CN117013366A - 一种掩埋异质结激光器制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种掩埋异质结激光器制备方法，包括S1，于衬底上依次生长InP缓冲层和光栅层，接着进行光栅制作，并整面生长光栅掩埋层、有源层、InP层以及牺牲层，S2，接着生长波导掩膜层，S3，将波导掩膜层以外区域刻蚀到InP缓冲层，再将波导掩膜层以外区域腐蚀到衬底，S4，接着依托波导掩膜层进行P型InP的掩埋生长；S5，去掉波导掩膜层下牺牲层两侧的部分材料；S6，再进行N型InP的掩埋生长，其中N型InP的生长会填充两侧腐蚀掉的牺牲层；S7，去掉波导掩膜层和牺牲层，整面生长P型盖层和接触层，完成掩埋异质结电流阻挡层的制作。本发明一方面能调节载流子注入密度，另一方面能形成高耸有效的电流限制层，减少漏电，提高激光器的电流注入效率。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体为一种掩埋异质结激光器制备方法。
背景技术
随着高速光通讯的发展，对通信的激光源提出了更高的要求。相较于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DFB激光器主要有两种结构，RWG脊波导结构和BH掩埋异质结结构。与传统的RWG结构相比，BH结构一方面能够通过掩埋低折射率的材料对有源层进行光限制，另一方面掩埋生长的PN反向电流阻挡层对有源层进行载流子的限制，远场发散角有一定的优势。随着外延工艺的发展和优化，人们更倾向于对电场和光限制作用更好的BH结构激光器。目前BH结构激光器有2个急需解决的问题：1.提高激光器效率，增加有源区载流子注入密度，传统的方法可以通过减小有源层宽度来实现，但是减小有源层宽度会改变光场分布，出现模式不稳定，光束不对称等缺点。2.优化电流限制层形貌，减少漏电，见图18，传统的电流限制层，电流会从两侧P-InP和有源层通过，因此，在不改变有源层宽度的条件下，增大载流子的注入密度，同时优化电流限制层形貌，减少漏电是需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种掩埋异质结激光器制备方法，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种掩埋异质结激光器制备方法，包括如下步骤：
S1，于衬底上依次生长InP缓冲层和光栅层，接着进行光栅制作，并整面生长光栅掩埋层、有源层、InP层以及牺牲层，
S2，接着生长波导掩膜层，
S3，将波导掩膜层以外区域刻蚀到InP缓冲层，再将波导掩膜层以外区域腐蚀到衬底，
S4，接着依托所述波导掩膜层进行P型InP的掩埋生长；
S5，去掉波导掩膜层下牺牲层两侧的部分材料；
S6，再进行N型InP的掩埋生长，其中N型InP的生长会填充两侧腐蚀掉的牺牲层；
S7，去掉波导掩膜层和牺牲层，整面生长P型盖层和接触层，完成掩埋异质结电流阻挡层的制作。
进一步，所述牺牲层的生长与所述光栅掩埋层，有源层以及InP层一起生长。
进一步，一起生长具体为：
在生长了光栅掩埋层后，将光栅表面凹槽填平，使得表面平整；接着依次生长有源层、InP层和牺牲层。
进一步，生长P型InP，控制P型InP生长高度在所述有源层以上，在所述牺牲层以下。
进一步，采用硫酸系腐蚀液，去掉两侧部分所述牺牲层，通过控制腐蚀时间，调节所述牺牲层的宽度。
进一步，所述牺牲层为AlGaInAs或InAlAs材料。
进一步，所述牺牲层单独生长。
进一步，单独生长具体为：
在生长了光栅掩埋层后，将光栅表面凹槽填平，使得表面平整；接着依次生长有源层和InP层；
生长波导掩膜层后进行刻蚀，
保留波导层上面的波导掩膜层，再刻蚀无掩膜区域到所述InP缓冲层，再腐蚀无掩膜区域到衬底；
在所述波导掩膜层两侧生长P型InP，其中，P型InP的生长高度与所述InP层上表面平齐；
去掉波导掩膜层，接着整面生长牺牲层，并在所述牺牲层上生长掩膜层；
接着去掉有源层两侧所述掩膜层；
再去掉掩膜层以外及两侧牺牲层，通过控制腐蚀时间，腐蚀牺牲层宽度小于所述InP层。
进一步，控制N型InP的顶部与牺牲层为同一水平线，其中，腐蚀掉的两侧牺牲层也被N型InP填充。
进一步，利用氢氟酸去掉掩膜，接着利用硫酸系腐蚀液去掉全部牺牲层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种掩埋异质结激光器制备方法，一方面能调节载流子注入密度，另一方面能形成高耸有效的电流限制层，减少漏电，提高激光器的电流注入效率。与此同时，该工艺制作简单，易于量产。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例一的外延结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例一的干法刻蚀结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例一的湿法腐蚀结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例一的P型InP掩埋生长结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例一的去掉部分牺牲层的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例一的N型InP掩埋生长后结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例一的去掉掩埋层和牺牲层的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例一的掩埋生长盖层和接触层的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例二的外延结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例二的干法刻蚀结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例二的湿法腐蚀结构示意图；
图12为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例二的P型InP掩埋生长结构示意图；
图13为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例二的去掉掩膜层结构示意图；
图14为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例二的去掉部分牺牲层的结构示意图；
图15为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例二的N型InP掩埋生长后结构示意图；
图16为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例二的去掉掩埋层和牺牲层的结构示意图；
图17为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的实施例二的掩埋生长盖层和接触层的结构示意图；
图18为传统P型InP和N型InP生长后的电流通道示意图；
图19为本发明实施例提供的一种掩埋异质结激光器制备方法的P型InP和N型InP生长后的电流通道示意图；
附图标记中：1-衬底；2-InP缓冲层；3-光栅层；4-光栅掩埋层；5-有源层6-InP层7-牺牲层8-波导掩膜层；9-屋檐结构；10-P型InP；11-N型InP；12-InP盖层；13-接触层；14-掩膜层。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图17、图19，本发明实施例提供一种掩埋异质结激光器制备方法，S1，于衬底上依次生长InP缓冲层和光栅层，接着进行光栅制作，并整面生长光栅掩埋层、有源层、InP层以及牺牲层，S2，接着生长波导掩膜层，S3，将波导掩膜层以外区域刻蚀到InP缓冲层，再将波导掩膜层以外区域腐蚀到衬底，S4，接着依托所述波导掩膜层进行P型InP的掩埋生长；S5，去掉波导掩膜层下牺牲层两侧的部分材料；S6，再进行N型InP的掩埋生长，其中N型InP的生长会填充两侧腐蚀掉的牺牲层；S7，去掉波导掩膜层和牺牲层，整面生长P型盖层和接触层，完成掩埋异质结电流阻挡层的制作。本方法一方面能调节载流子注入密度，另一方面能形成高耸有效的电流限制层，减少漏电，提高激光器的电流注入效率。与此同时，该工艺制作简单，易于量产。具体地，本实施例的核心是引入牺牲层材料，湿法腐蚀去掉牺牲层两侧部分材料，N型InP生长时填充腐蚀掉的两侧牺牲层，使得N型InP能生长到有源层上的正上方，在不改变脊条宽度的条件下，增大了载流子注入密度。同时，该技术能形成高耸有效的电流限制层，能减少漏电，提高激光器的电流注入效率。根据牺牲层的生长时机，可以有两种不同实施例，其中一个实施例是牺牲层与光栅掩埋层一起生长。第二个实施例是牺牲层单独生长。
实施例一：
示出所述牺牲层的生长与所述光栅掩埋层，有源层以及InP层一起生长。具体地：
先利用MOCVD在衬底1上依次生长InP缓冲层2和光栅层3；
利用全息/电子束工艺在光栅层3表面制作光栅，利用干法与湿法相结合腐蚀出光栅形貌，再利用MOCVD生长光栅掩埋层4，将光栅表面凹槽填平，使得表面平整；接着依次生长有源层5，InP层6和牺牲层7，其中本技术方案一的牺牲层为易氧化的AlGaInAs或InAlAs材料，见图1，图1包括了衬底1，InP缓冲层2，光栅层3，光栅掩埋层4，有源层5，InP层6以及在牺牲层7；
生长波导掩膜层8，利用光刻和刻蚀工艺，保留波导层上面的波导掩膜层8，再干法刻蚀无掩膜区域到InP缓冲层2，优选的，波导掩膜层8可以是sio2/sinx掩膜层，见图2，图2包括了衬底1，InP缓冲层2，波导掩膜层8。
利用湿法腐蚀无掩膜区域到衬底1，见图3，图3包括了衬底1，有源层5，牺牲层7，波导掩膜层8和屋檐结构9；
利用MOCVD生长P型InP 10，由于牺牲层材料易氧化，氧化后材料不生长，这样可控制P型InP生长高度在有源层5以上，牺牲层7以下，见图4，图4包括了衬底1，有源层5，牺牲层7和P型InP 10；
利用硫酸系腐蚀液，去掉两侧部分牺牲层7，通过控制腐蚀时间，可调节牺牲层宽度，见图5，图5包括了衬底1，有源层5，牺牲层7和P型InP 10；
利用MOCVD生长N型InP11，控制N型InP的顶部与牺牲层底部为同一水平线，其中，腐蚀掉的两侧牺牲层7也被N型InP 11填充，见图6，图6包括了衬底1，有源层5，牺牲层7，P型InP 10和N型InP 11；
利用氢氟酸去掉波导掩膜层8，接着利用硫酸系腐蚀液去掉全部牺牲层7，见图7，图7包括了衬底1，有源层5，InP层6，P型InP 10和N型InP 11；
利用MOCVD依次生长InP盖层和接触层，完成异质结电流阻挡层的制作，见图8，图8包括了衬底1，P型InP 10，N型InP 11，盖层12和接触层13；
接着，生长掩膜层，开电流注入窗口，进行电极的制作，随后减薄溅射合金，最后解条解个完成激光器的制作。
实施例二：
示出所述牺牲层单独生长。具体地：
先利用MOCVD在衬底1上依次生长InP缓冲层2和光栅层3；
利用全息/电子束工艺在光栅层3表面制作光栅，利用干法与湿法相结合腐蚀出光栅形貌，再利用MOCVD生长光栅掩埋层4，将光栅表面凹槽填平，使得表面平整；接着依次生长有源层5和InP层6，见图9，图9包括了衬底1，InP缓冲层2，光栅层3，光栅掩埋层4，有源层5和InP层6；
生长波导掩膜层8，利用光刻和刻蚀工艺，保留波导层上面的波导掩膜层8，再干法刻蚀无掩膜区域到InP缓冲层2，见图10，图10包括了衬底1，InP缓冲层2，波导掩膜层8；
利用湿法腐蚀无掩膜区域到衬底1，见图11，图11包括了衬底1，有源层5，InP 6，波导掩膜层8和屋檐结构9；
利用MOCVD在波导掩膜层8两侧生长P型InP 10，其中，P型InP 10的生长高度与InP层6上表面平齐，见图12，图12包括了衬底1，有源层5，InP 6和P型InP 10；
利用氢氟酸去掉波导掩膜层8，见图13，图13包括了衬底1，InP 6和P型InP 10，利用MOCVD整面生长牺牲层7，并在牺牲层7上生长掩膜层14。先利用光刻和腐蚀技术，去掉有源层两侧掩膜层14；再利用硫酸系腐蚀液，去掉掩膜层以外及两侧牺牲层7，通过控制腐蚀时间，腐蚀牺牲层宽度小于InP层6，见图14，图14包括了包括衬底1，牺牲层7，P型InP 10和掩膜层14；
利用MOCVD生长N型InP 11，控制N型InP的顶部与牺牲层为同一水平线，其中，腐蚀掉的两侧牺牲层7也被N型InP 11填充，见图15，图15包括了衬底1，牺牲层7，P型InP 10，N型InP 11和掩膜层14；
利用氢氟酸去掉掩膜层14，接着利用硫酸系腐蚀液去掉全部牺牲层7，见图16，图16包括了衬底1，P型InP 10和N型InP 11；
利用MOCVD依次生长InP盖层和接触层，完成异质结电流阻挡层的制作，见图17，图17包括了衬底1，P型InP 10，N型InP 11，盖层12和接触层13；
接着，生长掩膜层，开电流注入窗口，进行电极的制作，随后减薄溅射合金，最后解条解个完成激光器的制作。
请参阅图19，是上述两个实施例制备的电流限制层，其中电流仅从有源层通过。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种掩埋异质结激光器制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，于衬底上依次生长InP缓冲层和光栅层，接着进行光栅制作，并整面生长光栅掩埋层、有源层、InP层以及牺牲层，
S2，接着生长波导掩膜层，
S3，将波导掩膜层以外区域刻蚀到InP缓冲层，再将波导掩膜层以外区域腐蚀到衬底，
S4，接着依托所述波导掩膜层进行P型InP的掩埋生长；
S5，去掉波导掩膜层下牺牲层两侧的部分材料；
S6，再进行N型InP的掩埋生长，其中N型InP的生长会填充两侧腐蚀掉的牺牲层；
S7，去掉波导掩膜层和牺牲层，整面生长P型盖层和接触层，完成掩埋异质结电流阻挡层的制作。
2.如权利要求1所述的一种掩埋异质结激光器制备方法，其特征在于：所述牺牲层的生长与所述光栅掩埋层，有源层以及InP层一起生长。
3.如权利要求2所述的一种掩埋异质结激光器制备方法，其特征在于，一起生长具体为：
在生长了光栅掩埋层后，将光栅表面凹槽填平，使得表面平整；接着依次生长有源层、InP层和牺牲层。
4.如权利要求3所述的一种掩埋异质结激光器制备方法，其特征在于：
生长P型InP，控制P型InP生长高度在所述有源层以上，在所述牺牲层以下。
5.如权利要求4所述的一种掩埋异质结激光器制备方法，其特征在于，采用硫酸系腐蚀液，去掉两侧部分所述牺牲层，通过控制腐蚀时间，调节所述牺牲层的宽度。
6.如权利要求3所述的一种掩埋异质结激光器制备方法，其特征在于：所述牺牲层为AlGaInAs或InAlAs材料。
7.如权利要求1所述的一种掩埋异质结激光器制备方法，其特征在于：所述牺牲层单独生长。
8.如权利要求7所述的一种掩埋异质结激光器制备方法，其特征在于：单独生长具体为：
在生长了光栅掩埋层后，将光栅表面凹槽填平，使得表面平整；接着依次生长有源层和InP层；
生长波导掩膜层后进行刻蚀，保留波导层上面的波导掩膜层，再刻蚀无掩膜区域到所述InP缓冲层，再腐蚀无掩膜区域到衬底；
在所述波导掩膜层两侧生长P型InP，其中，P型InP的生长高度与所述InP层上表面平齐；
去掉波导掩膜层，接着整面生长牺牲层，并在所述牺牲层上生长掩膜层；
接着去掉有源层两侧所述掩膜层；
再去掉掩膜层以外及两侧牺牲层，通过控制腐蚀时间，腐蚀牺牲层宽度小于所述InP层。
9.如权利要求1所述的一种掩埋异质结激光器制备方法，其特征在于：控制N型InP的顶部与牺牲层为同一水平线，其中，腐蚀掉的两侧牺牲层也被N型InP填充。
10.如权利要求1所述的一种掩埋异质结激光器制备方法，其特征在于：利用氢氟酸去掉掩膜，接着利用硫酸系腐蚀液去掉全部牺牲层。
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| CN115023869A (zh) * | 2020-01-28 | 2022-09-06 | 三菱电机株式会社 | 光半导体装置及其制造方法 |
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2023
- 2023-07-31 CN CN202310959666.9A patent/CN117013366B/zh active Active
Patent Citations (3)
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| CN117613663A (zh) * | 2024-01-19 | 2024-02-27 | 武汉云岭光电股份有限公司 | 激光器及其制作方法 |
| CN117613663B (zh) * | 2024-01-19 | 2024-05-10 | 武汉云岭光电股份有限公司 | 激光器及其制作方法 |
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