ja) ビーム放射デバイスの製造方法およびビーム放射デバイス
CN114122913B (zh) 一种高亮度高功率半导体发光器件及其制备方法
US5197077A (en) Low divergence laser
JP2003078213A (ja) 半導体光素子及びその製造方法
CN102148479A (zh) 宽面808nm分立模式半导体激光器结构的制备方法
Yuda et al. Improvement of kink-free output power by using highly resistive regions in both sides of the ridge stripe for 980-nm laser diodes
CN105590997A (zh) 一种超辐射发光二极管的制备方法
Duan et al. Fabrication and characteristics of high speed InGaAs/GaAs quantum-wells superluminescent diode emitting at 1053 nm
CN106981819B (zh) 一种可调激光器及其控制方法
Lei et al. High-power single-longitudinal-mode double-tapered gain-coupled distributed feedback semiconductor lasers based on periodic anodes defined by i-line lithography
Kwak et al. 940nm high-power laser diode based on AlGaAs/InGaAs GRIN-SCH and asymmetric structure
US4517674A (en) Zinc-diffused narrow stripe AlGaAs/GaAs double heterostructure laser
Zorn et al. High-power single emitters and laser bars with improved performance developed at JENOPTIK
WO2010022526A2 (en) Superluminescent diode, or amplifier chip
Vinokurov et al. A study of epitaxially stacked tunnel-junction semiconductor lasers grown by MOCVD
JPH05259506A (ja) 超発光半導体ダイオード及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130904

Termination date: 20140304