CN112821200A - 一种脊型波导半导体激光器及其制备方法 - Google Patents

一种脊型波导半导体激光器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112821200A
CN112821200A CN202110157669.1A CN202110157669A CN112821200A CN 112821200 A CN112821200 A CN 112821200A CN 202110157669 A CN202110157669 A CN 202110157669A CN 112821200 A CN112821200 A CN 112821200A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
ridge waveguide
semiconductor laser
waveguide
type
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.)
Pending
Application number
CN202110157669.1A
Other languages
English (en)
Inventor
周坤
杜维川
何林安
李弋
高松信
唐淳
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 Applied Electronics of CAEP
Original Assignee
Institute of Applied Electronics of CAEP
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 Applied Electronics of CAEP filed Critical Institute of Applied Electronics of CAEP
Priority to CN202110157669.1A priority Critical patent/CN112821200A/zh
Publication of CN112821200A publication Critical patent/CN112821200A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • 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

Landscapes

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

Abstract

本发明公开了一种脊型波导半导体激光器及其制备方法，属于半导体激光器件的技术领域，该结构的激光器制备在N型衬底层上，由衬底层往上依次为N型下限制层、N型下波导层、量子阱有源层、P型上波导层、P型上限制层、P型接触层、牺牲层；在半导体激光器外延结构表面外延生长一牺牲层，该层材料可通过选择性腐蚀去除，在制备脊型波导时可通过自对准的工艺制备电极窗口，避免了电极窗口光刻时的对准问题，进而可降低工艺难度，提高脊型波导半导体激光器的一致性和可靠性。

Description

一种脊型波导半导体激光器及其制备方法
技术领域
本发明属于半导体激光器件的技术领域，具体而言，涉及一种脊型波导半导体激光器及其制备方法。
背景技术
半导体激光器由于具有结构紧凑、成本较低、光场易于调控等优点，被广泛应用于泵浦固体和光纤激光器、材料加工、激光医疗等方面。其中，脊型波导激光器可实现慢轴方向单模工作，可作为激光种子源。
但单模脊型波导激光器通常脊型波导的宽度约为几微米，这导致制备工艺中电极窗口与波导的对准难度较大，除非采用先进的光刻技术，而电极窗口的偏差将导致脊型波导电注入困难，损耗增加，引起可靠性不足等问题。
发明内容
鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种脊型波导半导体激光器及其制备方法以达到能通过常规光刻技术实现脊型波导电注入窗口高精度对准的目的。
本发明所采用的技术方案为：一种脊型波导半导体激光器的制备方法，该制备方法包括：
S1：在衬底层上依次生长下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、上限制层、接触层和牺牲层，以形成外延片；
S2：在外延片的表面上蒸镀硬掩膜；
S3：通过在硬掩膜上光刻以定义脊型波导图形，通过脊型波导图形对硬掩膜刻蚀；
S4：刻蚀牺牲层、接触层以及上限制层形成脊型波导；
S5：在脊型波导中对牺牲层作侧向腐蚀；
S6：在脊型波导表面上蒸镀绝缘膜；
S7：将牺牲层腐蚀剥离，以在脊型波导的上表面上形成电极窗口；
上述工艺流程中，在半导体激光器外延结构表面外延生长一牺牲层，该牺牲层可通过选择性腐蚀去除，因此，在制备脊型波导时，可通过自对准的工艺选择性腐蚀去除牺牲层，进而制备电极窗口。
进一步地，所述下限制层和下波导层的导电类型为N型，上波导层、上限制层和接触层的导电类型为P型。
进一步地，所述牺牲层的掺杂类型可为N型、P型或非掺杂，在实际应用时，根据实际情况适应性的选择。
进一步地，所述牺牲层的厚度为200-1000nm。
进一步地，所述硬掩膜为金属、氧化物或氮化物，且硬掩膜的厚度为100-1000nm。
进一步地，所述牺牲层采用与接触层晶格匹配的材料，不影响激光器的光-电特性。
进一步地，所述牺牲层的侧向腐蚀深度大于200nm。
进一步地，所述牺牲层通过选择性腐蚀进行侧向腐蚀，进而通过自对准的工艺制备电极窗口。
进一步地，所述绝缘膜为氧化硅或氮化硅，且绝缘膜的厚度为100-300nm。
在本发明中还公开了一种脊型波导半导体激光器，包括衬底层，该半导体激光器还包括：
由衬底层依次往上生长的下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、上限制层和接触层；
其中，由上限制层和接触层形成脊型波导，脊型波导的上表面设有电极窗口且电极窗口的两侧设有覆盖于脊型波导和上波导层的表面上的绝缘膜。
本发明的有益效果为：
1.采用本发明所提供的脊型波导半导体激光器的制备方法，其通过一次延长生长牺牲层，同时，在后期对牺牲层进行腐蚀剥离，进而实现对电极窗口的制备对准精度高，无需采用复杂的光刻技术，减少光刻次数，降低工艺复杂度，可显著提高器件的性能、一致性以及可靠性。
附图说明
图1是本发明所提供的脊型波导半导体激光器的制备方法在步骤S1中的结构示意图；
图2是本发明所提供的脊型波导半导体激光器的制备方法在步骤S3中的结构示意图；
图3是本发明所提供的脊型波导半导体激光器的制备方法在步骤S4中的结构示意图；
图4是本发明所提供的脊型波导半导体激光器的制备方法在步骤S5中的结构示意图；
图5是本发明所提供的脊型波导半导体激光器的制备方法在步骤S6中的结构示意图；
图6是本发明所提供的脊型波导半导体激光器的制备方法在步骤S7中的结构示意图；
附图中标注如下：
1-N型衬底层，2-N型下限制层，3-N型下波导层，4-量子阱有源层，5-P型上波导层，6-P型上限制层，7-P型接触层，8-牺牲层，9-硬掩模，10-绝缘膜。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
在本实施例中具体提供了一种脊型波导半导体激光器的制备方法，通过该制备方法实现对电极窗口的制备对准精度高，无需采用复杂的光刻技术，减少光刻次数，降低工艺复杂度，可显著提高器件的性能、一致性以及可靠性，该制备方法包括：
S1：如图1所示，在衬底层上依次生长下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、上限制层、接触层和牺牲层，以形成外延片；其中，所述下限制层和下波导层的导电类型为N型，上波导层、上限制层和接触层的导电类型为P型。该外延片的生长具体如下：在N型GaAs材料的衬底层上，依次生长1000nm厚且材料为Al0.42Ga0.58As的N型下限制层、1600nm厚且材料为Al0.15Ga0.85As的N型下波导层、8nm厚且材料为In0.2Ga0.8As的量子阱有源层、700nm厚且材料为Al0.15Ga0.85As的P型上波导层、700nm厚且材料为Al0.42Ga0.58As的P型上限制层、200nm厚且材料为GaAs的P型接触层、500nm厚且材料为Ga0.49In0.51P牺牲层。
采用此方式设计的优势在于：牺牲层在激光器外延时一并生长，同时牺牲层采用与GaAs晶格匹配的Ga0.49In0.51P材料，不影响激光器的光-电特性、可通过HCl溶液作选择性腐蚀。在实际应用时，牺牲层的掺杂类型可为N型、P型或非掺杂，且牺牲层的厚度为200-1000nm之间。
S2：在外延片的表面上蒸镀硬掩膜，硬掩膜为金属、氧化物或氮化物，且硬掩膜的厚度为100-1000nm；在本实施例中，蒸镀SiO2硬掩模且厚度为500nm。
S3：如图2所示，通过在硬掩膜上光刻以定义脊型波导图形，通过脊型波导图形对硬掩膜刻蚀，以通过刻蚀将硬掩膜刻蚀成脊型波导形状。
S4：如图3所示，采用ICP干法刻蚀，刻蚀深度是1400nm，即刻蚀牺牲层、接触层以及上限制层形成脊型波导，脊型波导的宽度为3000nm；当然，在实际应用时，也可采用湿法刻蚀脊型波导。
S5：如图4所示，采用湿法腐蚀在脊型波导中对牺牲层作侧向腐蚀，牺牲层的侧向腐蚀深度需大于200nm，具体的，采用采用HCl:HO2＝2:1溶液进行侧向腐蚀；在本实施例中，将牺牲层腐蚀至侧向深度为500nm。
S6：如图5所示，在脊型波导表面上蒸镀绝缘膜，绝缘膜则会覆盖在硬掩膜、上波导层、上限制层以及接触层的外部表面上，绝缘膜为氧化硅，采用PECVD蒸镀且绝缘膜的厚度为300nm；在实际应用时，所述绝缘膜可选用为氧化硅或氮化硅，且绝缘膜的厚度为100-300nm。
S7：如图6所示，采用湿法腐蚀将牺牲层腐蚀剥离，牺牲层的剥离去除采用HCl:HO2＝2:1溶液，将脊型波导中接触层上方的所有材料全部去除(即牺牲层在接触层上的遮挡部分则会裸露出来)，以在脊型波导的上表面上形成电极窗口，电极窗口的侧部1则为绝缘膜。
实施例2
在实施例1中具体提供了一种脊型波导半导体激光器的制备方法，在该制备方法中前提下，在本实施例中，应用该制备方法加工制造脊型波导半导体激光器，如图6所示，该半导体激光器还包括：衬底层，由衬底层依次往上生长的下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、上限制层和接触层；其中，由上限制层和接触层形成脊型波导，脊型波导的上表面设有电极窗口且电极窗口的两侧设有覆盖于脊型波导和上波导层的表面上的绝缘膜。对于各个层的具体设计如下：
采用1000nm厚且材料为Al0.42Ga0.58As的N型下限制层、1600nm厚且材料为Al0.15Ga0.85As的N型下波导层、8nm厚且材料为In0.2Ga0.8As的量子阱有源层、700nm厚且材料为Al0.15Ga0.85As的P型上波导层、700nm厚且材料为Al0.42Ga0.58As的P型上限制层、200nm厚且材料为GaAs的P型接触层，以及绝缘膜为氧化硅且厚度为300nm。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脊型波导半导体激光器的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
S1：在衬底层上依次生长下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、上限制层、接触层和牺牲层，以形成外延片；
S2：在外延片的表面上蒸镀硬掩膜；
S3：通过在硬掩膜上光刻以定义脊型波导图形，通过脊型波导图形对硬掩膜刻蚀；
S4：刻蚀牺牲层、接触层以及上限制层形成脊型波导；
S5：在脊型波导中对牺牲层作侧向腐蚀；
S6：在脊型波导表面上蒸镀绝缘膜；
S7：将牺牲层腐蚀剥离，以在脊型波导的上表面上形成电极窗口。
2.根据权利要求1所述的脊型波导半导体激光器的制备方法，其特征在于，所述下限制层和下波导层的导电类型为N型，上波导层、上限制层和接触层的导电类型为P型。
3.根据权利要求1所述的脊型波导半导体激光器的制备方法，其特征在于，所述牺牲层的掺杂类型可为N型、P型或非掺杂。
4.根据权利要求1所述的脊型波导半导体激光器的制备方法，其特征在于，所述牺牲层的厚度为200-1000nm。
5.根据权利要求1所述的脊型波导半导体激光器的制备方法，其特征在于，所述硬掩膜为金属、氧化物或氮化物，且硬掩膜的厚度为100-1000nm。
6.根据权利要求1所述的脊型波导半导体激光器的制备方法，其特征在于，所述牺牲层采用与接触层晶格匹配的材料。
7.根据权利要求1所述的脊型波导半导体激光器的制备方法，其特征在于，所述牺牲层的侧向腐蚀深度大于200nm。
8.根据权利要求1所述的脊型波导半导体激光器的制备方法，其特征在于，所述牺牲层通过选择性腐蚀进行侧向腐蚀。
9.根据权利要求1所述的脊型波导半导体激光器的制备方法，其特征在于，所述绝缘膜为氧化硅或氮化硅，且绝缘膜的厚度为100-300nm。
10.一种脊型波导半导体激光器，该脊型波导半导体激光器基于如权利要求1-9任意一项所述的脊型波导半导体激光器的制备方法，其特征在于，该半导体激光器包括衬底层，该半导体激光器还包括：
由衬底层依次往上生长的下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、上限制层和接触层；
其中，由上限制层和接触层形成脊型波导，脊型波导的上表面设有电极窗口且电极窗口的两侧设有覆盖于脊型波导和上波导层的表面上的绝缘膜。
CN202110157669.1A 2021-02-05 2021-02-05 一种脊型波导半导体激光器及其制备方法 Pending CN112821200A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110157669.1A CN112821200A (zh) 2021-02-05 2021-02-05 一种脊型波导半导体激光器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110157669.1A CN112821200A (zh) 2021-02-05 2021-02-05 一种脊型波导半导体激光器及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112821200A true CN112821200A (zh) 2021-05-18

Family

ID=75861563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110157669.1A Pending CN112821200A (zh) 2021-02-05 2021-02-05 一种脊型波导半导体激光器及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112821200A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113659437A (zh) * 2021-06-30 2021-11-16 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种高亮度条型半导体激光器及其制备方法
CN114825046A (zh) * 2022-06-27 2022-07-29 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 一种半导体发光结构及其制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08130343A (ja) * 1994-10-31 1996-05-21 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体レーザの製造方法
US6731663B1 (en) * 2000-03-28 2004-05-04 The Furukawa Electric Co., Ltd. Ridge waveguide type semiconductor laser device
US20060045155A1 (en) * 2004-08-31 2006-03-02 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd Method of fabricating laser diode
CN106785911A (zh) * 2017-01-22 2017-05-31 中国科学院半导体研究所 窄脊半导体器件的制备方法
CN107069433A (zh) * 2017-06-20 2017-08-18 中国科学院半导体研究所 GaN基紫外激光器晶圆、激光器芯片及激光器及其制备方法
CN107204567A (zh) * 2017-07-11 2017-09-26 中国科学院半导体研究所 GaN基激光器及其制备方法
CN109494567A (zh) * 2018-12-07 2019-03-19 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种减小脊间串扰的多脊型半导体激光器及其制备方法
CN110050396A (zh) * 2016-12-14 2019-07-23 三菱电机株式会社 光半导体装置的制造方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08130343A (ja) * 1994-10-31 1996-05-21 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体レーザの製造方法
US6731663B1 (en) * 2000-03-28 2004-05-04 The Furukawa Electric Co., Ltd. Ridge waveguide type semiconductor laser device
US20060045155A1 (en) * 2004-08-31 2006-03-02 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd Method of fabricating laser diode
CN110050396A (zh) * 2016-12-14 2019-07-23 三菱电机株式会社 光半导体装置的制造方法
CN106785911A (zh) * 2017-01-22 2017-05-31 中国科学院半导体研究所 窄脊半导体器件的制备方法
CN107069433A (zh) * 2017-06-20 2017-08-18 中国科学院半导体研究所 GaN基紫外激光器晶圆、激光器芯片及激光器及其制备方法
CN107204567A (zh) * 2017-07-11 2017-09-26 中国科学院半导体研究所 GaN基激光器及其制备方法
CN109494567A (zh) * 2018-12-07 2019-03-19 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种减小脊间串扰的多脊型半导体激光器及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113659437A (zh) * 2021-06-30 2021-11-16 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种高亮度条型半导体激光器及其制备方法
CN114825046A (zh) * 2022-06-27 2022-07-29 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 一种半导体发光结构及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102368591B (zh) 一种条形掩埋分布反馈半导体激光器的制作方法
CN112821200A (zh) 一种脊型波导半导体激光器及其制备方法
JP4274504B2 (ja) 半導体薄膜構造体
EP1719003B1 (en) Buried heterostructure device fabricated by single step mocvd
CN106654857A (zh) 一种高光束质量大规模vcsel同相耦合阵列
CN109728120A (zh) 一种高可靠nip结构台面型光电二极管及其制作方法
CN112072466A (zh) 一种半导体激光器及其制备方法
CN115693403A (zh) 一种GaAs FP激光芯片及其制备方法
CN110932093A (zh) 一种vcsel激光器制备方法
CN112787217A (zh) 一种波长锁定的高效率半导体激光器及其制备方法
CN116454728B (zh) 分布式反馈激光二极管、应用及制备方法
CN111162447B (zh) 一种电极窗口、具有电极窗口的半导体器件的制作方法
CN115133397B (zh) 脊波导半导体激光器及其制备方法
CN113258442B (zh) 垂直腔面发射激光器及其制备方法
CN112636178B (zh) 激光器芯片及制备方法
CN105826814A (zh) 磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法
CN114336287A (zh) 基于共面电极配置的倏逝波耦合硅基激光器及其制备方法
KR100821364B1 (ko) 보호막을 이용한 자기정렬 릿지 도파로 반도체 레이저다이오드 및 광 모드 변환기의 제조방법
US4694311A (en) Planar light-emitting diode
CN114024209B (zh) 一种氮化镓基微米线激光器及其制备方法
CN110048305B (zh) 石墨烯-介质dbr单模垂直腔面发射激光器及其制备方法
KR100234001B1 (ko) 양자세선 레이저 다이오드 제작방법
TWI819895B (zh) 半導體雷射及半導體雷射製造方法
KR100396675B1 (ko) 플라즈마 처리를 이용한 청색 반도체 레이저의 제조 방법
US20230317877A1 (en) Semiconductor light-emitting device and manufacturing method thereof

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210518