CN118099945B - 一种新型掩埋异质结激光器的电流限制结构制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型掩埋异质结激光器的电流限制结构制备方法，具体包括如下步骤：步骤一、在衬底上生长InP缓冲层，在其上生长InGaAsP四元合金有源层结构，在其上生长InP间隔层，再在其上生长光栅层InGaAsP材料；步骤二、用光刻胶做为掩膜刻蚀光栅层，而后生长光栅盖层InP+腐蚀引导层InGaAsP材料。该一种新型掩埋异质结激光器的电流限制结构制备方法，通过使用干法+湿法+BOE漂洗的方式，可以最大程度的减少undercut的产生，避免出现生长盲区或漏电通道的产生，在生长反向阻挡层InP材料时，通过引入卤素气体，形成可控的电流限制层形貌，可有效降低漏电通道的产生。
Description
技术领域
本发明属于掩埋异质结激光器技术领域，尤其涉及一种新型掩埋异质结激光器的电流限制结构制备方法。
背景技术
在现有技术中，掩埋异质结激光器的制备过程为，在衬底上外延生长有源层(多量子阱结构)和光栅层；然后使用光刻胶做掩膜曝光显影，对光栅层进行刻蚀获得固定深度和周期的光栅结构，去除光刻胶后再进行外延生长形成光栅盖层+腐蚀引导层；而后再使用SiO2做掩膜进行mesa刻蚀（即发光区平台刻蚀），再生长阻挡层；而后再对表面存在的SiO2和早期生长的腐蚀引导层进行有效去除后，进行包层生长，获得掩埋异质结激光器的完整外延结构。
其中阻挡层生长是掩埋异质结激光器的制备关键技术之一，目前常用的阻挡层生长结构为反向PN结阻挡层，其特点既是在正向PN结器件中，插入反向PN结做为电路阻挡层，将电流限制在波导范围内，提高电流利用率及光电转换效率。在生长反向PN结前的常规方式SiO2/SiNx掩膜，1、通过纯湿法腐蚀或干法刻蚀加湿法腐蚀形成台面结构，2、使用MOCVD进行N/P结构InP的外延生长，3、去除SiO2/SiNx掩膜，使用MOCVD进行P型InP的生长。此过程中纯湿法过程会因为各向异性的腐蚀特点，在SiO2/SiNx下形成“屋檐”结构，业内常称为undercut结构。通过干法加湿法的方式，可以有效减少undercut但对于湿法工艺控制较严格，且需要多次尝试生长条件，避免出现越过SiO2的情况。
但是上述技术方案还存在以下缺陷：
单纯的湿法方式，工艺简单，容易控制。但生长反向PN结由于undercut的存在一方面会产生生长盲区，因生长特性导致盲区内无源进入，生长质量变差。另一方面由于undercut下方PN结尖角区域阻挡效果弱，会出现较大的漏电通道，影响器件高温特性，详见图1所示，中国专利申请CN209358061U公开了一种用于掩埋型异质结激光器的电流限制结构，即是对这一现象的描述和改善。但其工艺需要进行高精度的对准工艺，工艺复杂；
使用干法+湿法的方式，可以最大限度的消除undercut时生长的限制，但因为存在湿法因此undercut仍会有存在。且由于缩小了undercut，在实际生长时，对生长工艺要求较高。常规的生长方式因为晶面无限制会存在越过SiO2的情况，对后续的工艺带来影响，实际如图2。中国专利申请CN112864807 A公开了一种掩埋异质结方法，即是是对这一现象的描述，但是用了较为复杂的工艺方式进行生长。
为此本发明提供一种新型掩埋异质结激光器的电流限制结构制备方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种新型掩埋异质结激光器的电流限制结构制备方法，以解决背景技术中所提出的技术问题。
为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：一种新型掩埋异质结激光器的电流限制结构制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一、在衬底上生长InP缓冲层，在InP缓冲层上生长InGaAsP四元合金有源层结构，在InGaAsP四元合金有源层结构上生长InP间隔层，再在InP间隔层上生长光栅层InGaAsP材料；
步骤二、用光刻胶做为掩膜刻蚀光栅层，而后生长光栅盖层InP+腐蚀引导层InGaAsP材料；
步骤三、以SiO2做为掩膜，先使用ICP干法刻蚀出台面基本形貌，而后使用湿法（HBr+Br2+H2O）溶液腐蚀侧壁，获得所需平面台状结构；
步骤四、再生长阻挡层前使用BOE清洗5-10s，生长反向阻挡层P型InP材料和N型InP材料，在生长过程中通入卤素气体；
步骤五、使用BOE清洗表面剩余SiO2，并使用H3PO4:H2O清洗腐蚀引导层后，再生长P型接触层和包层InP材料，即可完成激光器芯片的外延工艺制备。
优选的，所InP缓冲层的结构为InP/InGaAsP/InGaAsP/InP多层结构，所述InGaAsP四元合金有源层的结构为：
SCH-InGaAsP/QW-InGaAsP/QB-InGaAsP/SCH-InGaAsP多层结构，所述表面SCH-InGaAsP为1000-1200nm波段的20nm-100nm厚InGaAsP分别限制层，QW-InGaAsP为1200nm-1550nm波段的5nm-20nm厚度的InGaAsP量子阱材料层，QB-InGaAsP为1200nm-1550nm波段的5nm-20nm厚度的InGaAsP量子垒材料层。
优选的，步骤四中卤素气体包括有氟气(F2)、溴气(Br2)和氯气(Cl2)。
优选的，所述InP是指使用In和P元素生长的InP二元合金外延层。
优选的，所述InGaAsP是指使用In、Ga、As和P元素生长的InGaAsP四元合金外延层。
优选的，所述BOE是指一种清洗溶液，其溶液中主要成分为氟化氨和水。
本发明的一种新型掩埋异质结激光器的电流限制结构制备方法具有以下优点：
该一种新型掩埋异质结激光器的电流限制结构制备方法，通过使用干法+湿法+BOE漂洗的方式，可以最大程度的减少undercut的产生，避免出现生长盲区或漏电通道的产生，在生长反向阻挡层InP材料时，通过引入卤素气体，形成可控的电流限制层形貌，可有效降低漏电通道的产生，同时工艺简单，生长参数可控，并获得了实际效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为现有技术中带undercut生长反向PN结示意图；
图2为现有技术中无undercut生长越过SiO2情况的电流限制层示意图；
图3为本发明电流限制层示意图结构示意图；
图4为本发明中电流限制层示意图。
具体实施方式
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明实施例的不同结构。为了简化本发明实施例的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明实施例。此外，本发明实施例可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种新型掩埋异质结激光器的电流限制结构制备方法做进一步详细的描述。
如图3-图4所示，本发明的一种新型掩埋异质结激光器的电流限制结构制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一、在衬底上生长InP缓冲层，在InP缓冲层上生长InGaAsP四元合金有源层结构，在InGaAsP四元合金有源层结构上生长InP间隔层，再在InP间隔层上生长光栅层InGaAsP材料；所述InGaAsP四元合金有源层的结构为：
SCH-InGaAsP/QW-InGaAsP/QB-InGaAsP/SCH-InGaAsP多层结构，所述表面SCH-InGaAsP为1000-1200nm波段的20nm-100nm厚InGaAsP分别限制层，QW-InGaAsP为1200nm-1550nm波段的5nm-20nm厚度的InGaAsP量子阱材料层，QB-InGaAsP为1200nm-1550nm波段的5nm-20nm厚度的InGaAsP量子垒材料层。所述InGaAsP是指使用In、Ga、As和P元素生长的InGaAsP四元合金外延层。
步骤二、用光刻胶做为掩膜刻蚀光栅层，而后生长光栅盖层InP+腐蚀引导层InGaAsP材料；
步骤三、以SiO2做为掩膜，先使用ICP干法刻蚀出台面基本形貌，而后使用湿法（HBr+Br2+H2O）溶液腐蚀侧壁，获得所需平面台状结构；
步骤四、再生长阻挡层前使用BOE清洗5-10s，生长反向阻挡层P型InP材料和N型InP材料，在生长过程中通入卤素气体；引入卤素气体可以获得对台面结构包裹性和界面较好的，表面平台平整的电流限制层结构，简化工艺复杂度，卤素气体包括但不限于氟气(F2)、溴气(Br2)和氯气(Cl2)及相关的化合物气体。所述InP是指使用In和P元素生长的InP二元合金外延层。
步骤五、使用BOE清洗表面剩余SiO2，并使用H3PO4:H2O清洗腐蚀引导层后，再生长P型接触层和包层InP材料，即可完成激光器芯片的外延工艺制备。所述BOE是指一种清洗溶液，其溶液中主要成分为氟化氨和水。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (5)
1.一种新型掩埋异质结激光器的电流限制结构制备方法，其特征在于,具体包括如下步骤：
步骤一、在衬底上生长InP缓冲层，在InP缓冲层上生长InGaAsP四元合金有源层结构，在InGaAsP四元合金有源层结构上生长InP间隔层，再在InP间隔层上生长光栅层InGaAsP材料，所述InGaAsP四元合金有源层的结构为：SCH-InGaAsP、QW-InGaAsP、QB-InGaAsP和SCH-InGaAsP多层结构；
步骤二、用光刻胶做为掩膜刻蚀光栅层，而后生长光栅盖层InP+腐蚀引导层InGaAsP材料；
步骤三、以SiO2做为掩膜，先使用ICP干法刻蚀出台面基本形貌，而后使用湿法HBr+Br2+H2O溶液腐蚀侧壁，获得所需平面台状结构；
步骤四、再生长阻挡层前使用BOE清洗5-10s，生长反向阻挡层P型InP材料和N型InP材料，在生长过程中通入卤素气体；
步骤五、使用BOE清洗表面剩余SiO2，并使用H3PO4:H2O清洗腐蚀引导层后，再生长P型接触层和包层InP材料，即可完成激光器芯片的外延工艺制备。
2.根据权利要求1所述的一种新型掩埋异质结激光器的电流限制结构制备方法，其特征在于：步骤四中卤素气体包括有氟气F2，溴气Br2和氯气Cl2。
3.根据权利要求1所述的一种新型掩埋异质结激光器的电流限制结构制备方法，其特征在于：所述InP是指使用In和P元素生长的InP二元合金外延层。
4.根据权利要求1所述的一种新型掩埋异质结激光器的电流限制结构制备方法，其特征在于：所述InGaAsP四元合金有源层是指使用In、Ga、As和P元素生长的InGaAsP四元合金外延层。
5.根据权利要求1所述的一种新型掩埋异质结激光器的电流限制结构制备方法，其特征在于：所述BOE是指一种清洗溶液，其溶液中成分为氟化氨和水。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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