一種具有光柵結(jié)構(gòu)的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器及制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有光柵結(jié)構(gòu)的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器及制作方法，包括以下步驟：在砷化鎵襯底上依次制備N型限制層、N型波導(dǎo)層、多量子阱有源區(qū)、P型波導(dǎo)層、P型限制層和P型歐姆接觸層；在P型歐姆接觸層的上表面光刻出脊形臺(tái)面；在P型限制層的上方及兩側(cè)淀積二氧化硅絕緣層；在二氧化硅絕緣層的上表面光刻出引線孔，在脊形臺(tái)面中間的脊形結(jié)構(gòu)的上表面光刻出光柵結(jié)構(gòu)；在二氧化硅絕緣層及帶有光柵結(jié)構(gòu)的脊形臺(tái)面的上表面制備上層P型電極；在砷化鎵襯底的下底面制備下層N型電極。本發(fā)明能夠減少有源區(qū)的載流子泄露，降低激光器的閾值電流，消除載流子復(fù)合后光斑的移動(dòng)，穩(wěn)定半導(dǎo)體激光器的測(cè)向模式，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低。
【專利說明】一種具有光柵結(jié)構(gòu)的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器及制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種具有光柵結(jié)構(gòu)的邊發(fā)射半導(dǎo)體 激光器及制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體激光器以其體積小、重量輕、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)廣泛用于光纖通信、光盤存 取、光譜分析和光信息處理等重要領(lǐng)域。而且特別適用于激光夜視、激光引信、激光雷達(dá)等 軍事領(lǐng)域。邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器是半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域的重要組成部分，它是直接利用半導(dǎo) 體材料的自然解理面來做諧振腔面，工藝簡(jiǎn)單、晶面完美。邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器具有以下優(yōu) 占·
[0003] 1.由于有源層側(cè)向尺寸減小，光場(chǎng)對(duì)稱性增加，因而能提高光源與光纖的耦合效 率。
[0004] 2.因?yàn)樵趥?cè)向?qū)﹄娮雍凸鈭?chǎng)有限制，有利于降低激光器的閾值電流。
[0005] 3.由于有源區(qū)面積小，容易獲得缺陷盡可能少或無缺陷的有源層，同時(shí)除用作諧 振腔的解理面外，整個(gè)有源區(qū)與外界隔離，有利于提高器件的穩(wěn)定性和可靠性。
[0006] 由于邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器是將注入電流加在一條形電極上，這樣注入到有源層的 非平衡少數(shù)載流子由中心向兩側(cè)所形成的濃度梯度使其不可避免的會(huì)發(fā)生側(cè)向擴(kuò)散，這樣 就會(huì)對(duì)有源區(qū)載流子分布的均勻性產(chǎn)生影響，從而對(duì)邊發(fā)射激光器的閾值特性、輸出模式、 輸出功率都產(chǎn)生了不良影響。
[0007] 本發(fā)明的用于改善有源區(qū)載流子分布均勻性的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法 是在傳統(tǒng)邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器工藝的基礎(chǔ)上增加了一步光刻工藝，因此它的制作工藝簡(jiǎn) 單、成本低、重復(fù)性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠改善有源區(qū)載流子分布均勻性、減少 有源區(qū)的載流子泄露、從而降低激光器的閾值電流的具有光柵結(jié)構(gòu)的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光 器。
[0009] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種具有光柵結(jié)構(gòu)的邊發(fā)射半導(dǎo)體激 光器的制造方法，包括以下步驟：
[0010] 步驟1 :在砷化鎵襯底上依次制備N型限制層、N型波導(dǎo)層、多量子阱有源區(qū)和P型 波導(dǎo)層，在P型波導(dǎo)層的上表面制備中央帶有長(zhǎng)條狀凸起的P型限制層，在P型限制層的長(zhǎng) 條狀凸起的上表面制備P型歐姆接觸層，所述砷化鎵襯底、N型限制層、N型波導(dǎo)層、多量子 阱有源區(qū)、P型波導(dǎo)層、P型限制層和P型歐姆接觸層組成分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)；
[0011] 步驟2 :在P型歐姆接觸層的上表面光刻出脊形臺(tái)面；
[0012] 步驟3 :在P型限制層的長(zhǎng)條狀凸起兩側(cè)的平臺(tái)、長(zhǎng)條狀凸起的側(cè)壁及脊形臺(tái)面上 表面的邊緣淀積二氧化硅絕緣層；
[0013] 步驟4:在二氧化硅絕緣層的上表面光刻出引線孔，在脊形臺(tái)面中間的脊形結(jié)構(gòu) 的上表面光刻出光柵結(jié)構(gòu)；
[0014] 步驟5 :在二氧化硅絕緣層及帶有光柵結(jié)構(gòu)的脊形臺(tái)面的上表面制備上層P型電 極；
[0015] 步驟6 :對(duì)帶有上層P型電極的分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行減薄拋光，減薄拋光后，在砷化 鎵襯底的下底面制備下層N型電極。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明能夠減少有源區(qū)的載流子泄露，從而降低激光器的 閾值電流，消除了載流子復(fù)合后光斑的移動(dòng)，從而穩(wěn)定了半導(dǎo)體激光器的測(cè)向模式，在傳統(tǒng) 邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器工藝的基礎(chǔ)上增加了一步光刻工藝，與現(xiàn)有的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器制 備工藝完全兼容，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，廣泛適用于各種材料系的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器。
[0017] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0018] 進(jìn)一步，步驟1中所述的砷化鎵襯底為{100}面偏〈111>方向15° N型偏角砷化 鎵襯底。
[0019] 進(jìn)一步，所述步驟2具體為，將分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)上旋涂滿光刻膠，通過顯影將脊形臺(tái) 面以外區(qū)域的光刻膠去除，再利用濕法腐蝕方法腐蝕出脊形臺(tái)面。
[0020] 進(jìn)一步，所述步驟3具體為，在分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)上采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 法淀積一層二氧化娃絕緣層。
[0021] 進(jìn)一步，所述步驟4中光刻出引線孔的過程具體為，在長(zhǎng)好二氧化硅絕緣層的分 離異質(zhì)結(jié)構(gòu)的脊形臺(tái)面上利用濕法刻蝕法光刻出引線孔，所述引線孔的寬度小于脊形臺(tái)面 的寬度。
[0022] 進(jìn)一步，所述步驟4中光刻出光柵結(jié)構(gòu)的過程具體為，在引線孔上利用濕法腐蝕 法光刻出具有周期結(jié)構(gòu)的光柵結(jié)構(gòu)。
[0023] 進(jìn)一步，所述上層P型電極和下層N型電極為與鎵砷材料形成良好歐姆接觸的電 極材料。
[0024] 進(jìn)一步，所述上層P型電極采用濺射的方法制備，下層N型電極采用蒸發(fā)的方法制 備。
[0025] 進(jìn)一步，在步驟6之后，將具有電極的分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)解理成條，在激光器的前后腔 面上分別鍍上增透膜和高反膜。
[0026] 進(jìn)一步，一種具有光柵結(jié)構(gòu)的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器，包括砷化鎵襯底、N型限制層、 N型波導(dǎo)層、多量子阱有源區(qū)、P型波導(dǎo)層、P型限制層、P型歐姆接觸層，二氧化硅絕緣層、 上層P型電極和下層N型電極；
[0027] 所述N型限制層、N型波導(dǎo)層、多量子阱有源區(qū)、P型波導(dǎo)層和P型限制層依次設(shè)置 于所述砷化鎵襯底的頂部，所述P型限制層的中央帶有長(zhǎng)條狀凸起，P型歐姆接觸層設(shè)置于 P型限制層的長(zhǎng)條狀凸起的上表面，所述砷化鎵襯底、N型限制層、N型波導(dǎo)層、多量子阱有 源區(qū)、P型波導(dǎo)層、P型限制層和P型歐姆接觸層組成分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)，所述P型歐姆接觸層的 上表面設(shè)置有脊形臺(tái)面，二氧化硅絕緣層設(shè)置于P型限制層的長(zhǎng)條狀凸起兩側(cè)的平臺(tái)、長(zhǎng) 條狀凸起的側(cè)壁及脊形臺(tái)面上表面的邊緣，在二氧化硅絕緣層的上表面設(shè)置有引線孔，脊 形臺(tái)面中間的脊形結(jié)構(gòu)的上表面設(shè)置有光柵結(jié)構(gòu)，所述上層P型電極設(shè)置于二氧化硅絕緣 層及帶有光柵結(jié)構(gòu)的脊形臺(tái)面的上表面，在砷化鎵襯底的下底面設(shè)置有下層N型電極。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明方法步驟流程圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的側(cè)向剖面圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的立體結(jié)構(gòu)圖；
[0031] 圖4為本發(fā)明邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)圖。
[0032] 附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：
[0033] 1、多量子阱有源區(qū)，2、P型波導(dǎo)層，3、N型波導(dǎo)層，4、P型限制層，5、N型限制層，6、 P型歐姆接觸層，7、砷化鎵襯底，8、二氧化硅絕緣層，9、上層P型電極，10、下層N型電極，11 邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器、12、銦層，13、銅熱沉，14、金線，15、金層，16、銅帶，17、陶瓷片，18、脊 形臺(tái)面，19、引線孔，20、光柵結(jié)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0034] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0035] 如圖1所示，為本發(fā)明方法步驟流程圖；圖2為本發(fā)明邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的側(cè)向 剖面圖；圖3為本發(fā)明邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的立體結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明邊發(fā)射半導(dǎo)體激 光器的封裝結(jié)構(gòu)圖。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] -種具有光柵結(jié)構(gòu)的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法，包括以下步驟：
[0038] 步驟1 :在砷化鎵襯底7上依次制備N型限制層5、N型波導(dǎo)層3、多量子阱有源區(qū) 1和P型波導(dǎo)層2,在P型波導(dǎo)層2的上表面制備中央帶有長(zhǎng)條狀凸起的P型限制層4,在P 型限制層4的長(zhǎng)條狀凸起的上表面制備P型歐姆接觸層6,所述砷化鎵襯底7、N型限制層 5、N型波導(dǎo)層3、多量子阱有源區(qū)1、P型波導(dǎo)層2、P型限制層4和P型歐姆接觸層6組成 分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)；
[0039] 步驟2 :在P型歐姆接觸層6的上表面光刻出脊形臺(tái)面18 ;
[0040] 步驟3 :在P型限制層4的長(zhǎng)條狀凸起兩側(cè)的平臺(tái)、長(zhǎng)條狀凸起的側(cè)壁及脊形臺(tái)面 18上表面的邊緣淀積二氧化硅絕緣層8 ;
[0041] 步驟4 :在二氧化硅絕緣層8的上表面光刻出引線孔，在脊形臺(tái)面18中間的脊形 結(jié)構(gòu)的上表面光刻出光柵結(jié)構(gòu)20 ;
[0042] 步驟5 :在二氧化硅絕緣層8及帶有光柵結(jié)構(gòu)20的脊形臺(tái)面18的上表面制備上 層P型電極9 ;
[0043] 步驟6 :對(duì)帶有上層P型電極9的分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行減薄拋光，減薄拋光后，在砷 化鎵襯底7的下底面制備下層N型電極10。
[0044] 步驟1中所述的砷化鎵襯底7為{100}面偏〈111>方向15° N型偏角砷化鎵襯底 7。
[0045] 所述步驟2具體為，將分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)上旋涂滿光刻膠，通過顯影將脊形臺(tái)面以外 區(qū)域的光刻膠去除，再利用濕法腐蝕方法腐蝕出脊形臺(tái)面。
[0046] 所述步驟3具體為，在分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)上采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法淀積一 層二氧化硅絕緣層8。
[0047] 所述步驟4中光刻出引線孔的過程具體為，在長(zhǎng)好二氧化硅絕緣層8的分離異質(zhì) 結(jié)構(gòu)的脊形臺(tái)面上利用濕法刻蝕法光刻出引線孔，所述引線孔的寬度小于脊形臺(tái)面的寬 度。
[0048] 所述步驟4中光刻出光柵結(jié)構(gòu)的過程具體為，在引線孔上利用濕法腐蝕法光刻出 具有周期結(jié)構(gòu)的光柵結(jié)構(gòu)。
[0049] 所述上層P型電極9和下層N型電極10為與鎵砷材料形成良好歐姆接觸的電極 材料。
[0050] 所述上層P型電極9采用濺射的方法制備，下層N型電極10采用蒸發(fā)的方法制備。
[0051] 在步驟6之后，將具有電極的分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)解理成條，在激光器的前后腔面上分 別鍍上增透膜和高反膜。
[0052] -種具有光柵結(jié)構(gòu)的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器，包括砷化鎵襯底7、N型限制層5、N型 波導(dǎo)層3、多量子阱有源區(qū)1、P型波導(dǎo)層2、P型限制層4、P型歐姆接觸層6,二氧化硅絕緣 層8、上層P型電極9和下層N型電極10 ;
[0053] 所述N型限制層5、N型波導(dǎo)層3、多量子阱有源區(qū)1、P型波導(dǎo)層2和P型限制層 4依次設(shè)置于所述砷化鎵襯底7的頂部，所述P型限制層4的中央帶有長(zhǎng)條狀凸起，P型歐 姆接觸層6設(shè)置于P型限制層4的長(zhǎng)條狀凸起的上表面，所述砷化鎵襯底7、N型限制層5、 N型波導(dǎo)層3、多量子阱有源區(qū)1、P型波導(dǎo)層2、P型限制層4和P型歐姆接觸層6組成分離 異質(zhì)結(jié)構(gòu)，所述P型歐姆接觸層6的上表面設(shè)置有脊形臺(tái)面18,二氧化硅絕緣層8設(shè)置于P 型限制層4的長(zhǎng)條狀凸起兩側(cè)的平臺(tái)、長(zhǎng)條狀凸起的側(cè)壁及脊形臺(tái)面18上表面的邊緣，在 二氧化硅絕緣層8的上表面設(shè)置有引線孔19,脊形臺(tái)面18中間的脊形結(jié)構(gòu)的上表面設(shè)置有 光柵結(jié)構(gòu)20,所述上層P型電極9設(shè)置于二氧化硅絕緣層8及帶有光柵結(jié)構(gòu)20的脊形臺(tái)面 18的上表面，在砷化鎵襯底7的下底面設(shè)置有下層N型電極10。
[0054] 在封裝時(shí)，邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器11的上層P型電極9通過銦層12與銅熱沉13相 連接到電源正極，邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器6通過金線14接到陶瓷片17上的金層15,再用銅帶 16引出接到電源負(fù)極，完成封裝。
[0055] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種具有光柵結(jié)構(gòu)的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟1 :在砷化鎵襯底（7)上依次制備N型限制層（5)、N型波導(dǎo)層（3)、多量子阱有源 區(qū)（1)和P型波導(dǎo)層（2)，在P型波導(dǎo)層（2)的上表面制備中央帶有長(zhǎng)條狀凸起的P型限制 層（4)，在P型限制層（4)的長(zhǎng)條狀凸起的上表面制備P型歐姆接觸層￠)，所述砷化鎵襯 底（7)、N型限制層（5)、N型波導(dǎo)層（3)、多量子阱有源區(qū)（1)、P型波導(dǎo)層（2)、P型限制層 (4)和P型歐姆接觸層（6)組成分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)； 步驟2:在P型歐姆接觸層￠)的上表面光刻出脊形臺(tái)面（18); 步驟3:在P型限制層（4)的長(zhǎng)條狀凸起兩側(cè)的平臺(tái)、長(zhǎng)條狀凸起的側(cè)壁及脊形臺(tái)面 (18)上表面的邊緣淀積二氧化硅絕緣層（8); 步驟4:在二氧化硅絕緣層（8)的上表面光刻出引線孔（19)，在脊形臺(tái)面（18)中間的 脊形結(jié)構(gòu)的上表面光刻出光柵結(jié)構(gòu)（20); 步驟5 :在二氧化硅絕緣層（8)及帶有光柵結(jié)構(gòu)（20)的脊形臺(tái)面（18)的上表面制備 上層P型電極（9); 步驟6:對(duì)帶有上層P型電極（9)的分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行減薄拋光，減薄拋光后，在砷化 鎵襯底（7)的下底面制備下層N型電極（10)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法，其特征在于：步驟1中所 述的砷化鎵襯底（7)為{100}面偏〈111>方向15° N型偏角砷化鎵襯底（7)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法，其特征在于：所述步驟2 具體為，將分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)上旋涂滿光刻膠，通過顯影將脊形臺(tái)面以外區(qū)域的光刻膠去除，再 利用濕法腐蝕方法腐蝕出脊形臺(tái)面（18)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法，其特征在于：所述步驟3 具體為，在分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)上采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法淀積一層二氧化硅絕緣層 ⑶。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法，其特征在于：所述步驟4 中光刻出引線孔的過程具體為，在長(zhǎng)好二氧化硅絕緣層（8)的分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)的脊形臺(tái)面上 利用濕法刻蝕法光刻出引線孔，所述引線孔的寬度小于脊形臺(tái)面的寬度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法，其特征在于：所述步驟4 中光刻出光柵結(jié)構(gòu)的過程具體為，在引線孔上利用濕法腐蝕法光刻出具有周期結(jié)構(gòu)的光柵 結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法，其特征在于：所述上層P 型電極（9)和下層N型電極（10)為與鎵砷材料形成良好歐姆接觸的電極材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法，其特征在于：所述上層P 型電極（9)采用濺射的方法制備，下層N型電極（10)采用蒸發(fā)的方法制備。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法，其特征在于：在步驟6之 后，將具有電極的分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)解理成條，在激光器的前后腔面上分別鍍上增透膜和高反 膜。
10. -種具有光柵結(jié)構(gòu)的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其特征在于：包括砷化鎵襯底（7)、N型 限制層（5)、N型波導(dǎo)層（3)、多量子阱有源區(qū)（1)、P型波導(dǎo)層（2)、P型限制層（4)、P型歐 姆接觸層（6)，二氧化硅絕緣層（8)、上層P型電極（9)和下層N型電極（10); 所述N型限制層（5)、N型波導(dǎo)層（3)、多量子阱有源區(qū)（1)、P型波導(dǎo)層（2)和P型限 制層⑷依次設(shè)置于所述砷化鎵襯底（7)的頂部，所述P型限制層⑷的中央帶有長(zhǎng)條狀 凸起，P型歐姆接觸層（6)設(shè)置于P型限制層（4)的長(zhǎng)條狀凸起的上表面，所述砷化鎵襯底 (7)、N型限制層（5)、N型波導(dǎo)層（3)、多量子阱有源區(qū)（1)、P型波導(dǎo)層（2)、P型限制層（4) 和P型歐姆接觸層（6)組成分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)，所述P型歐姆接觸層￠)的上表面設(shè)置有脊形 臺(tái)面（18)，二氧化硅絕緣層（8)設(shè)置于P型限制層（4)的長(zhǎng)條狀凸起兩側(cè)的平臺(tái)、長(zhǎng)條狀 凸起的側(cè)壁及脊形臺(tái)面（18)上表面的邊緣，在二氧化硅絕緣層（8)的上表面設(shè)置有引線 孔（19)，脊形臺(tái)面（18)中間的脊形結(jié)構(gòu)的上表面設(shè)置有光柵結(jié)構(gòu)（20)，所述上層P型電極 (9)設(shè)置于二氧化硅絕緣層（8)及帶有光柵結(jié)構(gòu)（20)的脊形臺(tái)面（18)的上表面，在砷化鎵 襯底（7)的下底面設(shè)置有下層N型電極（10)。
【文檔編號(hào)】H01S5/22GK104051960SQ201410234254
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】崔碧峰, 計(jì)偉, 陳京湘 申請(qǐng)人:北京牡丹電子集團(tuán)有限責(zé)任公司