降低電子泄漏的砷化鎵激光器的制造方法
【專利摘要】一種降低電子泄漏的砷化鎵激光器的制造方法，包括以下步驟：步驟1：在砷化鎵襯底依次外延生長N型限制層、N型波導(dǎo)層、量子阱有源區(qū)、P型波導(dǎo)層、窄帶隙插入層、寬帶隙插入層、P型限制層和P型接觸層；步驟2：采用濕法腐蝕或干法刻蝕的方法，將P型接觸層和P型限制層刻蝕成脊型；步驟3：在P型接觸層的上表面制作P型歐姆電極；步驟4：將砷化鎵襯底減薄、清洗；步驟5：在砷化鎵襯底的背面制作N型歐姆電極，形成激光器；步驟6：進行解理，在激光器的腔面鍍膜，最后封裝在管殼上，完成制作。本發(fā)明可以大大降低電子泄漏。
【專利說明】降低電子泄漏的砷化鎵激光器的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到半導(dǎo)體光電子器件【技術(shù)領(lǐng)域】，一種降低電子泄漏的砷化鎵激光器的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體光電子器件的迅速發(fā)展，大功率半導(dǎo)體激光器應(yīng)運而生。由于半導(dǎo)體激光器體積小、價格便宜、電光轉(zhuǎn)換效率高以及壽命長等優(yōu)點，半導(dǎo)體激光器在光電子領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。半導(dǎo)體激光器在工業(yè)加工領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域以及理論研究領(lǐng)域都扮演著重要的角色。目前為止，與其它半導(dǎo)體II1-V族材料相比，對砷化鎵材料的研究是最成熟的。因而，人們對砷化鎵激光器的性能要求也是最高的，這表現(xiàn)在砷化鎵激光器可以有很低的閾值電流、很低的垂直發(fā)散角、較高的電光轉(zhuǎn)換效率等等其它半導(dǎo)體激光器不可比擬的優(yōu)點。
[0003]砷化鎵激光器材料層主要分為三部分:單量子阱或多量子阱形成的有源區(qū)、有源區(qū)一側(cè)為有源區(qū)提供電子的N區(qū)、有源區(qū)另一側(cè)為有源區(qū)提供空穴的P區(qū)。通過施加外加偏壓驅(qū)動電子和空穴在垂直于結(jié)平面的方向上注入到有源區(qū)進行復(fù)合并產(chǎn)生光。通過側(cè)面兩端的理解鏡面形成反饋腔，使得電子空穴復(fù)合產(chǎn)生的光在腔內(nèi)不斷諧振并且形成波前平行于鏡面的駐波。如果有源區(qū)內(nèi)的光增益超過了激光器結(jié)構(gòu)里的光損耗，就會產(chǎn)生放大的受激輻射，激光便會從鏡面端面發(fā)射出來。
[0004]然而，電子泄漏到P型限制造成激光器性能惡化是人們比較擔(dān)心的問題。電子泄漏主要分為三個方面:第一，從電極注入的電子和空穴沒有被兩字捕獲，直接被輸運到限制層造成的電子泄漏。第二，被量子阱俘獲的載流子由于有源區(qū)的溫度較高再次逃逸出來，造成電子泄漏。第三，被量子阱俘獲的電子空穴復(fù)合，但復(fù)合釋放的能量不是以光子的形式釋放出來，而是傳遞給鄰近的電子或空穴使之成為熱載流子，造成電子泄漏。針對砷化鎵激光器電子泄漏問題，本發(fā)明通過在激光器結(jié)構(gòu)中引入窄帶隙插入層和寬帶隙插入層，可以首先降低從有源區(qū)的逃逸出來的電子能量，這樣電子面對的有效勢壘高度遠高于單純引入電子阻擋層的勢壘高度，從而降低了對限制層材料的帶隙寬度的要求，有利于激光器的實際操作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于，提出一種降低電子泄漏的砷化鎵激光器的制造方法，在激光器結(jié)構(gòu)中引入窄帶隙插入層和寬帶隙插入層，可以降低從有源區(qū)逃逸出來的電子能量，這樣電子面對的有效勢壘高度遠高于單純引入電子阻擋層的勢壘高度，從而大大降低了電子泄漏。
[0006]本發(fā)明提供一種降低電子泄漏的砷化鎵激光器的制造方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1:在砷化鎵襯底依次外延生長N型限制層、N型波導(dǎo)層、量子阱有源區(qū)、P型波導(dǎo)層、窄帶隙插入層、寬帶隙插入層、P型限制層和P型接觸層；
[0008]步驟2:采用濕法腐蝕或干法刻蝕的方法，將P型接觸層和P型限制層刻蝕成脊型；
[0009]步驟3:在P型接觸層的上表面制作P型歐姆電極；
[0010]步驟4:將砷化鎵襯底減薄、清洗；
[0011]步驟5:在砷化鎵襯底的背面制作N型歐姆電極，形成激光器；
[0012]步驟6:進行解理，在激光器的腔面鍍膜，最后封裝在管殼上，完成制作。
[0013]本發(fā)明的有益效果是，通過引入窄帶隙插入層和寬帶隙插入層，可以降低從有源區(qū)逃逸出來的電子能量，這樣電子面對的有效勢壘高度遠高于單純引入電子阻擋層的勢壘高度，從而大大降低了電子泄漏。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]為了進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合實例及附圖詳細說明如后，其中:
[0015]圖1是本發(fā)明一種降低砷化鎵激光器電子泄漏的激光器示意圖。
[0016]圖2是激光器結(jié)構(gòu)在生長方向的導(dǎo)帶示意圖，當(dāng)電子被輸運到窄帶隙插入層時電子能量被降低，增加了電子在P區(qū)的有效勢壘的高度。

【具體實施方式】
[0017]請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種降低電子泄漏的砷化鎵激光器的制造方法，包括以下步驟。
[0018]步驟1:在砷化鎵襯底10依次外延生長N型限制層11、N型波導(dǎo)層12、量子阱有源區(qū)13、P型波導(dǎo)層14、窄帶隙插入層15、寬帶隙插入層16、P型限制層17和P型接觸層18。
[0019]步驟2:采用濕法腐蝕或干法刻蝕的方法，將P型接觸層18和P型限制層17刻蝕成脊型。濕法腐蝕操作比較簡單，當(dāng)腐蝕深度不是很深時可以采用，但是容易造成鉆蝕，對器件的影響比較大。如果腐蝕深度很深，最好采用ICP等干法腐蝕。
[0020]步驟3:在制作成脊型的上面生長一層氧化模，并采用光刻的方法，在P型接觸層18的上表面制作P型歐姆電極19。首先，利用PECVD淀積的S12薄膜與原GaAs表面粘附特性較好及S12薄膜良好的電絕緣特性，與光刻工藝有效配合，可將S12層覆蓋在除引線孔以外的所有上表面上。其次，用腐蝕液腐蝕氧化硅。該腐蝕液是由氫氟酸:氟化銨:去離子水=3ml: 6g: 1ml配比而成。最后,?賤射Ti/Pt/Au做正面電極,?賤射T1-Au時襯底要保持足夠高的溫度(80度)，使得表面吸附的水分及其無用物質(zhì)揮發(fā)干凈，形成完全潔凈的表面，保證濺射時的金屬層，能夠牢固的粘附在片子表面。濺射時要保證足夠高的真空度，使濺射時的金屬原子，氬離子在加速場運動時有足夠的自由程，使之能夠有力的打到靶上，和金屬原子有力的打到片子上，形成牢固的金屬膜，同時防止金屬及表面氧化。
[0021]步驟4:將砷化鎵襯底10減薄、清洗。拋光后厚度一定要控制在80100um之間，太厚不易解理，管芯易碎，易破壞腔面；太薄了使片子損傷層接近結(jié)構(gòu)區(qū)造成損傷，影響器件壽命。大于10um不易解理，解理時破壞腔面。磨拋過程中要保證不要碎片。粘片，起片時一定要充分熔化蠟。磨拋片子清洗時，加熱溫度不易過高，否則易碎片。
[0022]步驟5:在砷化鎵襯底10制作N型歐姆電極20，形成激光器。拋光后立即清洗，清洗后馬上蒸發(fā)，保證片子表面不氧化，使AuGeNi粘附牢固。蒸發(fā)時一定要保證襯底加熱有足夠高的溫度，使片子表面吸附水分完全揮發(fā)掉，保證片子良好的粘附。
[0023]步驟6:進行解理，在激光器的腔面鍍膜，最后封裝在管殼上，完成制作。在激光器的腔面鍍上增透膜和增反膜，可以減少激光器閾值電流，和峰值半寬。增強激光器的選模能力。
[0024]其中窄帶隙插入層15的材料為鋁鎵砷材料，厚度0.1-0.8 μ m，鋁組分為0.1-0.4，
其帶隙寬度低于P型波導(dǎo)層14的帶隙寬度。
[0025]其中量子阱有源區(qū)的13量子阱個數(shù)為1-5個，量子阱的材料為砷化鎵材料、鎵砷磷材料以及銦鎵砷材料，每一量子阱的厚度為Ι-lOnm，量子壘材料分別對應(yīng)為鋁鎵砷、銦鎵磷以及鎵砷磷材料。
[0026]其中P型波導(dǎo)層14的厚度為0.2-2 μ m。
[0027]其中窄帶隙插入層15的材料為鋁鎵砷材料，厚度0.1-0.8 μ m，鋁組分為0.1-0.4，
其帶隙寬度要低于P型波導(dǎo)層14的帶隙寬度。
[0028]其中寬帶隙插入層16的材料為鋁鎵砷材料，厚度0.05-0.3 μ m，鋁組分為0.7-1，
其帶隙寬度要高于窄帶隙插入層15的帶隙寬度。
[0029]7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低電子泄漏的砷化鎵激光器的制造方法，其中脊型刻蝕的深度到達P型限制層17內(nèi)。
[0030]請參閱圖2所示，該圖是對應(yīng)激光器結(jié)構(gòu)在生長方向的導(dǎo)帶示意圖。窄帶隙插入層的導(dǎo)帶較低，形成勢阱，當(dāng)電子被輸運到該區(qū)域時，能量被降低。寬帶隙插入層用來阻擋能量已經(jīng)被降低的電子。因此，窄帶隙和寬帶隙插入層的綜合使用大大降低了電子面臨的有效勢壘高度。
[0031]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種降低電子泄漏的砷化鎵激光器的制造方法，包括以下步驟: 步驟1:在砷化鎵襯底依次外延生長N型限制層、N型波導(dǎo)層、量子阱有源區(qū)、P型波導(dǎo)層、窄帶隙插入層、寬帶隙插入層、P型限制層和P型接觸層； 步驟2:采用濕法腐蝕或干法刻蝕的方法，將P型接觸層和P型限制層刻蝕成脊型； 步驟3:在P型接觸層的上表面制作P型歐姆電極； 步驟4:將砷化鎵襯底減薄、清洗； 步驟5:在砷化鎵襯底的背面制作N型歐姆電極，形成激光器； 步驟6:進行解理，在激光器的腔面鍍膜，最后封裝在管殼上，完成制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低電子泄漏的砷化鎵激光器的制造方法，其中窄帶隙插入層的材料為鋁鎵砷材料，厚度0.1-0.8 μ m，鋁組分為0.1-0.4，其帶隙寬度低于P型波導(dǎo)層的帶隙寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低電子泄漏的砷化鎵激光器的制造方法，其中量子阱有源區(qū)的量子阱個數(shù)為1-5個，量子阱的材料為砷化鎵材料、鎵砷磷材料以及銦鎵砷材料，每一量子阱的厚度為Ι-lOnm，量子壘材料分別對應(yīng)為鋁鎵砷、銦鎵磷以及鎵砷磷材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低電子泄漏的砷化鎵激光器的制造方法，其中P型波導(dǎo)層的厚度為0.2-2 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低電子泄漏的砷化鎵激光器的制造方法，其中窄帶隙插入層的材料為鋁鎵砷材料，厚度0.1-0.8 μ m，鋁組分為0.1-0.4，其帶隙寬度要低于P型波導(dǎo)層的帶隙寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低電子泄漏的砷化鎵激光器的制造方法，其中寬帶隙插入層的材料為鋁鎵砷材料，厚度0.05-0.3 μ m，鋁組分為0.7-1，其帶隙寬度要高于窄帶隙插入層的帶隙寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低電子泄漏的砷化鎵激光器的制造方法，其中脊型刻蝕的深度到達P型限制層內(nèi)。
【文檔編號】H01S5/343GK104300366SQ201410563125
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】李翔, 趙德剛, 江德生, 劉宗順, 陳平, 朱建軍 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所