CN104300365A - 同时降低发散角和阈值电流的激光器的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种同时降低发散角和阈值电流的激光器的制备方法，包括以下步骤：步骤1：在砷化镓衬底上依次制作n型限制层、n型低折射率插入层、n型波导层、量子阱有源区、p型波导层、p型低折射率插入层、p型限制层和p型接触层；步骤2：将P型接触层和P型限制层湿法腐蚀或干法刻蚀成脊型；步骤3：在刻蚀成脊型上生长一层氧化模，并采用光刻的方法在p型接触层的上表面制作p型欧姆电极；步骤4：将砷化镓衬底减薄、清洗，并在砷化镓衬底的背面制作n型欧姆电极，形成激光器；步骤5：进行解理，在激光器的腔面镀膜，最后封装在管壳上，完成制备。本发明可以提高激光器激射的单模特性，提高光束质量。

Description

同时降低发散角和阈值电流的激光器的制备方法

技术领域

本发明涉及到半导体光电子器件技术领域，特别是一种同时降低发散角和阈值电流的激光器的制备方法。

背景技术

随着半导体光电子器件的迅速发展，大功率半导体激光器应运而生。由于半导体激光器体积小、价格便宜、电光转换效率高以及寿命长等优点，半导体激光器在光电子领域有着非常广泛的应用。半导体激光器在工业加工领域、医学治疗领域、军事领域以及理论研究领域都扮演着重要的角色。目前为止，与其它半导体III-V族材料相比，对砷化镓材料的研究是最成熟的。因而，人们对砷化镓激光器的性能要求也是最高的，这表现在砷化镓激光器可以有很低的阈值电流、很低的垂直发散角、较高的电光转换效率等等其它半导体激光器不可比拟的优点。

砷化镓激光器材料层主要分为三部分：单量子阱或多量子阱形成的有源区、有源区一侧为有源区提供电子的N区、有源区另一侧为有源区提供空穴的P区。通过施加外加偏压驱动电子和空穴在垂直于结平面的方向上注入到有源区进行复合并产生光。通过侧面两端的理解镜面形成反馈腔，使得电子空穴复合产生的光在腔内不断谐振并且形成波前平行于镜面的驻波。如果有源区内的光增益超过了激光器结构里的光损耗，就会产生放大的受激辐射，激光便会从镜面端面发射出来。

另外，砷化镓激光器还被应用在光学耦合系统和频率变换系统，这些应用都要求激光器光斑尽可能是圆形光斑，即要求激光器的垂直发散角尽量小。为了降低激光器的垂直发散角提高光束质量，传统的做法是在波导层和覆盖层之间引入一层或几层折射率较小的插入层。虽然这种做法能改善光束质量，但是较小的垂直发散角，意味着较低的光学限制因子，这导致激光器高的阈值电流密度。为减缓阈值电流与垂直发散角的矛盾问题，本发明对传统的低折射率插入层进行了改进，并得到了较低的阈值电流和发散角。

本发明是在波导层和限制层之间引入非对称掺杂的低折射率层。低折射率层的引入是在量子阱有源区附近引入反波导作用，这与有源区和波导层共同作用调节光场在激光器中的分布，进而改变有源区的光学限制因子，最终影响激光器的阈值电流和垂直发散角。非对称的引入是为了把有源区的位置向n型区域靠近，尽量让光场偏离p型区域，从而降低激光器总的光学损耗。插入层掺杂是为了提高高阶模的阈值，从而插入层掺杂是为了提高高阶模的阈值，从而可以提高激光器激射的单模特性，提高光束质量。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种同时降低发散角和阈值电流的激光器的制备方法，该方法可以提高激光器激射的单模特性，提高光束质量。

本发明提供一种同时降低发散角和阈值电流的激光器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：在砷化镓衬底上依次制作n型限制层、n型低折射率插入层、n型波导层、量子阱有源区、p型波导层、p型低折射率插入层、p型限制层和p型接触层；

步骤2：将P型接触层和P型限制层湿法腐蚀或干法刻蚀成脊型；

步骤3：在刻蚀成脊型上生长一层氧化模，并采用光刻的方法在p型接触层的上表面制作p型欧姆电极；

步骤4：将砷化镓衬底减薄、清洗，并在砷化镓衬底的背面制作n型欧姆电极，形成激光器；

步骤5：进行解理，在激光器的腔面镀膜，最后封装在管壳上，完成制备。

本发明的有益效果是，与传统方法相比，在降低垂直发散角的同时减少了阈值电流。

附图说明

为了进一步说明本发明的内容，以下结合实例及附图详细说明如后，其中：

图1是本发明的一种同时降低发散角和阈值电流的激光器结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种同时降低发散角和阈值电流的激光器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：在砷化镓衬底10上依次制作n型限制层11、n型低折射率插入层12、n型波导层13、量子阱有源区14、p型波导层15、p型低折射率插入层16、p型限制层17和p型接触层18；

步骤2：将P型接触层18和P型限制层17湿法腐蚀或干法刻蚀成脊型。湿法腐蚀操作比较简单，当腐蚀深度不是很深时可以采用，但是容易造成钻蚀，对器件的影响比较大。如果腐蚀深度很深，最好采用ICP等干法腐蚀。

步骤3：在刻蚀成脊型上生长一层氧化模，并采用光刻的方法在p型接触层18的上表面制作p型欧姆电极19。首先，利用PECVD淀积的SiO₂薄膜与原GaAs表面粘附特性较好及SiO₂薄膜良好的电绝缘特性，与光刻工艺有效配合，可将SiO₂层覆盖在除引线孔以外的所有上表面上。其次，用腐蚀液腐蚀氧化硅。该腐蚀液是由氢氟酸∶氟化铵∶去离子水＝3ml∶6g∶10ml配比而成。最后，溅射Ti/Pt/Au做正面电极，溅射Ti-Au时衬底要保持足够高的温度(80度)，使得表面吸附的水分及其无用物质挥发干净，形成完全洁净的表面，保证溅射时的金属层，能够牢固的粘附在片子表面。溅射时要保证足够高的真空度，使溅射时的金属原子，氩离子在加速场运动时有足够的自由程，使之能够有力的打到靶上，和金属原子有力的打到片子上，形成牢固的金属膜，同时防止金属及表面氧化。

步骤4：将砷化镓衬底10减薄、清洗，并在砷化镓衬底10的背面制作n型欧姆电极20，形成激光器。抛光后厚度一定要控制在80-100um之间，太厚不易解理，管芯易碎，易破坏腔面；太薄了使片子损伤层接近结构区造成损伤，影响器件寿命。大于100um不易解理，解理时破坏腔面。磨抛过程中要保证不要碎片。粘片，起片时一定要充分熔化蜡。磨抛片子清洗时，加热温度不易过高，否则易碎片。

步骤5：进行解理，在激光器的腔面镀膜，最后封装在管壳上，完成制备。在激光器的腔面镀上增透膜和增反膜，可以减少激光器阈值电流，和峰值半宽。增强激光器的选模能力。

其中砷化镓衬底10的厚度为500-1000μm。

其中n型低折射率插入层12的材料为n型铝镓砷或铟镓砷材料，厚度为0.1-0.6μm，n型铝镓砷中的铝组分为0.7-1，铟镓砷材料中的铟组分为0.1-0.3，其带隙宽度高于n型波导层13的带隙宽度。

其中n型波导层13的材料为不掺杂或轻掺杂的砷化镓或者铟镓砷材料，厚度为0.2-2μm。

其中量子阱有源区的14量子阱个数为1-5个，每一量子阱的材料为砷化镓材料、镓砷磷材料以及铟镓砷材料，每一量子阱的厚度为1-10nm，量子垒材料分别对应为铝镓砷、铟镓磷以及镓砷磷材料。

其中p型波导层15的材料为不掺杂或轻掺杂的砷化镓或者铟镓砷材料，厚度为0.2-2μm。

其中p型低折射率插入层16的材料为p型铝镓砷或铟镓砷材料，厚度为0.1-0.6μm，p型铝镓砷中的铝组分为0.7-1，中的铟组分为0.1-0.3，其带隙宽度高于p型波导层15的带隙宽度。

其中脊型刻蚀的深度到达p型限制层17内。

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，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)

1.一种同时降低发散角和阈值电流的激光器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：在砷化镓衬底上依次制作n型限制层、n型低折射率插入层、n型波导层、量子阱有源区、p型波导层、p型低折射率插入层、p型限制层和p型接触层；

步骤2：将P型接触层和P型限制层湿法腐蚀或干法刻蚀成脊型；

步骤3：在刻蚀成脊型上生长一层氧化模，并采用光刻的方法在p型接触层的上表面制作p型欧姆电极；

步骤4：将砷化镓衬底减薄、清洗，并在砷化镓衬底的背面制作n型欧姆电极，形成激光器；

步骤5：进行解理，在激光器的腔面镀膜，最后封装在管壳上，完成制备。

2.根据权利要求1所述的同时降低发散角和阈值电流的激光器的制备方法，其中砷化镓衬底的厚度为500-1000μm。

3.根据权利要求1所述的同时降低发散角和阈值电流的激光器的制备方法，其中n型低折射率插入层的材料为n型铝镓砷或铟镓砷材料，厚度为0.1-0.6μm，n型铝镓砷中的铝组分为0.7-1，铟镓砷材料中的铟组分为0.1-0.3，其带隙宽度高于n型波导层的带隙宽度。

4.根据权利要求1所述的同时降低发散角和阈值电流的激光器的制备方法，其中n型波导层的材料为不掺杂或轻掺杂的砷化镓或者铟镓砷材料，厚度为0.2-2μm。

5.根据权利要求1所述的同时降低发散角和阈值电流的激光器的制备方法，其中量子阱有源区的量子阱个数为1-5个，每一量子阱的材料为砷化镓材料、镓砷磷材料以及铟镓砷材料，每一量子阱的厚度为1-10nm，量子垒材料分别对应为铝镓砷、铟镓磷以及镓砷磷材料。

6.根据权利要求1所述的同时降低发散角和阈值电流的激光器的制备方法，其中p型波导层的材料为不掺杂或轻掺杂的砷化镓或者铟镓砷材料，厚度为0.2-2μm。

7.根据权利要求1所述的同时降低发散角和阈值电流的激光器的制备方法，其中p型低折射率插入层的材料为p型铝镓砷或铟镓砷材料，厚度为0.1-0.6μm，p型铝镓砷中的铝组分为0.7-1，中的铟组分为0.1-0.3，其带隙宽度高于p型波导层的带隙宽度。

8.根据权利要求1所述的同时降低发散角和阈值电流的激光器的制备方法，其中脊型刻蚀的深度到达p型限制层17内。