CN102148478B - 980nm单模波长稳定半导体激光器的制备方法 - Google Patents

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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Al0.2Ga0.8As。
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Al0.2Ga0.8As。
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Al0.4Ga0.6As，厚度为0.10.4μm。
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Al0.4Ga0.6As，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35μm，分布在脊形波导结构上一侧的非周期刻槽结构的宽度为0.81.2μm。
其中多个非周期分布的刻槽结构的数量为320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(Al0.2Ga0.8As)，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(Al0.2Ga0.8As)，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(Al0.4Ga0.6As)，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(Al0.4Ga0.6As)，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0.5-2×1020cm3，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 (8)

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；
所述脊形波导结构的宽度为35μm，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；
所述多个非周期分布的刻槽结构的数量为3-20个。
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Al0.2Ga0.8As。
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Al0.2Ga0.8As。
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Al0.4Ga0.6As，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Al0.4Ga0.6As，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。
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