CN117613663B - 激光器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光器制作方法，包括如下步骤：S1，制备外延结构，S2，在所述外延结构上制作光栅，并将光栅表面凹槽填平，S3，于所述光栅表面生长含铝晶态材料层，S4，生长完毕后将具有含铝晶态材料层的外延结构暴露于含氧环境中进行氧化，使得所述含铝晶态材料层氧化成含铝非晶态材料层，S5，氧化完毕后对具有所述含铝晶态材料层的外延结构进行刻蚀形成对接生长区域，S6，接着在所述对接生长区域进行对接生长工艺后完成激光器的制作，制作过程中，所述含铝非晶态材料层作为对接生长的掩膜层。还提供了一种激光器。本发明采用含铝非晶态材料层掩膜进行对接生长时，没有屋檐形貌(undercut)的影响，对接界面缺陷少，激光器的性能好。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体为一种激光器及其制作方法。
背景技术
现有的对接生长技术，采用SiO2/SiNx做为掩膜层会形成屋檐形貌(undercut)，影响对接材料在界面上的堆积，容易形成对接界面材料缺陷，进而影响激光器性能。与此同时采用SiO2/SiNx为掩膜，掩膜层表面或者经过湿法腐蚀后表面容易产生针孔，MOCVD对接生长后SiO2/SiNx掩膜层的针孔上面会有材料沉积阻碍后续SiO2/SiNx的去除，而残留的SiO2/SiNx硅氧化物会影响后续的材料外延生长，进而影响激光器的外观。
具体地，常用的SiO2/SiNx掩膜，采用PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)制备，它的薄膜沉积机理是借助微波或射频等，使含有薄膜组成原子的气体在局部形成等离子体，等离子体活性强，发生反应后在基片表面沉积出薄膜。采用PECVD沉积的薄膜，质量好，表面有少量针孔，沉积材料越薄，针孔越多。而MOCVD是以有机化合物和氢化物等作为晶态生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种化合物以及他们的薄层单晶材料，材料生长薄且无针孔。
目前的边发射激光器进行对接生长时，常用的掩膜为SiO2/SiNx，它做为掩膜层会形成屋檐形貌(undercut)，见图7，影响对接材料在界面上的堆积，容易形成对接界面材料缺陷，进而影响激光器性能。同时该掩膜层厚度受限于SAG效应（选择区域生长效应），要求厚度薄。但是SiO2/SiNx厚度变薄后，掩膜层表面或者经过湿法腐蚀后表面容易产生针孔。在MOCVD进行材料对接生长后，掩膜层SiO2/SiNx的针孔上面会有沉积材料阻碍后续SiO2/SiNx的去除，使得硅氧化物难以去除干净，而残留的硅氧化物会影响后续的外延材料生长，进而影响激光器的外观。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光器及其制作方法，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：一种激光器制作方法，包括如下步骤：
S1，制备外延结构，
S2，在所述外延结构上制作光栅，并将光栅表面凹槽填平，
S3，于所述光栅表面生长含铝晶态材料层，
S4，生长完毕后将具有含铝晶态材料层的外延结构暴露于含氧环境中进行氧化，使得所述含铝晶态材料层氧化成含铝非晶态材料层，
S5，氧化完毕后对具有所述含铝非晶态材料层的外延结构进行刻蚀形成对接生长区域，
S6，接着在所述对接生长区域进行对接生长工艺后完成激光器的制作，制作过程中，所述含铝非晶态材料层作为对接生长的掩膜层。
进一步，所述含铝晶态材料层包括晶态AlGaInAs层、晶态AlInAs层、晶态AlAs层或晶态AlGaAs层。
进一步，刻蚀形成对接生长区域时，先采用光刻胶进行掩膜，沿竖直方向进行刻蚀，接着再采用光刻胶进行掩膜，沿倾斜方向进行刻蚀，得到倾斜的对接生长面。
进一步，所述对接生长工艺包括：
以含铝非晶态材料层为掩膜层，在对接生长区域依次对接生长第一InP层、有源层、第二InP层和牺牲层，
刻蚀去掉所述含铝非晶态材料层，同时也刻蚀掉部分对接生长的牺牲层，
接着采用腐蚀液湿法去掉含铝非晶态材料层下面的牺牲层和对接生长的牺牲层，然后整面依次生长盖层和接触层。
进一步，所述对接生长工艺还包括：
在生长完盖层和接触层后，依次进行脊波导、隔离区、解理区、电注入窗口以及电极的制作，
并在制作完毕后进行减薄溅射合金，最后解条镀膜解个，完成激光器的制作。
进一步，采用干法或湿法刻蚀的方法去掉所述含铝非晶态材料层。
进一步，利用金属有机化学气相沉积生长光栅掩埋层，将光栅表面凹槽填平，使得表面平整。
进一步，所述第二InP层的上表面与所述光栅掩埋层的上表面平齐，所述对接生长的牺牲层与所述非晶态材料作为的掩膜层的上表面平齐。
进一步，利用全息与刻蚀工艺，或电子束与刻蚀工艺在所述外延结构上制作光栅。
本发明实施例提供另一种技术方案：一种激光器，由上述的激光器制作方法制得。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用含铝晶态材料层氧化后得到致密含铝非晶态材料层作为掩膜，这些非晶态的含铝材料层上无法进行晶态的外延生长，而其他地方可进行晶态的外延生长，再进行对接生长时，就没有屋檐形貌(undercut)的影响，对接界面缺陷少，激光器的性能好；而且非晶态的外延层薄且致密无针孔，MOCVD对接生长后掩膜层表面不会有材料沉积造成的外观问题，与此同时这些非晶态材料易于去除，不会影响后续MOCVD的外延材料生长。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种激光器制作方法的外延结构的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种激光器制作方法的光栅掩埋后生长牺牲层和含铝晶态材料结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种激光器制作方法的含铝晶态材料层氧化成含铝非晶态材料层的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种激光器制作方法的干法刻蚀后结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种激光器制作方法的湿法腐蚀后结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种激光器制作方法的含铝非晶态材料层作为掩膜层的结构示意图；
图7为传统SiO2/SiNx为掩膜的对接结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种激光器制作方法的含铝非晶态材料层作为掩膜层进行对接生长后的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的一种激光器制作方法的对接生长后干法刻蚀含铝非晶态材料层的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种激光器制作方法的对接生长后湿法腐蚀牺牲层后的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种激光器制作方法的盖层和接触层生长后结构示意图。
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11，图1为一次外延结构示意图，包括衬底1，InP层2，有源层3，InP层4，光栅层5。图2为光栅掩埋后生长牺牲层和含铝晶态材料层的结构示意图，包括衬底1，InP层2，有源层3，InP层4，光栅层5，光栅掩埋InP层6，牺牲层7和含铝晶态材料层8。图3为含铝晶态材料层氧化成非晶态材料层的示意图，包括衬底1，InP层2，有源层3，InP层4，光栅层5，光栅掩埋InP层6，牺牲层7和含铝非晶态材料层9。图4为干法刻蚀后结构示意图，包括衬底1，InP层2，有源层3，光栅掩埋InP层6，牺牲层7，含铝非晶态材料层9和光刻胶10。图5为进一步湿法腐蚀后结构示意图，包括衬底1，InP层2，有源层3，光栅掩埋InP层6，牺牲层7，含铝非晶态材料层9和光刻胶10。图6为非晶态材料层为掩膜的结构示意图，包括衬底1，InP层2，有源层3，光栅掩埋InP层6，牺牲层7，含铝非晶态材料层9。图7为传统SiO2/SiNx为掩膜的对接结构示意图，包括SiO2/SiNx掩膜层17和屋檐结构18，此结构存在undercut屋檐结构，屋檐结构形貌易形成的对接界面材料缺陷。图8为含铝非晶态材料层为掩膜，对接生长后结构示意图，包括衬底1，InP层2，有源层3，光栅掩埋InP层6，牺牲层7，含铝非晶态材料层9，对接生长的InP层11，对接生长的有源层12，对接生长的InP层13和牺牲层14。图9对接生长后干法刻蚀含铝非晶态材料的结构示意图，包括衬底1，InP层2，有源层3，光栅掩埋InP层6，牺牲层7，对接生长的InP层11，对接生长的有源层12，对接生长的InP层13和牺牲层14。图10对接生长后湿法腐蚀牺牲层的结构示意图，包括衬底1，InP层2，有源层3，光栅掩埋InP层6，对接生长的InP层11，对接生长的有源层12，对接生长的InP层13。图11是盖层和接触层生长后结构示意图，包括衬底1，InP层2，有源层3，光栅掩埋InP层6，对接生长的InP层11，对接生长的有源层12，对接生长的InP层13，InP 盖层15和接触层16。
本发明实施例提供一种激光器制作方法，包括如下步骤：S1，制备外延结构，S2，在所述外延结构上制作光栅，并将光栅表面凹槽填平，S3，于所述光栅表面生长含铝晶态材料层，S4，生长完毕后将具有含铝晶态材料层的外延结构暴露于含氧环境中进行氧化，使得所述含铝晶态材料层氧化成含铝非晶态材料层，S5，氧化完毕后对具有所述含铝非晶态材料层的外延结构进行刻蚀形成对接生长区域，S6，接着在所述对接生长区域进行对接生长工艺后完成激光器的制作，制作过程中，所述含铝非晶态材料层作为对接生长的掩膜层。在本实施例中，采用含铝晶态材料层氧化后得到致密含铝非晶态材料层为掩膜，这些非晶态的含铝材料层上无法进行晶态的外延生长，而其他地方可进行晶态的外延生长，再进行对接生长时，就没有屋檐形貌(undercut)的影响，对接界面缺陷少，激光器的性能好；而且非晶态的外延层薄且致密无针孔，MOCVD对接生长后掩膜层表面不会有材料沉积造成的外观问题，与此同时这些非晶态材料易于去除，不会影响后续MOCVD的外延材料生长。具体地，本实施例的核心所在在于以含铝非晶态材料为对接生长掩膜，由于含铝非晶态材料上无法进行晶态的外延生长，避免了SiO2/SiNx为掩膜时，屋檐结构形貌形成的对接界面材料缺陷，以及SiO2/SiNx硅氧化物残留造成的不良外观，如图7所示为传统SiO2/SiNx为掩膜时的结构，可见屋檐结构严重，而如图6所示，为采用了本申请的含铝非晶态材料作为掩膜时刻蚀后的结构，可见避免了屋檐结构，对接生长后，含铝非晶态材料易于去除，无屋檐形貌结构和残留硅氧化物影响后续的外延材料生长，从而提高激光器的性能和良率。
作为本发明实施例的优化方案，所述含铝晶态材料层包括晶态AlGaInAs层、晶态AlInAs层、晶态AlAs层或晶态AlGaAs层。在本实施例中，含铝晶态材料可以采用晶态AlGaInAs、晶态AlInAs、晶态AlAs或晶态AlGaAs，而氧化后的含铝非晶态材料即为非晶态AlGaInAs、非晶态AlInAs、非晶态AlAs或非晶态AlGaAs。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图4和图5，刻蚀形成对接生长区域时，先采用光刻胶进行掩膜，沿竖直方向进行刻蚀，接着再采用光刻胶进行掩膜，沿倾斜方向进行刻蚀，得到倾斜的对接生长面。在得到对接生长区域后，如图8所示，以含铝非晶态材料层为掩膜，在对接生长区域进行对接生长。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图8、图9、图10和图11，所述对接生长工艺包括：在对接生长区域依次对接生长第一InP层、有源层、第二InP层和牺牲层，刻蚀去掉所述含铝非晶态材料层，同时也刻蚀掉部分牺牲层，接着采用腐蚀液湿法去掉含铝非晶态材料层下面的牺牲层和对接生长的牺牲层，然后依次整面生长盖层和接触层，在生长完盖层和接触层后，依次进行脊波导、隔离区、解理区、电注入窗口以及电极的制作，并在制作完毕后进行减薄溅射合金，最后解条镀膜解个，完成激光器的制作。对接生长牺牲层厚度大于含铝非晶态材料层下牺牲层厚度。
以下为本激光器制作方法的具体步骤：
（1）利用MOCVD在衬底1上生长InP层2，有源层3，InP层4，光栅层5，见图1；
（2）利用全息与刻蚀工艺或者电子束与刻蚀工艺在外延层表面制作光栅，再利用金属有机化学气相沉积生长光栅掩埋层InP 6，将光栅表面凹槽填平，使得表面平整；
（3）接着依次生长InGaAsP牺牲层7以及含铝晶态材料层8，含铝晶态材料层8为晶态AlGaInAs或AlInAs或AlAs或AlGaAs层，见图2；
（4）将生长完含铝晶态材料层8的外延片暴露在含氧环境中进行氧化，使晶态AlGaInAs或AlInAs或AlAs或AlGaAs氧化成含铝非晶态材料层9，见图3；
（5）以光刻胶10为掩膜，干法刻蚀成对接生长区域，见图4；
（6）以光刻胶10为掩膜，进一步湿法腐蚀对接生长区域，见图5；
（7）去掉光刻胶掩膜10，以含铝非晶态材料层9为掩膜层，见图6；
（8）利用金属有机化学气相沉积法在对接生长区域依次生长对接生长InP层11，对接生长有源层12，对接生长InP 13和InGaAsP牺牲层14，其中对接生长InP 13上表面与光栅掩膜层6上表面平齐，InGaAsP牺牲层14上表面与含铝非晶态材料层9上表面平齐，如图8。
（9）干法刻蚀或湿法腐蚀去掉含铝非晶态材料层9，同时也会刻蚀掉部分InGaAsP牺牲层14，见图9；
（10）接着使用硫酸系腐蚀液湿法去掉InGaAsP牺牲者7和InGaAsP牺牲层14，见图10；
（11）利用金属有机化学气相沉积法依次生长盖层InP 15和接触层16，如图11。
（12）外延生长结束后，依次进行脊波导，隔离区，解理区，电注入窗口和电极制作，并进行减薄溅射合金，最后解条镀膜解个，完成chip的制作。
优选的，上述实施例中可采用的干法去掉含铝非晶态材料，也可以使用湿法去除含铝非晶态材料。所述牺牲层为InGaAsP，也可以为InGaAs或InAlAs或InAlGaAs，只要能使用相应选择性的腐蚀液去掉牺牲层，而不腐蚀其他材料即可。
如图11所示，本发明实施例提供一种激光器，由上述的激光器制作方法制得。
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 (9)
1.一种激光器制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，制备外延结构，
S2，在所述外延结构上制作光栅，并将光栅表面凹槽填平，
S3，于所述光栅表面生长含铝晶态材料层，
S4，生长完毕后将具有含铝晶态材料层的外延结构暴露于含氧环境中进行氧化，使得所述含铝晶态材料层氧化成含铝非晶态材料层，
S5，氧化完毕后对具有所述含铝非晶态材料层的外延结构进行刻蚀形成对接生长区域，
S6，接着在所述对接生长区域进行对接生长工艺后完成激光器的制作，制作过程中，所述含铝非晶态材料层作为对接生长的掩膜层，
所述对接生长工艺包括：
以含铝非晶态材料层为掩膜层，在对接生长区域依次对接生长第一InP层、有源层、第二InP层和牺牲层，
刻蚀去掉所述含铝非晶态材料层，同时也刻蚀掉部分对接生长的牺牲层，
接着采用腐蚀液湿法去掉含铝非晶态材料层下面的牺牲层和对接生长的牺牲层，然后整面依次生长盖层和接触层。
2.如权利要求1所述的激光器制作方法，其特征在于：所述含铝晶态材料层包括晶态AlGaInAs层、晶态AlInAs层、晶态AlAs层或晶态AlGaAs层。
3.如权利要求1所述的激光器制作方法，其特征在于：刻蚀形成对接生长区域时，先采用光刻胶进行掩膜，沿竖直方向进行刻蚀，接着再采用光刻胶进行掩膜，沿倾斜方向进行刻蚀，得到倾斜的对接生长面。
4.如权利要求1所述的激光器制作方法，其特征在于：所述对接生长工艺还包括：
在生长完盖层和接触层后，依次进行脊波导、隔离区、解理区、电注入窗口以及电极的制作，
并在制作完毕后进行减薄溅射合金，最后解条镀膜解个，完成激光器的制作。
5.如权利要求1所述的激光器制作方法，其特征在于：采用干法或湿法刻蚀的方法去掉所述含铝非晶态材料层。
6.如权利要求1所述的激光器制作方法，其特征在于：利用金属有机化学气相沉积生长光栅掩埋层，将光栅表面凹槽填平，使得表面平整。
7.如权利要求6所述的激光器制作方法，其特征在于：所述第二InP层的上表面与所述光栅掩埋层的上表面平齐，所述对接生长的牺牲层与所述非晶态材料作为的掩膜层的上表面平齐。
8.如权利要求1所述的激光器制作方法，其特征在于：利用全息与刻蚀工艺，或电子束与刻蚀工艺在所述外延结构上制作光栅。
9.一种激光器，其特征在于：由如权利要求1-8任一所述的激光器制作方法制得。
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