CN104300366B - 降低电子泄漏的砷化镓激光器的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种降低电子泄漏的砷化镓激光器的制作方法，包括以下步骤：步骤1：在砷化镓衬底依次外延生长N型限制层、N型波导层、量子阱有源区、P型波导层、窄带隙***层、宽带隙***层、P型限制层和P型接触层；步骤2：采用湿法腐蚀或干法刻蚀的方法，将P型接触层和P型限制层刻蚀成脊型；步骤3：在P型接触层的上表面制作P型欧姆电极；步骤4：将砷化镓衬底减薄、清洗；步骤5：在砷化镓衬底的背面制作N型欧姆电极，形成激光器；步骤6：进行解理，在激光器的腔面镀膜，最后封装在管壳上，完成制作。本发明可以大大降低电子泄漏。

Description

降低电子泄漏的砷化镓激光器的制作方法

技术领域

本发明涉及到半导体光电子器件技术领域，一种降低电子泄漏的砷化镓激光器的制作方法。

背景技术

随着半导体光电子器件的迅速发展，大功率半导体激光器应运而生。由于半导体激光器体积小、价格便宜、电光转换效率高以及寿命长等优点，半导体激光器在光电子领域有着非常广泛的应用。半导体激光器在工业加工领域、医学治疗领域、军事领域以及理论研究领域都扮演着重要的角色。目前为止，与其它半导体III-V族材料相比，对砷化镓材料的研究是最成熟的。因而，人们对砷化镓激光器的性能要求也是最高的，这表现在砷化镓激光器可以有很低的阈值电流、很低的垂直发散角、较高的电光转换效率等等其它半导体激光器不可比拟的优点。

砷化镓激光器材料层主要分为三部分：单量子阱或多量子阱形成的有源区、有源区一侧为有源区提供电子的N区、有源区另一侧为有源区提供空穴的P区。通过施加外加偏压驱动电子和空穴在垂直于结平面的方向上注入到有源区进行复合并产生光。通过侧面两端的理解镜面形成反馈腔，使得电子空穴复合产生的光在腔内不断谐振并且形成波前平行于镜面的驻波。如果有源区内的光增益超过了激光器结构里的光损耗，就会产生放大的受激辐射，激光便会从镜面端面发射出来。

然而，电子泄漏到P型限制造成激光器性能恶化是人们比较担心的问题。电子泄漏主要分为三个方面：第一，从电极注入的电子和空穴没有被两字捕获，直接被输运到限制层造成的电子泄漏。第二，被量子阱俘获的载流子由于有源区的温度较高再次逃逸出来，造成电子泄漏。第三，被量子阱俘获的电子空穴复合，但复合释放的能量不是以光子的形式释放出来，而是传递给邻近的电子或空穴使之成为热载流子，造成电子泄漏。针对砷化镓激光器电子泄漏问题，本发明通过在激光器结构中引入窄带隙***层和宽带隙***层，可以首先降低从有源区的逃逸出来的电子能量，这样电子面对的有效势垒高度远高于单纯引入电子阻挡层的势垒高度，从而降低了对限制层材料的带隙宽度的要求，有利于激光器的实际操作。

发明内容

本发明目的在于，提出一种降低电子泄漏的砷化镓激光器的制作方法，在激光器结构中引入窄带隙***层和宽带隙***层，可以降低从有源区逃逸出来的电子能量，这样电子面对的有效势垒高度远高于单纯引入电子阻挡层的势垒高度，从而大大降低了电子泄漏。

本发明提供一种降低电子泄漏的砷化镓激光器的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：在砷化镓衬底依次外延生长N型限制层、N型波导层、量子阱有源区、P型波导层、窄带隙***层、宽带隙***层、P型限制层和P型接触层；

步骤2：采用湿法腐蚀或干法刻蚀的方法，将P型接触层和P型限制层刻蚀成脊型；

步骤3：在P型接触层的上表面制作P型欧姆电极；

步骤4：将砷化镓衬底减薄、清洗；

步骤5：在砷化镓衬底的背面制作N型欧姆电极，形成激光器；

步骤6：进行解理，在激光器的腔面镀膜，最后封装在管壳上，完成制作。

本发明的有益效果是，通过引入窄带隙***层和宽带隙***层，可以降低从有源区逃逸出来的电子能量，这样电子面对的有效势垒高度远高于单纯引入电子阻挡层的势垒高度，从而大大降低了电子泄漏。

附图说明

为了进一步说明本发明的内容，以下结合实例及附图详细说明如后，其中：

图1是本发明一种降低砷化镓激光器电子泄漏的激光器示意图。

图2是激光器结构在生长方向的导带示意图，当电子被输运到窄带隙***层时电子能量被降低，增加了电子在p区的有效势垒的高度。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种降低电子泄漏的砷化镓激光器的制作方法，包括以下步骤。

步骤1：在砷化镓衬底10依次外延生长N型限制层11、N型波导层12、量子阱有源区13、P型波导层14、窄带隙***层15、宽带隙***层16、P型限制层17和P型接触层18。

步骤2：采用湿法腐蚀或干法刻蚀的方法，将P型接触层18和P型限制层17刻蚀成脊型。湿法腐蚀操作比较简单，当腐蚀深度不是很深时可以采用，但是容易造成钻蚀，对器件的影响比较大。如果腐蚀深度很深，最好采用ICP等干法腐蚀。

步骤3：在制作成脊型的上面生长一层氧化模，并采用光刻的方法，在P型接触层18的上表面制作P型欧姆电极19。首先，利用PECVD淀积的SiO₂薄膜与原GaAs表面粘附特性较好及SiO₂薄膜良好的电绝缘特性，与光刻工艺有效配合，可将SiO₂层覆盖在除引线孔以外的所有上表面上。其次，用腐蚀液腐蚀氧化硅。该腐蚀液是由氢氟酸∶氟化铵∶去离子水＝3ml∶6g∶10ml配比而成。最后，溅射Ti/Pt/Au做正面电极，溅射Ti-Au时衬底要保持足够高的温度(80度)，使得表面吸附的水分及其无用物质挥发干净，形成完全洁净的表面，保证溅射时的金属层，能够牢固的粘附在片子表面。溅射时要保证足够高的真空度，使溅射时的金属原子，氩离子在加速场运动时有足够的自由程，使之能够有力的打到靶上，和金属原子有力的打到片子上，形成牢固的金属膜，同时防止金属及表面氧化。

步骤4：将砷化镓衬底10减薄、清洗。抛光后厚度一定要控制在80100um之间，太厚不易解理，管芯易碎，易破坏腔面；太薄了使片子损伤层接近结构区造成损伤，影响器件寿命。大于100um不易解理，解理时破坏腔面。磨抛过程中要保证不要碎片。粘片，起片时一定要充分熔化蜡。磨抛片子清洗时，加热温度不易过高，否则易碎片。

步骤5：在砷化镓衬底10制作N型欧姆电极20，形成激光器。抛光后立即清洗，清洗后马上蒸发，保证片子表面不氧化，使AuGeNi粘附牢固。蒸发时一定要保证衬底加热有足够高的温度，使片子表面吸附水分完全挥发掉，保证片子良好的粘附。

步骤6：进行解理，在激光器的腔面镀膜，最后封装在管壳上，完成制作。在激光器的腔面镀上增透膜和增反膜，可以减少激光器阈值电流，和峰值半宽。增强激光器的选模能力。

其中窄带隙***层15的材料为铝镓砷材料，厚度0.1-0.8μm，铝组分为0.1-0.4，其带隙宽度低于P型波导层14的带隙宽度。

其中量子阱有源区的13量子阱个数为1-5个，量子阱的材料为砷化镓材料、镓砷磷材料以及铟镓砷材料，每一量子阱的厚度为1-10nm，量子垒材料分别对应为铝镓砷、铟镓磷以及镓砷磷材料。

其中P型波导层14的厚度为0.2-2μm。

其中窄带隙***层15的材料为铝镓砷材料，厚度0.1-0.8μm，铝组分为0.1-0.4，其带隙宽度要低于P型波导层14的带隙宽度。

其中宽带隙***层16的材料为铝镓砷材料，厚度0.05-0.3μm，铝组分为0.7-1，其带隙宽度要高于窄带隙***层15的带隙宽度。

7.根据权利要求1所述的降低电子泄漏的砷化镓激光器的制作方法，其中脊型刻蚀的深度到达p型限制层17内。

请参阅图2所示，该图是对应激光器结构在生长方向的导带示意图。窄带隙***层的导带较低，形成势阱，当电子被输运到该区域时，能量被降低。宽带隙***层用来阻挡能量已经被降低的电子。因此，窄带隙和宽带隙***层的综合使用大大降低了电子面临的有效势垒高度。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种降低电子泄漏的砷化镓激光器的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：在砷化镓衬底依次外延生长N型限制层、N型波导层、量子阱有源区、P型波导层、窄带隙***层、宽带隙***层、P型限制层和P型接触层；

其中窄带隙***层的材料为铝镓砷材料，厚度0.1-0.8μm，铝组分为0.1-0.4，其带隙宽度低于P型波导层的带隙宽度；

其中宽带隙***层的材料为铝镓砷材料，厚度0.05-0.3μm，铝组分为0.7-1，其带隙宽度要高于窄带隙***层的带隙宽度；

步骤2：采用湿法腐蚀或干法刻蚀的方法，将P型接触层和P型限制层刻蚀成脊型，其中脊型刻蚀的深度到达p型限制层内；

步骤3：在P型接触层的上表面制作P型欧姆电极；

步骤4：将砷化镓衬底减薄、清洗；抛光后的厚度控制在80-100μm之间；

步骤5：在砷化镓衬底的背面制作N型欧姆电极，形成激光器；

步骤6：进行解理，在激光器的腔面镀膜，最后封装在管壳上，完成制作。

2.根据权利要求1所述的降低电子泄漏的砷化镓激光器的制作方法，其中量子阱有源区的量子阱个数为1-5个，量子阱的材料为砷化镓材料、镓砷磷材料或铟镓砷材料，每一量子阱的厚度为1-10nm，量子垒材料分别对应为铝镓砷、铟镓磷或镓砷磷材料。

3.根据权利要求1所述的降低电子泄漏的砷化镓激光器的制作方法，其中P型波导层的厚度为0.2-2μm。