本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器的制作方法，特別是一種具有腔面非注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器制作方法，屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體激光器是最實用、最重要的一類激光器，具有體積小、壽命長、電泵浦、易集成等優(yōu)點，在光通信、光存儲、激光打印、激光加工、激光顯示、激光雷達等領(lǐng)域已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。大功率半導(dǎo)體激光器是以功率型應(yīng)用為主要目的、致力于提高輸出光功率和電光轉(zhuǎn)換效率的一類激光器，是激光加工、激光醫(yī)療、激光顯示等領(lǐng)域的核心光源和支撐技術(shù)之一。

腔面光學(xué)災(zāi)變損傷（cod）是限制半導(dǎo)體激光器最大輸出光功率的主要因素之一。半導(dǎo)體激光器腔面解理時會產(chǎn)生大量表面態(tài)和缺陷，導(dǎo)致腔面產(chǎn)生強烈光吸收以及載流子非輻射復(fù)合，當(dāng)腔面光功率密度達到一定值時，會產(chǎn)生大量熱量使腔面溫度急劇升高，導(dǎo)致腔面發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的光學(xué)損傷。提高大功率半導(dǎo)體激光器的光學(xué)災(zāi)變損傷閾值光功率是大功率半導(dǎo)體激光器生產(chǎn)工藝中極為重要的環(huán)節(jié)。提高光學(xué)災(zāi)變損傷閾值的方法有多種，其中腔面附近引入非注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)是一種簡單有效的方法，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體激光器制作中。

此外，質(zhì)量較差的歐姆接觸會導(dǎo)致半導(dǎo)體激光器串聯(lián)電阻增加，直接影響激光器的功率轉(zhuǎn)換效率，同時產(chǎn)生大量熱。特別是對于氮化鎵激光器，高質(zhì)量的p型歐姆接觸制作比較困難，對激光器性能影響極其大。目前一種半導(dǎo)體激光器的制作方法是，激光器材料外延生長完成后，經(jīng)過清洗和處理后直接濺射金屬形成p型歐姆接觸，以光刻膠為掩膜依次刻蝕金屬和半導(dǎo)體材料，獲得形狀完全相同的p型歐姆接觸和脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該方法簡單易行，可獲得高質(zhì)量的p型歐姆接觸。但由于p型歐姆接觸與脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)完全相同，無法根據(jù)需要制作特定的注入窗口，如腔面附近非注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)。

因此，在制作高質(zhì)量歐姆接觸的同時，在腔面附近實現(xiàn)非注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)，對提高半導(dǎo)體激光器的轉(zhuǎn)換效率和最大輸出光功率具有非常重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種具有腔面非注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器制作方法，旨在提高半導(dǎo)體激光器的轉(zhuǎn)換效率、最大輸出光功率以及器件可靠性。

本發(fā)明提供的具有腔面非注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器制作方法，其主要實現(xiàn)步驟包括：

步驟（1），通過光刻、淀積金屬、剝離工藝，在半導(dǎo)體激光器外延片的正面制作出帶狀p型歐姆接觸，而不含p型歐姆接觸的區(qū)域為非注入?yún)^(qū)；

步驟（2），利用光刻技術(shù)制作出用于制備半導(dǎo)體激光器的脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的掩膜，依次刻蝕半導(dǎo)體激光器外延片表面的金屬和半導(dǎo)體材料，獲得半導(dǎo)體激光器條形的p型歐姆接觸和脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；

步驟（3），在半導(dǎo)體激光器外延片表面沉積一層絕緣介質(zhì)，利用光刻及刻蝕技術(shù)，在p型歐姆接觸的頂部制作出電注入窗口；

步驟（4），通過光刻、濺射金屬、剝離等工藝制作p型歐姆接觸的加厚電極；

步驟（5），對半導(dǎo)體激光器外延片的襯底進行減薄拋光，然后清洗干凈，再在襯底背面制作n型歐姆接觸；

步驟（6），解理形成半導(dǎo)體激光器的諧振腔腔面，并在腔面前后分別蒸鍍或者淀積增透膜和高反膜。

所述步驟（1）制作帶狀p型歐姆接觸過程中，淀積金屬前需將光刻顯影后p型歐姆接觸區(qū)域的底膜去除干凈，同時去除半導(dǎo)體激光器外延片歐姆接觸層表面的氧化層，提高歐姆接觸質(zhì)量。在制作脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)前，直接在半導(dǎo)體激光器外延片上制作帶狀p型歐姆接觸，可以獲得高質(zhì)量的p型歐姆接觸。

所述步驟（1）中帶狀p型歐姆接觸的寬度小于半導(dǎo)體激光器的諧振腔腔長，不含p型歐姆接觸區(qū)域的寬度為5~100μm，作為半導(dǎo)體激光器腔面附近的非注入?yún)^(qū)，該結(jié)構(gòu)周期等于半導(dǎo)體激光器的諧振腔腔長。

所述步驟（2）中的掩膜為光刻膠、二氧化硅或者氮化硅中的一種。

所述步驟（2）采用的刻蝕方法是濕法腐蝕法、干法刻蝕法、干法濕法結(jié)合法中的一種，半導(dǎo)體激光器的脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的刻蝕深度為0.2~2微米。

所述步驟（2）中得到的半導(dǎo)體激光器的脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，脊型寬度為1~200微米，諧振腔腔長為200~10000微米。

所述步驟（3）中的電注入窗口不能超出條形p型歐姆接觸區(qū)域。

所述步驟（6）中解理是沿非注入?yún)^(qū)中心位置附近解理，解理位置位于非注入?yún)^(qū)總寬度的1/6~5/6之間。

本發(fā)明的有益效果如下：

1、在制作脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)前，直接在半導(dǎo)體激光器外延片上制作帶狀p型歐姆接觸，不僅可獲得高質(zhì)量的p型歐姆接觸，還可在腔面附近實現(xiàn)非注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)，提高半導(dǎo)體激光器腔面災(zāi)變損傷閾值光功率密度；

2、采用同一個掩膜刻蝕形成半導(dǎo)體激光器的p型歐姆接觸和條形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，不需要精確的光刻套刻對準，制作工藝簡單，易于實現(xiàn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的制作流程示意圖。

圖2是實施例中帶狀p型歐姆接觸的平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3a是實施例中采用的半導(dǎo)體激光器外延片結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3b是實施例中具有帶狀p型歐姆接觸的半導(dǎo)體激光器外延片結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3c是實施例中制作出激光器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)掩膜后的半導(dǎo)體激光器外延片結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3d是實施例中刻蝕出脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)后的半導(dǎo)體激光器外延片結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，附圖標記為：201-半導(dǎo)體激光器的p型歐姆接觸區(qū)，202-半導(dǎo)體激光器的非注入?yún)^(qū)，301-襯底，302-下限制層，303-下波導(dǎo)層，304-有源層，305-上波導(dǎo)層，306-上限制層，307-p型歐姆接觸層，308-帶狀p型歐姆接觸金屬，309-條形波導(dǎo)掩膜，316-半導(dǎo)體激光器的上限制層，317-半導(dǎo)體激光器的歐姆接觸層，318-條形p型歐姆接觸金屬。

具體實施方式

如圖1所示，一種具有腔面非注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器制作方法，主要包括以下步驟：

步驟（1），通過光刻、淀積金屬、剝離等工藝，在半導(dǎo)體激光器外延片的正面制作出帶狀p型歐姆接觸，不含p型歐姆接觸的區(qū)域為非注入?yún)^(qū)；

步驟（2），利用光刻技術(shù)制作出半導(dǎo)體激光器的脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的掩膜，利用干法或者濕法刻蝕半導(dǎo)體激光器外延片表面的金屬和外延材料，獲得半導(dǎo)體激光器的條形p型歐姆接觸和脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；

步驟（3），在半導(dǎo)體激光器外延片表面沉積一層絕緣介質(zhì)，利用光刻及刻蝕技術(shù)，在p型歐姆接觸的頂部制作出電注入窗口；

步驟（4），通過光刻、濺射金屬、剝離等工藝制作p型歐姆接觸的加厚電極；

步驟（5），對激光器外延片的襯底進行減薄拋光，然后清洗干凈，再在背面制作n型歐姆接觸；

步驟（6），沿非注入?yún)^(qū)中心位置解理，形成半導(dǎo)體激光器的腔面，并在前后腔面分別蒸鍍或者淀積增透膜和高反膜，最后裂成單個激光器管芯進行封裝。

為使本發(fā)明的內(nèi)容、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例及附圖進一步闡述本發(fā)明。

實施例1

本實施例中半導(dǎo)體激光器采用脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，脊型寬度設(shè)計為10微米，諧振腔腔長設(shè)計為800微米，腔面兩端各有25微米長的非注入?yún)^(qū)。其主要制作工藝流程如圖1所示，具體工藝步驟包括：

（1）將半導(dǎo)體激光器外延片清洗干凈，通過光刻、淀積金屬、剝離等工藝，在半導(dǎo)體激光器外延片的正面制作出帶狀p型歐姆接觸。其平面結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括半導(dǎo)體激光器的帶狀p型歐姆接觸區(qū)201和非注入?yún)^(qū)202，非注入?yún)^(qū)202的區(qū)域范圍內(nèi)不包含p型歐姆接觸。帶狀p型歐姆接觸的周期等于半導(dǎo)體激光器腔長（即800微米），非注入?yún)^(qū)202寬度等于半導(dǎo)體激光器兩端非注入?yún)^(qū)長度之和（即50微米）。

制作帶狀p型歐姆接觸過程中，淀積金屬前需將光刻顯影后p型歐姆接觸區(qū)201的底膜去除干凈，同時去除半導(dǎo)體激光器外延片的歐姆接觸層表面的氧化層，提高歐姆接觸質(zhì)量。剝離出帶狀p型歐姆接觸金屬后，根據(jù)半導(dǎo)體激光器材料體系的需要，可能需要對外延片進行退火處理形成p型歐姆接觸。

本實施例中采用的半導(dǎo)體激光器外延片結(jié)構(gòu)示意圖如圖3a所示，包括：襯底301、下限制層302、下波導(dǎo)層303、有源層304、上波導(dǎo)層305、上限制層306、p型歐姆接觸層307。圖3b給出了p型歐姆接觸制作完成后的外延片結(jié)構(gòu)示意圖，其中308為帶狀p型歐姆接觸金屬。

（2）利用光刻技術(shù)制作出半導(dǎo)體激光器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的掩膜圖形，如圖3c所示，其中309為條形波導(dǎo)掩膜，本實施例中采用光刻膠作為掩膜。

采用干法刻蝕，依次刻蝕半導(dǎo)體激光器外延片表面的帶狀p型歐姆接觸金屬和半導(dǎo)體材料，獲得條形的p型歐姆接觸和脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。去除光刻膠掩膜后得到如圖3d所示結(jié)構(gòu)，其中，318為條形p型歐姆接觸金屬，317為半導(dǎo)體激光器的歐姆接觸層，316為半導(dǎo)體激光器的上限制層。本實施例中，刻蝕區(qū)域的上限制層316未完全刻穿，構(gòu)成了脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。此外，由于非注入?yún)^(qū)不存在金屬層，該區(qū)域半導(dǎo)體激光器外延結(jié)構(gòu)的刻蝕深度更深。

（3）在激光器外延片表面沉積一層絕緣介質(zhì)，利用光刻技術(shù)及干法刻蝕，刻蝕p型歐姆接觸頂部的絕緣介質(zhì)，制作出電注入窗口。本實施例中，采用等離子體增強化學(xué)氣相沉積設(shè)備（pecvd）沉積一層200納米厚的二氧化硅薄膜作為絕緣介質(zhì)，電注入窗口寬8微米、長950微米，電注入窗口與p型歐姆接觸中心重合。

（4）通過光刻、濺射金屬、剝離等工藝制作p型歐姆接觸的加厚電極。本實施例中，加厚電極圖形長960微米、寬200微米，中心與p型歐姆接觸中心重合。

（5）將激光器外延片的襯底減薄至約100微米厚，并將其背面拋光，將外延片清洗干凈后在背面濺射金屬形成n型歐姆接觸，沿202中心位置解理，形成半導(dǎo)體激光器的反射腔面，并在前后腔面分別蒸鍍或者淀積增透膜和高反膜，最后裂成單個激光器管芯進行封裝，完成具有腔面非注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器制作。

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，所應(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)。