CN109510062A - 掩埋dfb激光器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种掩埋DFB激光器，其包括：依次层叠的第一导电层、有源层和第二导电层，部分第一导电层与所述有源层、所述第二导电层形成一凸台结构，所述第二导电层远离所述有源层的表面为所述凸台结构的顶面；一阻挡层，所述阻挡层,设置于所述凸台结构的顶面，所述阻挡层的中心部分经刻蚀形成一凹槽，且所述凹槽通至所述凸台结构的顶面；一第一掩埋层，所述第一掩埋层形成于所述凸台结构的侧面，并覆盖所述凸台结构的侧面和所述第一导电层；一第二掩埋层，所述第二掩埋层形成于所述第一掩埋层的表面；一第三导电层，所述第三导电层通过所述凹槽形成于所述凸台结构的顶面，且形成于所述第二掩埋层的表面。本发明还涉及所述掩埋激光器的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种掩埋DFB激光器及其制备制备方法。
背景技术
随着高速光通信的发展，对通信的激光源提出了更高的要求。相对于FP(Fabry-perot)激光器，DFB(Distributed Feedback)激光器具有良好的模式选择能力，可以实现更窄的线宽，目前已经在光通信系统中得到广泛的应用。为了得到更高性能的DFB激光器，激光器的条形结构起了非常重要的作用。目前掩埋异质结结构(以下简称BH结构)通过在有源区两侧外延生长较低折射率的材料并且设计反偏PN结，可以实现对载流子和光子的限制，从而实现低的阈值和高的注入密度。
为了进一步提高激光发射效率，需要进一步增大有源区内的载流子的注入密度，可以通过减小脊条的宽度来实现，然而这受到工艺一定程度的限制，同时在光学特性上，也会改变光场分布，出现模式不稳定，光束不对称分布等缺点。
目前，现有技术中为了增大BH结构中载流子的注入密度，往往在完成有源区的掩埋之后，通过缩小二氧化硅(SiO2)掩膜来实现。请参见图1，其具体操作步骤为：
(1)依次生长第一导电层11、有源层12、第二导电层13，形成具有功能的半导体叠层，然后在第二导电层13远离有源层的表面制作第一掩膜层14；
(2)通过干法或湿法刻蚀出一凸台结构15，所述凸台结构具有一顶面T15，刻蚀深度超过有源层12，到达第一导电层11；
(3)保留掩膜层14，在MOCVD设备下外延生长第一掩埋层16，所述第一掩埋层16在第一导电层11经刻蚀出的表面及台面结构15的侧面外延生长，且第一掩埋层16的高度高于有源层12；
(4)通过湿法刻蚀除去部分第一掩膜层14，使其宽度变窄，形成第二掩膜层141，掩膜宽度小于顶面T15的宽度，从而露出部分顶面T15；
(5)在第一掩埋层16上及露出的部分顶面T15的正上方外延生长第二掩埋层17，随后去除第二掩膜层141，露出顶面T15的剩余表面；
(6)最后在顶面T15的剩余表面上生长第三导电层18，形成完整的外延结构，该第三导电层18覆盖所述第二掩埋层17。
上述技术方案在生长第一掩埋层16之后，随后再生长第二掩埋层17，最后生长第三导电层18。由于第三导电层18具有与第二导电层13相同的导电特性，并且与第二掩埋层17的导电特性相反，电流被限制在第二导电层13和第三导电层18之间的界面注入有源区。该方案由于在第(4)步时缩小了SiO2掩膜尺寸，使得第二掩埋层17部分生长于顶面T15的上方，减少了第二导电层13和第三导电层18之间的界面的宽度，使得电流的注入密度得到提高，并且该方案维持了原脊条的形貌和宽度不变。
然而，在外延生长中，刻蚀台面往往具有较高的生长速率，因此在生长第一掩埋层16的时候，第一掩埋层16中沿着刻蚀台面方向较竖直方向往往具有较高的生长速率，第一掩埋层16往往高于顶面T15。第二掩埋层17需要生长较厚的厚度来覆盖第一掩埋层16。在生长第二掩埋层17之前，由于缩小了掩膜的宽度，露出了部分顶面T15，因此，生长完第二掩埋层17之后，在顶面T15的正上方存在厚度较厚的第二掩埋层17，所以需要生长更厚的第三导电层18来填平露出的顶面T15，这将不可避免的增加载流子输运过程中的串联电阻。虽然通过提高第三导电层的掺杂浓度可以降低串联电阻，但也容易造成杂质扩散至有源区，从而降低器件的发射效率。
因此，如何在不改变脊条宽度的条件下，实现增大载流子注入密度，同时避免增加串联电阻是本发明需要解决的技术问题。
发明内容
因此，有鉴于此，本发明的目的在于提供一种掩埋DFB激光器及其的制备方法，不仅能够增大载流子的注入密度，而且能够避免增加串联电阻。
一种掩埋DFB激光器，其包括：
依次层叠的第一导电层、有源层和第二导电层，部分第一导电层与所述有源层、所述第二导电层形成一凸台结构，所述第二导电层远离所述有源层的表面为所述凸台结构的顶面；
一阻挡层，所述阻挡层,设置于所述凸台结构的顶面，所述阻挡层的中心部分经刻蚀形成一凹槽，且所述凹槽通至所述凸台结构的顶面；
一第一掩埋层，所述第一掩埋层形成于所述凸台结构的侧面，并覆盖所述凸台结构的侧面和所述第一导电层；
一第二掩埋层，所述第二掩埋层形成于所述第一掩埋层的表面；
一第三导电层，所述第三导电层通过所述凹槽形成于所述凸台结构的顶面，且形成于所述第二掩埋层的表面。
一种掩埋DFB激光器，其包括一衬底、一凸台结构、一掩埋结构、一阻挡层及一及一电极接触层；所述凸台结构设置于衬底表面，所述凸台结构远离所述衬底的表面为所述凸台结构的顶面；所述掩埋结构生长于所述衬底的表面，并围绕在所述凸台结构的侧面；所述阻挡层设置于所述凸台结构的顶面，且所述阻挡层的中心部分经刻蚀形成一凹槽，所述凹槽通至所述凸台结构的顶面；所述电极接触层通过所述凹槽形成于所述凸台结构的顶面，并覆盖所述阻挡层和所述掩埋结构。
一种掩埋DFB激光器的制备方法，其具体包括以下步骤：
S1，提供一半导体结构，所述半导体结构由第一导电层、有源层、第二导电层依次层叠设置而成，在所述第二导电层远离所述有源层的表面形成一阻挡层；
S2，在所述阻挡层远离所述第二导电层的表面形成一掩膜层，在所述掩膜层的保护下，刻蚀所述半导体结构和所述阻挡层，刻蚀深度超过有源层，到达第一导电层，得到一凸台结构；
S3，在所述凸台结构的侧面依次外延生长第一掩埋层及第二掩埋层；
S4，刻蚀所述掩膜层和所述阻挡层的中心部分，得到一凹槽，所述凹槽通至所述凸台结构的顶面；
S5，去除剩余部分的掩膜层；以及
S6，在凸台结构的顶面外延生长第三导电层，所述第三导电层覆盖所述第二掩埋层，形成完整的外延结构。
与现有技术相比，本发明的优点为：本发明在第二导电层上面设计了导电类型相反的阻挡层，在不减少脊条宽度的情况下，通过控制阻挡层的开孔凹槽的宽度来提升载流子的密度。同时，由于外延生长第一、第二掩埋层时，凸台结构的顶面上方始终存在掩膜，避免了顶面的正上方外延生长掩埋层，从而使顶面上方外延生长得到的第三导电层的厚度较小，在提高载流子注入密度的同时，可以避免串联电阻的增大，有利于提高器件的性能。
附图说明
图1为现有技术中掩埋DFB激光器的制备工艺流程图。
图2为本发明第一实施例提供的掩埋DFB激光器的制备工艺流程图。
图3为本发明第一实施例提供的掩埋DFB激光器的截面结构示意图。
图4为本发明第二实施例提供的掩埋DFB激光器的制备工艺流程图。
图5为本发明第二实施例提供的掩埋DFB激光器的截面结构示意图。
以下将结合附图详细说明本发明提供的技术方案。
符号说明
具体实施方式
以下将结合具体实施方式详细说明本发明所提供的掩埋DFB激光器及其制备方法。
请参见图2，本发明第一实施例提供一种掩埋DFB激光器20的制备方法，其具体包括以下步骤：
S1，提供一半导体结构21，所述半导体结构由第一导电层21a、有源层21b、第二导电层21c依次层叠设置而成，在所述第二导电层21c远离所述有源层21b的表面形成一阻挡层22；
S2，在所述阻挡层22远离所述第二导电层21c的表面形成一掩膜层23，在所述掩膜层23的保护下，刻蚀所述半导体结构21和所述阻挡层22，刻蚀深度超过有源层21b，到达第一导电层21a，得到一凸台结构24；
S3，在所述凸台结构24的侧面依次外延生长第一掩埋层25及第二掩埋层26；
S4，刻蚀所述掩膜层23和所述阻挡层22的中心部分，得到一凹槽22a，所述凹槽22a通至所述凸台结构24的顶面T24；
S5，去除剩余部分的掩膜层23；
S6，在凸台结构24的顶面T24外延生长第三导电层27，所述第三导电层27覆盖所述第二掩埋层26，形成完整的外延结构。
以下将详细说明步骤S1～S6。
在步骤S1中，提供一半导体结构21，所述半导体结构21由第一导电层21a、有源层21b、第二导电层21c依次层叠设置而成，在所述第二导电层21c远离所述有源层21b的表面形成一阻挡层22。
所述第一导电层21a和所述第二导电层21c的导电类型相反，与所述阻挡层22的导电类型相同。本实施例中，所述第一导电层21a为n型半导体层，所述第二导电层21c为p型半导体层，所述阻挡层22为n型半导体层。所述阻挡层22可以通过外延的方法生长于所述第二导电层21c远离所述有源层21b的表面。
在步骤S2中，在所述阻挡层22远离所述第二导电层21c的表面形成一掩膜层23，在所述掩膜层23的保护下，刻蚀所述半导体结构21和所述阻挡层22，刻蚀深度超过有源层21b，到达第一导电层21a，得到一凸台结构24。
所述掩膜层23的材料不限，本实施例中，所述掩膜为SiO2。所述掩膜层3的宽度小于所述阻挡层22的宽度，所述掩膜层23的宽度可以为1～10微米(μm)，优选为4～8μm，本实施例中，所述掩膜层23的宽度为6μm。
所述掩膜层23遮盖所述阻挡层22的部分表面，并暴露所述阻挡层22的剩余表面。通过干法或湿法刻蚀所述阻挡层22暴露的表面，并进一步刻蚀所述第二导电层21c、所述有源层21b及所述第一导电层21a，且刻蚀深度没有超过所述第一导电层21a。经刻蚀后，所述第一导电层21a的表面的部分区域被刻蚀，另一部分区域未被刻蚀，则未被刻蚀的区域相对于被刻蚀的区域形成条形凸起结构，该条状凸起结构与所述有源层21b、所述第二导电层21c共同形成所述凸台结构24；所述第二导电层21c形成所述凸台结构24的台顶区域，经刻蚀后的第二导电层21c与所述阻挡层22接触的表面为所述凸台结构24的顶面T24；所述部分第一导电层21a的侧面、所述有源层21b的侧面及所述第二导电层21c的侧面共同形成所述凸台结构24的侧面。所述凸台结构24的横截面的形状不限，可以为矩形、梯形等，本实施例中，所述凸台为一梯形凸台。
在步骤S3中，在所述凸台结构24的侧面依次外延生长第一掩埋层25及第二掩埋层26。
所述第一导电层21a经刻蚀后形成一表面，所述第一掩埋层25外延生长于所述第一导电层21a的表面及所述凸台结构24的侧面。所述第二掩埋层26外延生长于所述第一掩埋层25的表面。所述第一掩埋层25的导电类型与所述第一导电层21a的导电类型相反，所述第二掩埋层26的导电类型与所述第一导电层21a的导电类型相同。本实施例中，所述第一掩埋层25为p型半导体，所述第二掩埋层26为n型半导体。
在步骤S4中，刻蚀所述掩膜层23和所述阻挡层22的中心部分，得到一凹槽22a，所述凹槽22a通至所述凸台结构24的顶面T24。
刻蚀所述掩膜层23和阻挡层22的方法不限。具体的，其中一种方法可以包括：(S41)在所述掩膜层远离所述阻挡层的表面形成一图案化测掩膜，使所述掩膜层的中心部分暴露；(S42)采用干法或湿法刻蚀除去所述掩膜层和所述阻挡层的中心部分；(S43)最后去除所述图案化的掩膜。另外一种方法可以包括：(S4a)在所述掩膜层远离所述阻挡层的表面形成一光刻胶层，所述光刻胶层覆盖所述掩膜层的全部表面；(S4b)在所述光刻胶层远离所述掩膜层的表面形成一图案化的掩膜，使所述光刻胶层的中心部分暴露；(S4c)采用紫外光照射所述光刻胶层，并清洗除去光刻胶层中被照射的部分，使所述掩膜层的中心部分暴露；(S4d)采用干法或湿法刻蚀除去所述掩膜层和所述阻挡层的中心部分；(S4e)最后去除所述图案化的掩膜和光刻胶层。
经刻蚀后，得到一凹槽22a，并露出所述凸台结构24的部分顶面。所述凹槽22a的横截面的形状不限，可以为矩形或梯形等。所述凹槽22a的深度等于所述掩膜层23与所述阻挡层22的高度之和，即所述凹槽22a的底面与所述凸台结构24的顶面T24相重合。所述凹槽22a的宽度小于所述掩膜层23的宽度，所述凹槽22a的宽度可以根据具体的生产要求而设定，具体的，可以为3～8μm，本实施例中，所述凹槽的宽度为4μm。
在步骤S5中，去除剩余部分的掩膜层23。
本步骤中，可以采用干法如等离子体刻蚀的方法或湿法如腐蚀液腐蚀、溶剂溶解的方法除去剩余部分的掩膜层。所述刻蚀气体的种类、腐蚀液的种类和浓度等可根据所述掩膜层的材料而选择。本实施例中，采用一定比例稀释的BOE(缓冲氧化物刻蚀液)溶液除去所述掩膜层，所述BOE溶液由49％的氢氟酸水溶液与40％的氟化铵水溶液按照1:6的体积比相混合而成。
在步骤S6中，在凸台结构24的顶面T24外延生长第三导电层27，所述第三导电层27覆盖所述第二掩埋层26，形成完整的外延结构。
所述第三导电层27通过所述阻挡层22的凹槽外22a延生长于所述凸台结构24的顶面T24，及所述第二掩埋层26的表面。所述第三导电层27与所述第二导电层21c之间形成一个界面，电流被限制在所述第三导电层27与所述第二导电层21c之间的界面注入有源层21b，即界面的宽度决定了激光器中载流子的注入密度。该界面的宽度等于所述凹槽22a的宽度，也即所述凹槽22a的宽度决定了载流子的注入密度，因此可以通过调节所述阻挡层22中的凹槽22a的宽度来调节载流子的注入密度。所述第三导电层27的导电类型与所述第一导电层21a的导电类型相反，且与所述第二导电层21c的导电类型相同。本实施例中，所述第三导电层27为p型半导体。
请参见图3，本发明第一实施例还提供了由上述方法制备的掩埋DFB激光器20，该DFB激光器具体包括：
依次层叠的第一导电层21a、有源层21b和第二导电层21c，部分第一导电层21a与所述有源层21b、所述第二导电层21c形成一凸台结构24，所述第二导电层21c远离所述有源层21b的表面为所述凸台结构24的顶面T24；
一阻挡层22，所述阻挡层22设置于所述凸台结构24的顶面T24，所述阻挡层22的中心部分经刻蚀形成一凹槽22a，且所述凹槽22a通至所述凸台结构24的顶面T24；
一第一掩埋层25，所述第一掩埋层25形成于所述凸台结构24的侧面，并覆盖所述凸台结构24的侧面和所述第一导电层21a；
一第二掩埋层26，所述第二掩埋层26形成于所述第一掩埋层25的表面；
一第三导电层27，所述第三导电层27通过所述凹槽22a形成于所述凸台结构24的顶面T24，且形成于所述第二掩埋层26的表面。
请参见图4，本发明第二实施例提供了一种掩埋DFB激光器30的制备方法，其具体包括以下步骤：
S21，提供一衬底38，在所述衬底38的表面依次生长一第一导电层31a、一有源层31b及一第二导电层31c；
S22，在所述第二导电层31c远离所述有源层31b的表面形成一阻挡层32；
S23，在所述阻挡层32远离所述第二导电层31c的表面形成一掩膜层33，在所述掩膜层33的保护下，刻蚀所述第一导电层31a、所述有源层31b、所述第二导电层31c及所述阻挡层32，刻蚀深度到达所述衬底38的表面，经刻蚀后，所述第第一导电层31a、一有源层31b及一第二导电层31c共同形成一凸台结构34；
S3，在所述凸台结构34的侧面依次外延生长第一掩埋层35a及第二掩埋层35b；
S4，刻蚀所述掩膜层33和所述阻挡层32的中心部分，得到一凹槽32a，所述凹槽32a通至所述凸台结构34的顶面T34；
S5，去除剩余部分的掩膜层33；
S6，在凸台结构34的顶面外延生长一电极接触层36，所述电极接触层36覆盖所述第二掩埋层36，形成完整的外延结构。
本发明第二实施例提供的掩埋DFB激光器30的制备方法与本发明第一实施例提供的方法基本相同，其区别在于，本发明第二实施例提供一衬底，在所述衬底上依次生长得到所述第一导电层、有源层及第二导电层，且刻蚀深度到达所述衬底的表面，经刻蚀后，所述第一导电层、所述有源层及所述第二导电层共同形成所述凸台结构。
请参见图5，本发明第二实施例还提供了一种掩埋DFB激光器30，该掩埋DFB激光器30包括一衬底38、一凸台结构34、一掩埋结构35、一阻挡层32及一及一电极接触层36；所述凸台结构34设置于衬底表面38，所述凸台结构34远离所述衬底38的表面为所述凸台结构34的顶面T34；所述掩埋结构35生长于所述衬底38的表面，并围绕在所述凸台结构34的侧面；所述阻挡层32设置于所述凸台结构34的顶面T24，所述阻挡层32的中心部分经刻蚀形成一凹槽32a，所述凹槽32a通至所述凸台结构34的顶面T34；所述电极接触层35经由所述凹槽32a与所述凸台结构34的顶面T34直接接触，并覆盖所述阻挡层32和所述掩埋结构35。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种掩埋DFB激光器，其特征在于，具体包括：
依次层叠的第一导电层、有源层和第二导电层，部分第一导电层与所述有源层、所述第二导电层形成一凸台结构，所述第二导电层远离所述有源层的表面为所述凸台结构的顶面；
一阻挡层，所述阻挡层,设置于所述凸台结构的顶面，所述阻挡层的中心部分经刻蚀形成一凹槽，且所述凹槽通至所述凸台结构的顶面；
一第一掩埋层，所述第一掩埋层形成于所述凸台结构的侧面，并覆盖所述凸台结构的侧面和所述第一导电层；
一第二掩埋层，所述第二掩埋层形成于所述第一掩埋层的表面；
一第三导电层，所述第三导电层通过所述凹槽形成于所述凸台结构的顶面，且形成于所述第二掩埋层的表面。
2.如权利要求1所述的掩埋DFB激光器，其特征在于，所述第一导电层表面的中心部分向上凸起，形成条状凸起结构，该条状凸起结构与所述有源层、所述第二导电层共同形成所述凸台结构。
3.如权利要求1所述的掩埋DFB激光器，其特征在于，所述凸台结构为一梯形凸台结构。
4.如权利要求1所述掩埋DFB激光器，其特征在于，所述部分第一导电层的侧面、所述有源层的侧面及所述第二导电层的侧面共同形成所述凸台结构的侧面。
5.如权利要求1所述的掩埋DFB激光器，其特征在于，所述凹槽的宽度为4微米～8微米。
6.如权利要求1所述的掩埋DFB激光器，其特征在于，所述凹槽的底面与所述凸台结构的顶面相重合。
7.如权利要求1所述的掩埋DFB激光器，其特征在于，所述凹槽的横截面的形状为矩形或梯形。
8.一种掩埋DFB激光器，其具体包括一衬底、一凸台结构、一掩埋结构、一阻挡层及一及一电极接触层；所述凸台结构设置于衬底表面，所述凸台结构远离所述衬底的表面为所述凸台结构的顶面；所述掩埋结构生长于所述衬底的表面，并围绕在所述凸台结构的侧面；所述阻挡层设置于所述凸台结构的顶面，所述阻挡层的中心部分经刻蚀形成一凹槽，所述凹槽通至所述凸台结构的顶面；所述电极接触层经由所述凹槽与所述凸台结构的顶面直接接触，并覆盖所述阻挡层和所述掩埋结构。
9.一种掩埋DFB激光的制备方法，其具体包括以下步骤：
S1，提供一半导体结构，所述半导体结构由第一导电层、有源层、第二导电层依次层叠设置而成，在所述第二导电层远离所述有源层的表面形成一阻挡层；
S2，在所述阻挡层远离所述第二导电层的表面形成一掩膜层，在所述掩膜层的保护下，刻蚀所述半导体结构和所述阻挡层，刻蚀深度超过有源层，到达第一导电层，得到一凸台结构；
S3，在所述凸台结构的侧面依次外延生长第一掩埋层及第二掩埋层；
S4，刻蚀所述掩膜层和所述阻挡层的中心部分，得到一凹槽，所述凹槽通至所述凸台结构的顶面；
S5，去除剩余部分的掩膜层；
S6，在凸台结构的顶面外延生长第三导电层，所述第三导电层覆盖所述第二掩埋层，形成完整的外延结构。
10.如权利要求9所述掩埋DFB激光器的制备方法，其特征在于，凹槽的宽度为4微米～8微米。
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