CN112636178A - 激光器芯片及制备方法 - Google Patents

激光器芯片及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112636178A
CN112636178A CN202110258774.4A CN202110258774A CN112636178A CN 112636178 A CN112636178 A CN 112636178A CN 202110258774 A CN202110258774 A CN 202110258774A CN 112636178 A CN112636178 A CN 112636178A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
semi
insulating layer
substrate
forming
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
CN202110258774.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112636178B (zh
Inventor
张海超
潘彦廷
李马惠
穆瑶
董延
陈发涛
刘钿
曹凡
谷润妍
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.)
Shaanxi Yuanjie Semiconductor Technology Co ltd
Original Assignee
Shaanxi Yuanjie Semiconductor Technology Co ltd
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 Shaanxi Yuanjie Semiconductor Technology Co ltd filed Critical Shaanxi Yuanjie Semiconductor Technology Co ltd
Priority to CN202110258774.4A priority Critical patent/CN112636178B/zh
Publication of CN112636178A publication Critical patent/CN112636178A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112636178B publication Critical patent/CN112636178B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3407—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers characterised by special barrier layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/3434—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer comprising at least both As and P as V-compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34346—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers
    • H01S5/3438—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers based on In(Al)P
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34346—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers
    • H01S5/34386—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers explicitly Al-free

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种激光器芯片及制备方法，所述制备方法包括：提供基底；于所述基底的表面形成有源层；于所述基底上形成包括由下至上依次叠置的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层的叠层结构；于所述有源层上形成外延结构；其中，所述叠层结构位于所述有源层及所述外延结构相对的两侧。上述依次叠置的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层形成的叠层结构作为掩埋阻挡层替换传统掩埋型结构中的PN结构，降低激光器芯片的结电容，从而提升激光器的高频带宽；除此之外，叠层结构在激光器芯片中形成窄电流注入通道，激光器芯片整体形成对称波导结构，相较于传统PN结掩埋结构的电流限制通道更小，有利于电流注入。

Description

激光器芯片及制备方法
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种激光器芯片及制备方法。
背景技术
半导体激光器有掩埋型（Burried Heterostructure，BH）和脊波导（Ridged WaveGuide，RWG）两种波导结构。脊波导结构具有工艺简单，制作成本低的优点，但是其缺点亦很明显，阈值电流大，发光效率低，椭圆光斑耦合效率低；而掩埋型结构具有高电流注入效率和光斑耦合效率高等优势。
传统的掩埋型结构的结构复杂，制作成本高，且由于其通常采用PN电流阻挡结构，掩埋型结构一般使用的反向PN结构实现电流局限，其原理是利用PN结反向不导通机制阻止电流通过，从而达到选择性电流限制作用。但是，由于PN结构结存在较大的寄生结电容，限制激光器芯片的高速调制带宽，难于应用到10Gb/s以上的高速激光器芯片制造。
发明内容
基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种激光器芯片及制备方法。
为解决上述技术问题，本申请的第一一方面提出一种激光器芯片的制备方法，包括：
提供基底；
于所述基底的表面形成有源层；
于所述基底上形成包括由下至上依次叠置的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层的叠层结构；
于所述有源层上形成外延结构；其中，所述叠层结构位于所述有源层及所述外延结构相对的两侧。
在其中一个实施例中，所述第一半绝缘层、所述第二半绝缘层及所述第三半绝缘层均包括掺杂金属的InP材料层，掺杂金属包括Fe、Ru、Co或Ni。
在其中一个实施例中，所述于所述基底上形成包括依次叠置的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层的叠层结构，包括：
采用金属有机气相外延沉积技术于所述有源层相对两侧的基底上及所述有源层上依次形成所述第一半绝缘层、所述第二半绝缘层及所述第三半绝缘层；
去除所述有源层正上方的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层，沉积所述第一半绝缘层及所述第三半绝缘层时掺杂金属源的气体流量为均10sccm-20sccm，沉积所述第二半绝缘层时掺杂金属源的气体流量为20sccm-40sccm，所述第二半绝缘层掺杂金属源的气体流量为所述第一半绝缘层掺杂金属源的气体流量或所述第三半绝缘层掺杂金属源的气体流量的两倍。
在其中一个实施例中，所述第一半绝缘层、所述第二半绝缘层及所述第三半绝缘层的厚度均为1um~2um。
在其中一个实施例中，所述于所述基底的表面形成有源层之后且于所述基底上形成叠层结构之前，还包括于所述有源层的表面形成光栅层；并于所述基底的表面及所述光栅层的表面形成刻蚀停止层的步骤；所述于所述有源层上形成外延结构之前还包括去除所述光栅层远离所述有源层的表面的刻蚀停止层的步骤。
在其中一个实施例中，所述于所述有源层上形成外延结构，包括：
于所述光栅层远离所述有源层的表面及所述刻蚀停止层的表面形成导电层；
于所述导电层远离所述光栅层的表面形成电极接触层。
在其中一个实施例中，所述制备方法还包括：
于所述叠层结构远离所述刻蚀停止层的表面形成绝缘层；
于所述绝缘层远离所述叠层结构的表面及所述电极接触层远离所述导电层的表面形成第一金属电极层；
于所述基底远离所述叠层结构的表面形成第二金属电极层。
在其中一个实施例中，所述第二金属电极层、所述基底、所述有源层、所述刻蚀停止层、所述光栅层、所述叠层结构、所述外延结构、所述绝缘层及所述第一金属电极层形成半导体结构，所述制备方法还包括：
于所述半导体结构的第一端面形成抗反射镀膜层；
于所述半导体结构的第二端面形成高反射镀膜层，所述第一端面与所述第二端面相对设置。
本申请的第二方面提出一种激光器芯片，包括：
基底；
有源层，位于所述基底的表面；
叠层结构，位于所述基底上，所述叠层结构包括由下至上依次叠置的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层；
外延结构，位于所述有源层上；其中，所述叠层结构位于所述有源层及所述外延结构相对的两侧。
在其中一个实施例中，所述第一半绝缘层、所述第二半绝缘层及所述第三半绝缘层均包括掺杂金属的InP材料层，掺杂金属包括Fe、Ru、Co或Ni。
在其中一个实施例中，所述第一半绝缘层、所述第二半绝缘层及所述第三半绝缘层的厚度均为1um~2um。
在其中一个实施例中，所述激光器芯片还包括：
光栅层，覆盖所述有源层远离所述基底的表面；
刻蚀停止层，位于所述叠层结构与所述基底之间、所述叠层结构与所述有源层之间及所述叠层结构与所述光栅层之间；
绝缘层，覆盖所述叠层结构远离所述刻蚀停止层的表面；
第一金属电极层，覆盖所述外延结构远离所述光栅层的表面；
第二金属电极层，位于所述基底远离所述刻蚀停止层的表面，其中，所述第二金属电极层、所述基底、所述有源层、所述刻蚀停止层、所述光栅层、所述叠层结构、所述外延结构及所述第一金属电极层形成半导体结构；
抗反射镀膜层，位于所述半导体结构的第一端面；
高反射镀膜层，位于所述半导体结构的第二端面，所述第一端面与所述第二端面相对设置。
在其中一个实施例中，所述外延结构包括导电层和电极接触层，所述导电层覆盖所述光栅层远离所述有源层的表面且位于刻蚀停止层的表面，所述电极接触层覆盖所述导电层远离所述光栅层的表面。
于上述实施例中的激光器芯片及制备方法中，形成有源层后，在基底上形成包括由下至上依次叠置的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层的叠层结构，并于有源层上形成外延结构；其中，叠层结构位于有源层及外延结构相对的两侧。上述依次叠置的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层形成的叠层结构作为掩埋阻挡层替换传统掩埋型结构中的PN结构，降低激光器芯片的结电容，从而提升激光器的高频带宽；除此之外，叠层结构在激光器芯片中形成窄电流注入通道，激光器芯片整体形成对称波导结构，相较于传统PN结掩埋结构的电流限制通道更小，有利于电流注入；本申请结构从外延结构至有源层全面区域形成高电流限制，仅保留中间区域电流注入通道，提高有源区电流注入效率，改善光场分布对称性，从而提高芯片的发光效率及光耦合效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为本申请一实施例中提供的激光器芯片的制备方法的流程示意图；
图2为本申请一实施例中提供的激光器芯片的制备方法中提供基底后所得结构的截面结构示意图；
图3为本申请一实施例中提供的激光器芯片的制备方法中形成有源层后所得结构的截面结构示意图；
图4为本申请一实施例中提供的激光器芯片的制备方法中形成叠层结构后所得结构的截面结构示意图；
图5为本申请一实施例中提供的激光器芯片的制备方法中形成外延结构后所得结构的截面结构示意图；
图6为本申请一实施例中提供的激光器芯片的制备方法中形成光栅层后沉积第一掩膜层后所得结构的截面结构示意图；
图7为本申请一实施例中提供的激光器芯片的制备方法中去除部分有源层和光栅层后所得结构的截面结构示意图；
图8为本申请一实施例中提供的激光器芯片的制备方法中形成刻蚀停止层后所得结构的截面结构示意图；
图9为本申请一实施例中提供的激光器芯片的制备方法中于刻蚀停止层表面依次形成第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层后所得结构的截面结构示意图；
图10为本申请一实施例中提供的激光器芯片的制备方法中去除有源层正上方的刻蚀停止层和叠层结构后所得结构的截面结构示意图；
图11为本申请一实施例中提供的激光器芯片的制备方法中形成导电层和电极接触层后所得结构的截面结构示意图；
图12-13为本申请一实施例中提供的激光器芯片的结构示意图，其中，图12为激光器芯片的俯视图，图13为沿图12中AA’方向截取的截面结构示意图；
图14为本申请一实施例中提供的激光器芯片中的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层不同厚度下得到的650℃长晶温度下的光功率曲线图；
图15为本申请一实施例中提供的激光器芯片中的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层不同厚度下得到的650℃长晶温度下的带宽曲线图；
图16为本申请一实施例中提供的激光器芯片中的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层不同气体流量下得到的650℃长晶温度下的光功率曲线图；
图17为本申请一实施例中提供的激光器芯片中的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层不同气体流量下得到的650℃长晶温度下的带宽曲线图；
图18为本申请一实施例中提供的本申请激光器芯片与传统激光器芯片在650℃长晶温度下的光功率曲线图；
图19为本申请一实施例中提供的本申请激光器芯片与传统激光器芯片在650℃长晶温度下的带宽曲线图。
附图标记说明：10-基底，20-有源层，30-叠层结构，31-第一半绝缘层，32-第二半绝缘层，33-第三半绝缘层，301-第二掩膜层，40-外延结构，41-导电层，42-电极接触层，50-光栅层，501-第一掩膜层，60-刻蚀停止层，70-绝缘层，80-第一金属电极层，90-第二金属电极层，101-抗反射镀膜层，102-高反射镀膜层。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分，这些元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分与另一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层、掺杂类型或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分；举例来说，可以将第一掺杂类型成为第二掺杂类型，且类似地，可以将第二掺杂类型成为第一掺杂类型；第一掺杂类型与第二掺杂类型为不同的掺杂类型，譬如，第一掺杂类型可以为P型且第二掺杂类型可以为N型，或第一掺杂类型可以为N型且第二掺杂类型可以为P型。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向（譬如，旋转90度或其它取向），并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了说明本申请上述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
在本申请的一个实施例中提供的一种激光器芯片的制备方法中，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S10：提供基底10；
步骤S20：于所述基底10的表面形成有源层20；
步骤S30：于所述基底10上形成包括由下至上依次叠置的第一半绝缘层31、第二半绝缘层32及第三半绝缘层33的叠层结构30；
步骤S40：于所述有源层20上形成外延结构40；其中，所述叠层结构30位于所述有源层20及所述外延结构40相对的两侧，如图5所示。
于上述实施例中的激光器芯片及制备方法中，形成有源层后，在基底上形成包括由下至上依次叠置的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层的叠层结构，并于有源层上形成外延结构；其中，叠层结构位于有源层及外延结构相对的两侧。上述依次叠置的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层形成的叠层结构作为掩埋阻挡层替换传统掩埋型结构中的PN结构，降低激光器芯片的结电容，从而提升激光器的高频带宽；除此之外，叠层结构在激光器芯片中形成窄电流注入通道，激光器芯片整体形成对称波导结构，相较于传统PN结掩埋结构的电流限制通道更小，有利于电流注入；本申请结构从外延结构至有源层全面区域形成高电流限制，仅保留中间区域电流注入通道，提高有源区电流注入效率，改善光场分布对称性，从而提高芯片的发光效率及光耦合效果。
在一个实施例中，如图2所示，步骤S10中提供的基底10的材料可以包括但不仅限于InP材料，即基底10可以包括但不仅限于InP基底。
在一个实施例中，如图3所示，步骤S20中于所述基底10的表面形成有源层20可选用InGaAsP材料应变多量子阱有源层。具体地，可采用金属有机气相外延技术（MetalOrganic Chemical VapourDeposition，MOCVD）沉积有源层，后续制备光栅层，同样采用此技术。
在一个实施例中，如图4所示，步骤S30中于所述基底10上形成包括由下至上依次叠置的第一半绝缘层31、第二半绝缘层32及第三半绝缘层33的叠层结构30。作为示例，所述第一半绝缘层31、所述第二半绝缘层32及所述第三半绝缘层33均包括掺杂金属的InP材料层，掺杂金属包括Fe、Ru、Co或Ni。考虑研究成本和半绝缘特性，采用Fe作为掺杂金属，制备激光器，并对掺杂金属Fe的气体流量进行优化。所述第一半绝缘层31、所述第二半绝缘层32及所述第三半绝缘层33的厚度均为1um~2um，具体地，所述第一半绝缘层31、所述第二半绝缘层32及所述第三半绝缘层33的厚度可以为1um、1.2um、1.3um、1.4um、1.8um或2um等等。此时，第一半绝缘层31、第二半绝缘层32及第三半绝缘层33的厚度可以相同，也可以不同，若叠层结构的厚度越厚，则会增大膜层的生长时间，耗费成本过高，并且叠层结构的外延晶体质量较差；若叠层结构的厚度过薄，阻挡电子的效果变差，易产生较大的漏电流，降低激光器芯片的发光功率和高频带宽。
在一个实施例中，如图5所示，步骤S30中于所述基底上形成包括依次叠置的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层的叠层结构，包括：
采用金属有机气相外延沉积技术于所述有源层20相对两侧的基底10上及所述有源层20上依次形成所述第一半绝缘层31、所述第二半绝缘层32及所述第三半绝缘层33；
去除所述有源层20正上方的第一半绝缘层31、第二半绝缘层32及第三半绝缘层33，沉积所述第一半绝缘层31及所述第三半绝缘层33时掺杂金属源的气体流量均为10sccm-20sccm，沉积所述第二半绝缘层32时掺杂金属源的气体流量为20sccm-40sccm，所述第二半绝缘层32掺杂金属源的气体流量为所述第一半绝缘层31掺杂金属源的气体流量或所述第三半绝缘层33掺杂金属源的气体流量的两倍。
具体地，第一半绝缘层的掺杂流量和第三半绝缘层的掺杂流量均低于第二半绝缘层的掺杂流量，第三半绝缘层离有源层较近，掺杂金属具有一定的扩散效果，如果掺杂流量较高，会扩散进有源层，有源层本身没有掺杂，掺杂金属进入后会导致有源层被破坏，降低发光效率；第一半绝缘层掺杂流量降低也是为了防止扩散进入导电层和电极接触层，为了使电极接触层和金属电极形成欧姆接触，导电层为高掺杂P型InP材料，掺杂金属极易扩散进P型材料，如果扩散太多，可能会导致单电接触等出现半绝缘性质，影响导电；第二半绝缘层掺杂流量高，主要离有源层和电极接触层较远，可以适当高掺杂，有利于提高电阻，从而提高电流阻挡能力，提高激光器芯片的发光效率和高频带宽。
在一个实施例中，所述于所述基底10的表面形成有源层20之后且于所述基底10上形成叠层结构30之前，还包括于所述有源层20的表面形成光栅层50，并在光栅层50远离有源层的表面形成第一掩膜层501，如图6所示，采用干刻技术依次刻蚀光栅层和有源层，接着使用氢氟酸浸泡10min-20min，将第一掩膜层501刻蚀干净，如图7所示。
作为示例，可采用等离子体增强型化学气相沉积方法（PECVD）沉积第一掩膜层501，第一掩膜层501的材料可选用Si3N4或SiO2。
作为示例，可采用电感耦合等离子体设备刻蚀光栅层和有源层，刻蚀气源为Cl2，H2和Ar，刻蚀气源流量为分别为10sccm，30sccm和15sccm。
在一个实施例中，于所述基底10的表面及所述光栅层50的表面形成刻蚀停止层60的步骤，如图8所示；并在刻蚀停止层60远离基底10的表面形成叠层结构30，如图9所示；接着，在叠层结构30的表面形成第二掩膜层301后，去除光栅层50远离有源层20的表面的刻蚀停止层60，以及采用干刻技术去除光栅层正上面的叠层结构，如图10所示。
作为示例，使用金属有机气相外延（MOCVD）沉积刻蚀停止层60，刻蚀停止层包括In1-xGaxAsyP1-y材料层，其中，0.05≤x≤0.3，0.1≤y≤0.5，Ⅴ族元素与Ⅲ族元素摩尔比为3.2-100，以保证所生长的刻蚀停止层具有更强的耐腐蚀性。此外，可采用硫酸溶液浸泡3min-5min去除光栅层正上方的刻蚀停止层。
在一个实施例中，如图11所示，步骤S40中于所述有源层20上形成外延结构40，包括：
步骤S41：于所述光栅层50远离所述有源层20的表面及所述刻蚀停止层60的表面形成导电层41；
步骤S42：于所述导电层41远离所述光栅层50的表面形成电极接触层42。
作为示例，导电层41的材料可选用P型掺杂的InP材料，导电层41的厚度为3um-4um。电极接触层42的材料可选用InGaAs材料，电极接触层42的厚度为100nm-500nm。具体地，导电层和电极接触层同样可采用金属有机气相外延沉积（MOCVD）沉积。因其他区域有第二掩膜层遮盖，导电层和电极接触层选择性区域生长在光栅层的正上方之后且在形成第一金属电极层和第二金属电极层之前，使用氢氟酸浸泡10min-20min将第二掩膜层301刻蚀干净。
在一个实施例中，如图12-13所示，所述制备方法还包括：
步骤S50：于所述叠层结构30远离所述刻蚀停止层60的表面形成绝缘层70；
步骤S60：于所述绝缘层70远离所述叠层结构30的表面及所述电极接触层42远离所述导电层41的表面形成第一金属电极层80；
步骤S70：于所述基底10远离所述叠层结构30的表面形成第二金属电极层90。
作为示例，在形成第一金属电极层之前，还包括将将基底10远离有源层20的一侧减薄抛光处理，以获得100um左右厚度的基底10。
作为示例，第一金属电极层为P面金属电极层，第二金属电极层为N面金属电极层。可使用等离子体化学气相沉积技术（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）形成绝缘层，绝缘层的材料可选用Si3N4或SiO2。
在一个实施例中，请继续参考图12，所述第二金属电极层90、所述基底10、所述有源层20、所述刻蚀停止层60、所述光栅层50、所述叠层结构30、所述外延结构40、所述绝缘层70及所述第一金属电极层80形成半导体结构（图中未标示），所述制备方法还包括：
步骤S80：于所述半导体结构的第一端面形成抗反射镀膜层101；
步骤S90：于所述半导体结构的第二端面形成高反射镀膜层102，所述第一端面与所述第二端面相对设置。
作为示例，在获得上述半导体结构即半成品激光器芯片之后，进行晶圆切割，并依次在半导体的两个端面沉积抗反射镀膜层101和高反射镀膜层102。其中，第一端面为图12中第一金属电极层80的正上方，第二端面为图12中第一金属电极层80的正下方。至此，工艺完成，获得包含叠层结构的激光器芯片。
在一个实施例中，请参考图5，在本申请的一个实施例中提供的一种激光器芯片包括：基底；有源层，位于所述基底的表面；叠层结构，位于所述基底上，所述叠层结构包括由下至上依次叠置的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层；外延结构，位于所述有源层上；其中，所述叠层结构位于所述有源层及所述外延结构相对的两侧。
在一个实施例中，所述第一半绝缘层、所述第二半绝缘层及所述第三半绝缘层均包括掺杂金属的InP材料层，掺杂金属包括Fe、Ru、Co或Ni。
在一个实施例中，所述第一半绝缘层、所述第二半绝缘层及所述第三半绝缘层的厚度均为1um~2um。具体地，所述第一半绝缘层31、所述第二半绝缘层32及所述第三半绝缘层33的厚度可以为1um、1.2um、1.3um、1.4um、1.8um或2um等等。此时，第一半绝缘层31、第二半绝缘层32及第三半绝缘层33的厚度可以相同，也可以不同，若叠层结构的厚度越厚，则会增大膜层的生长时间，耗费成本过高，并且叠层结构的外延晶体质量较差；若叠层结构的厚度过薄，阻挡电子的效果变差，易产生较大的漏电流，降低激光器芯片的发光功率和高频带宽。
在一个实施例中，激光器芯片还包括：光栅层，覆盖所述有源层远离所述基底的表面；刻蚀停止层，位于所述叠层结构与所述基底之间、所述叠层结构与所述有源层之间及所述叠层结构与所述光栅层之间；绝缘层，覆盖所述叠层结构远离所述刻蚀停止层的表面；第一金属电极层，覆盖所述外延结构远离所述光栅层的表面；第二金属电极层，位于所述基底远离所述刻蚀停止层的表面，其中，所述第二金属电极层、所述基底、所述有源层、所述刻蚀停止层、所述光栅层、所述叠层结构、所述外延结构及所述第一金属电极层形成半导体结构；抗反射镀膜层，位于所述半导体结构的第一端面；高反射镀膜层，位于所述半导体结构的第二端面，所述第一端面与所述第二端面相对设置。
在一个实施例中，外延结构包括导电层和电极接触层，所述导电层覆盖所述光栅层远离所述有源层的表面且位于刻蚀停止层的表面，所述电极接触层覆盖所述导电层远离所述光栅层的表面。
在一个实施例中，所述第一半绝缘层31及所述第三半绝缘层33时掺杂金属源的气体流量均为10sccm-20sccm，沉积所述第二半绝缘层32时掺杂金属源的气体流量为20sccm-40sccm，所述第二半绝缘层32掺杂金属源的气体流量为所述第一半绝缘层31掺杂金属源的气体流量或所述第三半绝缘层33掺杂金属源的气体流量的两倍。具体地，第一半绝缘层的掺杂流量和第三半绝缘层的掺杂流量均低于第二半绝缘层的掺杂流量，第三半绝缘层离有源层较近，掺杂金属具有一定的扩散效果，如果掺杂流量较高，会扩散进有源层，有源层本身没有掺杂，掺杂金属进入后会导致有源层被破坏，降低发光效率；第一半绝缘层掺杂流量降低也是为了防止扩散进入导电层和电极接触层，为了使电极接触层和金属电极形成欧姆接触，导电层为高掺杂P型InP材料，掺杂金属极易扩散进P型材料，如果扩散太多，可能会导致单电接触等出现半绝缘性质，影响导电；第二半绝缘层掺杂流量高，主要离有源层和电极接触层较远，可以适当高掺杂，有利于提高电阻，从而提高电流阻挡能力，提高激光器芯片的发光效率和高频带宽。
以下实施例，均以Fe元素为掺杂元素，探究本申请激光器芯片的带宽和发光功率变化，且以下测试的器件性能制备Fe掺杂InP层的生长温度为650℃。
在一个实施例中，图14和15均为将得到的测试数据进行归一化处理后得到的图示。将第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层的掺杂流量分别为10sccm、20sccm、10sccm，设定第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层的厚度均等同，图中X的值为叠层结构的厚度，分别取X1=3um、X2=4um、X3=5um，由图14和图15可知，当X取4um时，激光器芯片的发光效率最优且带宽最大。
在一个实施例中，图16和17均为将得到的测试数据进行归一化处理后得到的图示。基于上述分析，进一步探究Fe掺杂流量对激光器芯片的性能影响。将叠层结构的总厚度设定为4um，第一半绝缘层的Fe掺杂流量记为D1，第二半绝缘层的Fe掺杂流量记为D2，第三半绝缘层的Fe掺杂流量记为D3。第一种情况X1：D1=10sccm，D2=20sccm，D3=10sccm；第二种情况X2：D1=15sccm，D2=30sccm，D3=15sccm；第三种情况X3：D1=20sccm，D2=40sccm，D3=20sccm，由图16和图17中数据曲线可知，当以第二种情况X1的Fe掺杂流量时，激光器芯片的发光效率最优且带宽最大。
在一个实施例中，图18和19均为将得到的测试数据进行归一化处理后得到的图示。基于上述探究结果，以最优条件即叠层结构的厚度为4um，第一半绝缘层的Fe掺杂流量为15sccm，第二半绝缘层的Fe掺杂流量为30sccm，第三半绝缘层的Fe掺杂流量为15sccm，与传统BH结构进行比对。由图18和19可知，在相同电流和相同频率时，无论是发光功率还是高频带宽，本申请激光器芯片的性能均优于传统BH结构激光器的性能。
请注意，上述实施例仅出于说明性目的而不意味对本发明的限制。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种激光器芯片的制备方法，其特征在于，包括：
提供基底；
于所述基底的表面形成有源层；
于所述基底上形成包括由下至上依次叠置的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层的叠层结构；
于所述有源层上形成外延结构；其中，所述叠层结构位于所述有源层及所述外延结构相对的两侧。
2.根据权利要求1所述的激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述第一半绝缘层、所述第二半绝缘层及所述第三半绝缘层均包括掺杂金属的InP材料层，掺杂金属包括Fe、Ru、Co或Ni。
3.根据权利要求1所述的激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述于所述基底上形成包括依次叠置的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层的叠层结构，包括：
采用金属有机气相外延沉积技术于所述有源层相对两侧的基底上及所述有源层上依次形成所述第一半绝缘层、所述第二半绝缘层及所述第三半绝缘层；
去除所述有源层正上方的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层，沉积所述第一半绝缘层及所述第三半绝缘层时掺杂金属源的气体流量均为10sccm-20sccm，沉积所述第二半绝缘层时掺杂金属源的气体流量为20sccm-40sccm，所述第二半绝缘层掺杂金属源的气体流量为所述第一半绝缘层掺杂金属源的气体流量或所述第三半绝缘层掺杂金属源的气体流量的两倍。
4.根据权利要求1所述的激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述第一半绝缘层、所述第二半绝缘层及所述第三半绝缘层的厚度均为1um~2um。
5.根据权利要求1所述的激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述于所述基底的表面形成有源层之后且于所述基底上形成叠层结构之前，还包括于所述有源层的表面形成光栅层；并于所述基底的表面及所述光栅层的表面形成刻蚀停止层的步骤；所述于所述有源层上形成外延结构之前还包括去除所述光栅层远离所述有源层的表面的刻蚀停止层的步骤。
6.根据权利要求5所述的激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述于所述有源层上形成外延结构，包括：
于所述光栅层远离所述有源层的表面及所述刻蚀停止层的表面形成导电层；
于所述导电层远离所述光栅层的表面形成电极接触层。
7.根据权利要求5所述的激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
于所述叠层结构远离所述刻蚀停止层的表面形成绝缘层；
于所述绝缘层远离所述叠层结构的表面及所述电极接触层远离所述导电层的表面形成第一金属电极层；
于所述基底远离所述叠层结构的表面形成第二金属电极层。
8.根据权利要求7所述的激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述第二金属电极层、所述基底、所述有源层、所述刻蚀停止层、所述光栅层、所述叠层结构、所述外延结构、所述绝缘层及所述第一金属电极层形成半导体结构，所述制备方法还包括：
于所述半导体结构的第一端面形成抗反射镀膜层；
于所述半导体结构的第二端面形成高反射镀膜层，所述第一端面与所述第二端面相对设置。
9.一种激光器芯片，其特征在于，包括：
基底；
有源层，位于所述基底的表面；
叠层结构，位于所述基底上，所述叠层结构包括由下至上依次叠置的第一半绝缘层、第二半绝缘层及第三半绝缘层；
外延结构，位于所述有源层上；其中，所述叠层结构位于所述有源层及所述外延结构相对的两侧。
10.根据权利要求9所述的激光器芯片，其特征在于，所述第一半绝缘层、所述第二半绝缘层及所述第三半绝缘层均包括掺杂金属的InP材料层，掺杂金属包括Fe、Ru、Co或Ni。
11.根据权利要求9所述的激光器芯片，其特征在于，所述第一半绝缘层、所述第二半绝缘层及所述第三半绝缘层的厚度均为1um~2um。
12.根据权利要求9所述的激光器芯片，其特征在于，所述激光器芯片还包括：
光栅层，覆盖所述有源层远离所述基底的表面；
刻蚀停止层，位于所述叠层结构与所述基底之间、所述叠层结构与所述有源层之间及所述叠层结构与所述光栅层之间；
绝缘层，覆盖所述叠层结构远离所述刻蚀停止层的表面；
第一金属电极层，覆盖所述外延结构远离所述光栅层的表面；
第二金属电极层，位于所述基底远离所述刻蚀停止层的表面，其中，所述第二金属电极层、所述基底、所述有源层、所述刻蚀停止层、所述光栅层、所述叠层结构、所述外延结构及所述第一金属电极层形成半导体结构；
抗反射镀膜层，位于所述半导体结构的第一端面；
高反射镀膜层，位于所述半导体结构的第二端面，所述第一端面与所述第二端面相对设置。
13.根据权利要求12所述的激光器芯片，其特征在于，所述外延结构包括导电层和电极接触层，所述导电层覆盖所述光栅层远离所述有源层的表面且位于刻蚀停止层的表面，所述电极接触层覆盖所述导电层远离所述光栅层的表面。
CN202110258774.4A 2021-03-10 2021-03-10 激光器芯片及制备方法 Active CN112636178B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110258774.4A CN112636178B (zh) 2021-03-10 2021-03-10 激光器芯片及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110258774.4A CN112636178B (zh) 2021-03-10 2021-03-10 激光器芯片及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112636178A true CN112636178A (zh) 2021-04-09
CN112636178B CN112636178B (zh) 2021-06-01

Family

ID=75297828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110258774.4A Active CN112636178B (zh) 2021-03-10 2021-03-10 激光器芯片及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112636178B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114284865A (zh) * 2021-12-24 2022-04-05 中国科学院半导体研究所 有源反馈分布式反馈激光器及其制作方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1379518A (zh) * 2001-03-30 2002-11-13 阿吉尔系统光电子学监护股份有限公司 使用InALAs或InGaAlAs实现的光电子器件的掺杂剂扩散阻挡
US20090067462A1 (en) * 2006-05-12 2009-03-12 Fujitsu Limited Semiconductor device
US20090213890A1 (en) * 2008-02-27 2009-08-27 Patel C Kumar N Quantum cascade laser
US20130208751A1 (en) * 2012-02-09 2013-08-15 Oclaro Japan, Inc. Optical semiconductor device
CN107528215A (zh) * 2016-06-16 2017-12-29 三菱电机株式会社 半导体元件的制造方法、半导体元件
CN108011295A (zh) * 2016-10-31 2018-05-08 住友电工光电子器件创新株式会社 具有多量子阱结构的半导体激光二极管
CN109616870A (zh) * 2019-01-24 2019-04-12 中国科学院半导体研究所 单片集成互注入型窄线宽半导体激光器
CN110061424A (zh) * 2018-12-07 2019-07-26 深圳市特发信息股份有限公司 一种分布反馈激光器阵列及其制造方法
CN209730439U (zh) * 2019-06-04 2019-12-03 厦门市芯诺通讯科技有限公司 一种高速掩埋dfb半导体激光器
CN111082312A (zh) * 2019-11-29 2020-04-28 河南仕佳光子科技股份有限公司 一种省隔离器边发射光器件及制作方法
CN111181005A (zh) * 2020-03-11 2020-05-19 福建中科光芯光电科技有限公司 光通信用掩埋结构高线性dfb激光器芯片及其制备方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1379518A (zh) * 2001-03-30 2002-11-13 阿吉尔系统光电子学监护股份有限公司 使用InALAs或InGaAlAs实现的光电子器件的掺杂剂扩散阻挡
US20090067462A1 (en) * 2006-05-12 2009-03-12 Fujitsu Limited Semiconductor device
US20090213890A1 (en) * 2008-02-27 2009-08-27 Patel C Kumar N Quantum cascade laser
US20130208751A1 (en) * 2012-02-09 2013-08-15 Oclaro Japan, Inc. Optical semiconductor device
CN107528215A (zh) * 2016-06-16 2017-12-29 三菱电机株式会社 半导体元件的制造方法、半导体元件
CN108011295A (zh) * 2016-10-31 2018-05-08 住友电工光电子器件创新株式会社 具有多量子阱结构的半导体激光二极管
CN110061424A (zh) * 2018-12-07 2019-07-26 深圳市特发信息股份有限公司 一种分布反馈激光器阵列及其制造方法
CN109616870A (zh) * 2019-01-24 2019-04-12 中国科学院半导体研究所 单片集成互注入型窄线宽半导体激光器
CN209730439U (zh) * 2019-06-04 2019-12-03 厦门市芯诺通讯科技有限公司 一种高速掩埋dfb半导体激光器
CN111082312A (zh) * 2019-11-29 2020-04-28 河南仕佳光子科技股份有限公司 一种省隔离器边发射光器件及制作方法
CN111181005A (zh) * 2020-03-11 2020-05-19 福建中科光芯光电科技有限公司 光通信用掩埋结构高线性dfb激光器芯片及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114284865A (zh) * 2021-12-24 2022-04-05 中国科学院半导体研究所 有源反馈分布式反馈激光器及其制作方法
CN114284865B (zh) * 2021-12-24 2023-07-21 中国科学院半导体研究所 有源反馈分布式反馈激光器及其制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112636178B (zh) 2021-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108233175B (zh) 一种掩埋AlGaInAs DFB激光器的制作方法
GB2267602A (en) Method of making semiconductor laser
CN103022897B (zh) 超辐射发光二极管及其制作方法
CN109217108B (zh) 利用杂质诱导混杂技术制作半导体激光器的方法
US8633041B2 (en) Method for manufacturing quantum cascade laser
CN112072466A (zh) 一种半导体激光器及其制备方法
CN111769436B (zh) 一种分布式反馈激光器芯片及其制备方法
CN109728120A (zh) 一种高可靠nip结构台面型光电二极管及其制作方法
CN109149368B (zh) 渐变掺杂宽波导带间级联激光器及其制备方法
US9153942B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device
CN111181005A (zh) 光通信用掩埋结构高线性dfb激光器芯片及其制备方法
CN112636178B (zh) 激光器芯片及制备方法
CN113054529A (zh) 光通信o波段硅基高速半导体激光芯片及其制造方法
CN110098562B (zh) 一种高速掩埋dfb半导体激光器及其制备方法
CN112259649B (zh) 一种超辐射发光二极管及其制作方法
CN211670427U (zh) 光通信用掩埋结构高线性dfb激光器芯片
CN219086444U (zh) 一种半导体激光器
CN105280763B (zh) 一种超辐射发光二极管的制作方法及制得的发光二极管
US20210242663A1 (en) Optical semiconductor element and method of manufacturing the same and optical integrated semiconductor element and method of manufacturing the same
JP3825652B2 (ja) 半導体光素子
CN113745968A (zh) 一种半导体激光器及其制备方法
CN112134143B (zh) 氮化镓基激光器及其制备方法
CN105826814A (zh) 磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法
JP2003101125A (ja) 導波路型光素子
US6664610B2 (en) Bipolar transistor and the method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant