CN113394657A - 激光芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种激光芯片及其制备方法，该方法包括提供激光外延结构，激光外延结构包括有源层以及依次层叠于有源层上的包覆层和接触层；在接触层上覆盖第一掩膜层，并对第一掩膜层进行开窗以形成第一窗口区；经第一窗口区对接触层进行一次蚀刻，以形成与第一窗口区对应且外露包覆层的第二窗口区；经第一窗口区和第二窗口区对包覆层和有源层进行锌扩散；去除第一掩膜层；在接触层上覆盖第二掩膜层，并对第二掩膜层进行开窗以形成第三窗口区，其中第三窗口区在接触层的投影位于第二窗口区的外围；经第三窗口区对接触层进行二次蚀刻，以将第二窗口区扩大成与第三窗口区对应。通过上述方式，可以有效的提高灾变性光学镜面损伤阈值。
Description
技术领域
本发明涉及激光器领域，特别涉及一种激光芯片及其制备方法。
背景技术
增大光输出功率、提高可靠性和工作寿命一直是半导体激光器领域的研究重点，而灾变性光学镜面损伤是影响半导体激光器最大输出功率和可靠性不可忽视的重要因素，灾变性光学镜面损伤是指激光器腔面区域吸收谐振腔内部较高的光辐射后，导致该处温度超过其熔点，从而发生腔面融化的一种灾变性破坏。
提升灾变性光学镜面损伤阈值的方法一般是减少腔面对光的吸收，现有技术中，一般是采用外延再生长的方式在腔面的附件区域重新外延生成宽带隙材料，进而形成相关的透明窗口用于输出光，从而减少腔面对光的吸收。但是外延再生长的工艺比较复杂，且成本较高，且可能会出现外延区域的衔接问题，进而影响到器件性能。
发明内容
本发明提供一种激光芯片及其制备方法，以解决现有技术提高灾变性光学镜面损伤阈值工艺较复杂的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种激光芯片的制备方法，所述方法包括：提供激光外延结构，所述激光外延结构包括有源层以及依次层叠于所述有源层上的包覆层和接触层；在所述接触层上覆盖第一掩膜层，并对所述第一掩膜层进行开窗以形成第一窗口区；经所述第一窗口区对所述接触层进行一次蚀刻，以形成与所述第一窗口区对应且外露所述包覆层的第二窗口区；经所述第一窗口区和所述第二窗口区对所述包覆层和所述有源层进行锌扩散；去除所述第一掩膜层；在所述接触层上覆盖第二掩膜层，并对所述第二掩膜层进行开窗以形成第三窗口区，其中所述第三窗口区在所述接触层的投影位于所述第二窗口区的外围；经所述第三窗口区对所述接触层进行二次蚀刻，以将所述第二窗口区扩大成与所述第三窗口区对应。
根据本发明提供的一实施方式，所述经所述第一窗口区和所述第二窗口区对所述包覆层和所述有源层进行锌扩散的步骤包括：在所述第一掩膜层以及经所述第一窗口区和所述第二窗口区外露的所述包覆层上覆盖锌扩散层；通过热处理方式使所述锌扩散层中的锌向所述包覆层和所述有源层进行扩散。
根据本发明提供的一实施方式，所述通过热处理方式使所述锌扩散层中的锌向所述包覆层和所述有源层进行扩散之前还包括：在所述锌扩散层上覆盖氧化硅层。
根据本发明提供的一实施方式，所述通过热处理方式使所述锌扩散层中的锌向所述包覆层和所述有源层进行扩散之后还包括：依次去除所述氧化硅层与所述锌扩散层。
根据本发明提供的一实施方式，所述热处理方式的处理温度大于或等于600℃。
根据本发明提供的一实施方式，所述制备方法还包括：在所述接触层上设置绝缘层；在所述绝缘层与所述接触层上覆盖接触金属层；其中，所述第二窗口区被所述绝缘层所填充。
根据本发明提供的一实施方式，所述一次蚀刻为溶液湿刻或者机械干刻。
根据本发明提供的一实施方式，所述第一窗口区的尺寸大于或等于5um，小于或等于15um。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种激光芯片，所述激光芯片包括激光外延结构，所述激光外延结构包括有源层以及依次层叠于所述有源层上的包覆层和接触层，所述接触层上形成有外露所述包覆层的窗口区，所述有源层和包覆层内形成有锌扩散区，其中所述窗口区在所述包覆层上的投影位于所述锌扩散区的外围，并与所述锌扩散区间隔一定距离。
根据本发明提供的一实施方式，所述激光芯片还包括依次层叠于所述接触层上的绝缘层与接触金属层，其中所述窗口区被所述绝缘层所填充。
有益效果：区别于现有技术，本申请通过先在接触层覆盖第一掩膜层，并对第一掩膜层进行开窗形成第一窗口区，并进而根据第一窗口区对接触层进行蚀刻形成第二窗口区以显露出包覆层，随后可以在覆盖锌扩散层，并通过热处理方式实现锌扩散，进而使得在包覆层与有源层形成锌扩散区，从而可以有效的使得腔面局域的量子阱组分原子可以发生相互扩散，进而可以提升腔面局域的带隙宽度，进而可以减少腔面局域对光的吸收，提高灾变性光学镜面损伤阈值，进而提升整个激光芯片的寿命与质量。一方面，相比直接在激光外延结构进行扩散而言，本申请通过开窗的方式可以使得锌扩散层更接近量子阱，从而可以提升扩散效率，并可以防止热处理时间过长导致激光芯片的其他层出现掺杂的问题，从而不会对激光芯片的其他层造成负面影响。另一方面，先对接触层覆盖第一掩膜层，而非先在接触层上进行开窗后覆盖第一掩膜层，可以防止第一掩膜层由于高低层次(一部分位于接触层的窗口区内，一部分部分位于接触层上)在热处理方式的环境下由于热应力出现断裂，进而解决第一掩膜层断裂而导致第一掩膜层失效的问题。
附图说明
图1是本申请提供的激光芯片的制备方法第一实施例的流程示意图；
图2是图1中激光外延结构的一实施方式的结构示意图；
图3是图1中激光外延结构的另一实施方式的结构示意图；
图4是图1中激光外延结构的另一实施方式的结构示意图；
图5是图1中激光外延结构的另一实施方式的结构示意图；
图6是图1中步骤S14的子步骤的流程示意图；
图7是图1中激光外延结构的另一实施方式的结构示意图；
图8是图1中激光外延结构的另一实施方式的结构示意图；
图9是图1中激光外延结构的另一实施方式的结构示意图；
图10是图1中激光外延结构的另一实施方式的结构示意图；
图11是图1中激光外延结构的另一实施方式的结构示意图；
图12是本申请提供的激光芯片的制备方法第二实施例的流程示意图；
图13是图1中激光外延结构的另一实施方式的结构示意图；
图14是本申请提供的激光芯片一实施方式的结构示意图；
图15是本申请提供的激光芯片另一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1所示，图1是本申请提供的激光芯片的制备方法的第一实施方式的流程示意图，具体包括步骤：
S11，提供激光外延结构，激光外延结构包括有源层以及依次层叠于有源层上的包覆层和接触层。
如图2所示，提供一种激光外延结构10，该激光外延结构10包括有有源层100、包覆层200以及接触层300。其中，包覆层200与接触层300依次层叠于有源层100上。
S12，在接触层上覆盖第一掩膜层，并对第一掩膜层进行开窗以形成第一窗口区。
如图3和图4所示，在接触层300上覆盖第一掩膜层310，并对第一掩膜层310进行开窗从而在第一掩膜层310上形成第一窗口区311，并可以通过第一窗口区311可以显露出接触层300。
可选的，第一掩膜层310具体可以是SiNx层。
可选的，第一窗口区311的尺寸具体可以根据所需的谐振腔的尺寸进行预设，可以大于或等于5um，小于或等于15um。例如可以是5um、10um或者15um。
S13，经第一窗口区对接触层进行一次蚀刻，以形成与第一窗口区对应且外露包覆层的第二窗口区。
如图5所示，经由第一窗口区311对接触层300进行一次蚀刻，从而可以在接触层300上形成第二窗口区320，包覆层200可以通过第二窗口区320进行显露。
其中，该第二窗口区320与第一窗口区311相对应且与第一窗口区311的尺寸相等，即第一窗口区311与第二窗口区320在包覆层200上的投影重叠。
可选的，一次蚀刻具体可以是溶液湿刻或者机械干刻。由于接触层300与包覆层200的成分有所区别，则可以采用预设比例的溶液对接触层300进行蚀刻而不会影响到包覆层200，或者也可以通过蚀刻刀按照接触层300的厚度对接触层300进行机械干刻。
S14，经第一窗口区和第二窗口区对包覆层和有源层进行锌扩散。
经第一窗口区311和第二窗口区320对包覆层200和有源层100进行锌扩散。
请参阅图6，图6为图1步骤S14的子步骤，具体包括如下步骤：
S141，在第一掩膜层以及经第一窗口区和第二窗口区外露的包覆层上覆盖锌扩散层。
如图7所示，在第一掩膜层310以及经第一窗口区311和第二窗口区320所外露的包覆层200上覆盖锌扩散层330。
可选的，锌扩散层330具体可以为ZnO:SiO2，具体可以采用溅镀方式在第一掩膜层310与外露的包覆层200上形成锌扩散层330。
S142，在锌扩散层上覆盖氧化硅层。
在可选实施例中，可以进一步在锌扩散层330上覆盖氧化硅层340。通过进一步覆盖氧化硅层340，可以使得锌扩散层330与包覆层200具有更好的贴合效果，进而可以增强锌扩散效果。
S143，通过热处理方式使锌扩散层中的锌向包覆层和有源层进行扩散。
通过热处理方式从而使得锌扩散层330中的锌可以向包覆层200以及有源层100进行扩散。
如图7和图8所示，在热处理方式的环境下，锌扩散层330中的锌开始朝向包覆层200的方向进行扩散，并进一步扩散到有源层100中，从而实现包覆层200以及有源层100的原子扩散，并在包覆层200以及有源层100形成锌扩散区110。
可选的，由于激光外延结构10的各层为亚稳态界面，且锌原子具有较强的扩散性，因此通过对包覆层200以及有源层100进行锌扩散，从而使得激光外延结构10中的腔面局域的量子阱组分原子可以发生相互扩散，进而可以提升腔面局域的带隙宽度，进而可以减少腔面局域对光的吸收，提高灾变性光学镜面损伤阈值，进而提升整个激光芯片的寿命与质量。
可选的，热处理方式的处理温度具体可以大于或等于600摄氏度。
上述实施例的步骤S141中，由于不仅仅在第一窗口区311和第二窗口区320外露的包覆层200上覆盖锌扩散层330，还进一步在第一掩膜层310上覆盖锌扩散层330，可以在后续的锌扩散过程中，位于第一掩膜层310上的锌扩散层330可以给位于第一窗口311区和第二窗口区320的第二掩膜层330源源不断提供锌原子，从而使得包覆层200上的锌原子浓度能够保持在较高水平，进而可以提高整个锌扩散的效果。
S144，依次去除氧化硅层与锌扩散层。
在完成锌扩散后，则可以依次去除氧化硅层340与锌扩散层330。
上述实施例中，通过先在接触层300覆盖第一掩膜层310，并对第一掩膜层310进行开窗形成第一窗口区311，并进而根据第一窗口区311对接触层300进行蚀刻形成第二窗口区320以显露出包覆层200，随后可以在覆盖锌扩散层330，并通过热处理方式实现锌扩散，进而使得在包覆层200与有源层100形成锌扩散区110，从而可以有效的使得腔面局域的量子阱组分原子可以发生相互扩散，进而可以提升腔面局域的带隙宽度，进而可以减少腔面局域对光的吸收，提高灾变性光学镜面损伤阈值，进而提升整个激光芯片的寿命与质量。一方面，相比直接在激光外延结构10进行扩散而言，本申请通过开窗的方式可以使得锌扩散层330更接近量子阱，从而可以提升扩散效率，并可以防止热处理时间过长导致激光芯片的其他层出现掺杂的问题，从而不会对激光芯片的其他层造成负面影响。另一方面，先对接触层300覆盖第一掩膜层310，而非先在接触层300上进行开窗后覆盖第一掩膜层310，可以防止第一掩膜层310由于高低层次(一部分位于接触层300的窗口区内，一部分部分位于接触层300上)在热处理方式的环境下由于热应力出现断裂，进而解决第一掩膜层310断裂而导致第一掩膜层310失效的问题。
S15，去除第一掩膜层。
在完成锌扩散后，则可以去除第一掩膜层310。
S16，在接触层上覆盖第二掩膜层，并对第二掩膜层进行开窗以形成第三窗口区，其中第三窗口区在接触层的投影位于第二窗口区的外围。
如图9所示，在去除第一掩膜层310后，可以进一步在接触层300上覆盖第二掩膜层370。并对第二掩膜层370进行开窗从而在第二掩膜层370上形成第三窗口区371，其中第三窗口区371在接触层300的投影位于第二窗口区320的外围。即第二窗口区320在接触层300上的投影位于第三窗口区371在接触层300的投影的内围区域。
可选的，第二掩膜层370具体可以为光刻掩膜。
S17，经第三窗口区对接触层进行二次蚀刻，以将第二窗口区扩大成与第三窗口区对应。
如图10和图11所示，通过第三窗口区371对接触层300进行二次蚀刻，从而将第二窗口区320扩大成与第三窗口区371对应。可选的，可以采用另一预设比例的溶液对接触层300进行湿刻。
在蚀刻完成后，可以去除第二掩膜层370。
上述实施例中，通过在接触层300上覆盖第二掩膜层370，并在第二窗口区320的基础上在第二掩膜层370上进行开窗，并蚀刻接触层300以将第二窗口区320进行扩大，从而可以直接定位到锌扩散的区域，相比现有一些通过离子注射等方式实现锌扩散的方法而言，无需重新去定位锌扩散的区域，可以直接将锌扩散的区域作为激光谐振腔的区域，进而可以有效简化工艺，减少制作成本。
综上所述，本申请通过先在接触层300覆盖第一掩膜层310，并对第一掩膜层310进行开窗形成第一窗口区311，并进而根据第一窗口区311对接触层300进行蚀刻形成第二窗口区320以显露出包覆层200，随后可以在覆盖锌扩散层330，并通过热处理方式实现锌扩散，进而使得在包覆层200与有源层100形成锌扩散区110，从而可以有效的使得腔面局域的量子阱组分原子可以发生相互扩散，进而可以提升腔面局域的带隙宽度，进而可以减少腔面局域对光的吸收，提高灾变性光学镜面损伤阈值，进而提升整个激光芯片的寿命与质量。且进一步的，通过在接触层300上覆盖第二掩膜层370，并在第二窗口区320的基础上在第二掩膜层370上进行开窗，并蚀刻接触层300以将第二窗口区320进行扩大，从而可以直接定位到锌扩散的区域，相比现有一些通过离子注射等方式实现锌扩散的方法而言，无需重新去定位锌扩散的区域，可以直接将锌扩散的区域作为激光谐振腔的区域，进而可以有效简化工艺，减少制作成本。
如图12所示，图12是本申请提供的激光芯片的制备方法的第二实施方式的流程示意图，具体包括步骤：
S21，在接触层上设置绝缘层。
如图13所示，在接触层300上进一步设置绝缘层400。且第二窗口区320被绝缘层400所填充。可选的，该绝缘层400在接触层300的投影位于第二窗口区320的外围。
如图13所示，绝缘层400主要围绕第二窗口区320进行设置，并没有对整个接触层300进行全覆盖。
S22，在所述绝缘层与所述接触层上覆盖接触金属层。
随后，在绝缘层400与接触层300上进一步覆盖接触金属层500。
上述实施例中，通过进一步在接触层300上设置绝缘层400，并在绝缘层400与接触层300上覆盖接触金属层500，从而完成激光芯片的制备。
如图14所示，本申请还提供一种激光芯片1，该激光芯片1包括基板20以及设置于基板20上的激光外延结构10，该激光外延结构10包括有有源层100以及依次层叠于有源层100上的包覆层200和接触层300，接触层300上形成有外露包覆层200的窗口区350，有源层100和包覆层200内形成有锌扩散区110，其中窗口区350在包覆层200上的投影位于锌扩散区110的外围，并与锌扩散区110间隔一定距离。
如图15所示，激光芯片1还包括依次层叠于接触层300上的绝缘层400与接触金属层500，其中窗口区350被绝缘层400所填充。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结果或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种激光芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
提供激光外延结构，所述激光外延结构包括有源层以及依次层叠于所述有源层上的包覆层和接触层；
在所述接触层上覆盖第一掩膜层，并对所述第一掩膜层进行开窗以形成第一窗口区；
经所述第一窗口区对所述接触层进行一次蚀刻，以形成与所述第一窗口区对应且外露所述包覆层的第二窗口区；
经所述第一窗口区和所述第二窗口区对所述包覆层和所述有源层进行锌扩散；
去除所述第一掩膜层；
在所述接触层上覆盖第二掩膜层，并对所述第二掩膜层进行开窗以形成第三窗口区，其中所述第三窗口区在所述接触层的投影位于所述第二窗口区的外围；
经所述第三窗口区对所述接触层进行二次蚀刻，以将所述第二窗口区扩大成与所述第三窗口区对应。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述经所述第一窗口区和所述第二窗口区对所述包覆层和所述有源层进行锌扩散的步骤包括：
在所述第一掩膜层以及经所述第一窗口区和所述第二窗口区外露的所述包覆层上覆盖锌扩散层；
通过热处理方式使所述锌扩散层中的锌向所述包覆层和所述有源层进行扩散。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述通过热处理方式使所述锌扩散层中的锌向所述包覆层和所述有源层进行扩散之前还包括：
在所述锌扩散层上覆盖氧化硅层。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述通过热处理方式使所述锌扩散层中的锌向所述包覆层和所述有源层进行扩散之后还包括：
依次去除所述氧化硅层与所述锌扩散层。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述热处理方式的处理温度大于或等于600℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
在所述接触层上设置绝缘层；
在所述绝缘层与所述接触层上覆盖接触金属层；
其中，所述第二窗口区被所述绝缘层所填充。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述一次蚀刻为溶液湿刻或者机械干刻。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一窗口区的尺寸大于或等于5um，小于或等于15um。
9.一种激光芯片，其特征在于，所述激光芯片包括激光外延结构，所述激光外延结构包括有源层以及依次层叠于所述有源层上的包覆层和接触层，所述接触层上形成有外露所述包覆层的窗口区，所述有源层和包覆层内形成有锌扩散区，其中所述窗口区在所述包覆层上的投影位于所述锌扩散区的外围，并与所述锌扩散区间隔一定距离。
10.根据权利要求9所述的激光芯片，其特征在于，所述激光芯片还包括依次层叠于所述接触层上的绝缘层与接触金属层，其中所述窗口区被所述绝缘层所填充。
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