專利名稱：半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法，適用于半導(dǎo)體脊型波導(dǎo)激光器，寬條半導(dǎo)體激光器，列陣半導(dǎo)體激光器。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器做為一種光電子器件在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。半導(dǎo)體激光器獲得應(yīng)用的前提是具有高的可靠性。影響半導(dǎo)體激光器可靠性的因素很多，其中主要原因是腔面退化和腔面光學(xué)災(zāi)變損傷(COD，Catastrophic Optical Damage)。提高半導(dǎo)體激光器可靠性的途徑有以下幾種1)真空解理鍍膜技術(shù)。在高真空環(huán)境下完成外延片的解理和鍍膜過程，防止了氧和碳等雜質(zhì)對腔面的粘污，因此提高了半導(dǎo)體激光器的可靠性。但該技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備昂貴。
2)特殊材料進(jìn)行端面鈍化(見Electron.Lett.，1996，32352-353和J.Vac.Sci.Technol.，1994，A12(4)，1063-1067)。應(yīng)用(NH4)2Sx進(jìn)行端面鈍化后，減少了表面態(tài)密度，從而降低了表面非輻射復(fù)合速率，提高了COD閾值。但硫鈍化激光器的長期可靠性有待于進(jìn)一步研究。
3)端面處形成非吸收窗技術(shù)(見IEEE Photonics Technology Letters，1998，vol.10，No.9，1226-1228)。應(yīng)用多次外延技術(shù)在端面附近再生長一層高帶隙材料，形成輸出光的透明窗口，減少光的吸收。該技術(shù)的缺點(diǎn)是需要多次外延生長，技術(shù)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的處理方法，采用這種方法可以防止電流進(jìn)入到腔面區(qū)域，從而降低了腔面非輻射復(fù)合速率，提高了COD閾值，可以提高半導(dǎo)體激光器的長期可靠性。該方法可應(yīng)用于半導(dǎo)體脊型波導(dǎo)激光器，半導(dǎo)體寬條激光器，半導(dǎo)體列陣激光器。
本發(fā)明一種半導(dǎo)體激光器腔面鈍化處理方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在N型襯底上依次外延生長半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)包括下限制層、下波導(dǎo)層、量子阱層、上波導(dǎo)層、上限制層、歐姆接觸層；(2)外延片歐姆接觸層面涂正型光刻膠；(3)應(yīng)用光刻版沿垂直于激光器諧振腔的方向進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)光刻；(4)腐蝕；(5)氦離子注入；(6)去掉光刻膠；(7)進(jìn)行常規(guī)的半導(dǎo)體激光器制造，直至完成P面電極和N面電極工藝；(8)沿50um寬的氦離子注入?yún)^(qū)域中間將外延片解理成條，腔長為900um；(9)前后腔面分別鍍低反射率膜和高反射率膜；(10)將條解理成管芯；(11)管芯燒結(jié)到熱沉，壓焊電極引線，封裝，完成半導(dǎo)體激光器制作的整個工藝過程。
其中步驟(2)涂正型光刻膠，厚度為5um。
其中步驟(3)的光刻版為50um/900um的光刻版，沿垂直于激光器諧振腔的方向光刻出50um的離子注入?yún)^(qū)域。
其中步驟(4)的腐蝕液為硫酸∶雙氧水∶水＝4∶1∶1腐蝕液，溫度0℃，時間20s。
其中步驟(5)氦離子注入，其能量小于30kev，劑量等于4E13cm-2。
應(yīng)用氦離子注入到腔面附近約25um的區(qū)域，經(jīng)過氦離子注入后，該區(qū)域獲得高電阻率，從而阻擋電流由此注入到腔面；因此減少了腔面非輻射復(fù)合的發(fā)生，提高了腔面災(zāi)變性損傷閾值，有利于提高半導(dǎo)體激光器的長期可靠性。
該方法的特點(diǎn)在于應(yīng)用氦離子注入到腔面附近區(qū)域，經(jīng)過氦離子注入后該區(qū)域獲得高的電阻率，阻擋電流由此注入到腔面，因此形成腔面的電流非注入?yún)^(qū)。該方法簡單實(shí)用，適合于半導(dǎo)體脊型波導(dǎo)激光器，寬條半導(dǎo)體激光器，列陣半導(dǎo)體激光器。


圖1為50um/900um光刻版示意圖；圖2為脊型波導(dǎo)激光器的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
請參閱圖1，圖1為50um/90um光刻版示意圖；應(yīng)用正型光刻膠時，50um亮條形10為曝光區(qū)域，形成離子注入的窗口；暗條形11為光刻膠保留區(qū)域，做為非離子注入?yún)^(qū)域的保護(hù)膜層；光刻版的周期為900um，沿離子注入?yún)^(qū)域中間解理管芯，管芯腔長為900um。
結(jié)合圖1、圖2，以脊型波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器為例，應(yīng)用氦離子注入形成腔面電流非注入?yún)^(qū)技術(shù)包括以下步驟(1)外延生長在N型襯底21上依次外延生長半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)包括下限制層22、下波導(dǎo)層23、量子阱層24、上波導(dǎo)層25、上限制層26、歐姆接觸層27。
(2)涂膠在外延片的歐姆接觸層27面涂上正型光刻膠，控制勻膠和甩膠的轉(zhuǎn)速和時間，使光刻膠厚度達(dá)到5um，5um厚的光刻膠可以為非離子注入?yún)^(qū)域提供良好的保護(hù)。
(3)光刻應(yīng)用圖1所示的50um/900um的光刻版沿垂直于激光器諧振腔的方向進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)光刻。(經(jīng)過曝光顯影后，在一個周期內(nèi)，形成50um寬的離子注入?yún)^(qū)域，其他的850um寬區(qū)域?yàn)榉请x子注入?yún)^(qū)域，將來管芯的腔長為900um)。
(4)腐蝕應(yīng)用硫酸∶雙氧水∶水＝4∶1∶1腐蝕液，溫度0℃，時間20s；作用對歐姆接觸層27進(jìn)行輕微腐蝕，做為將來解理時的對準(zhǔn)標(biāo)記。
(5)氦離子注入能量等于30kev，劑量等于4E13cm-2，防止溝道效應(yīng)。作用通過離子注入形成高電阻區(qū)域，該區(qū)域限制電流由此注入到腔面，抑制腔面的退化，提高了激光器的可靠性。
(6)去掉光刻膠，準(zhǔn)備進(jìn)入常規(guī)的半導(dǎo)體激光器制作工藝。
(7)進(jìn)行常規(guī)的脊型波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器制造，直至完成P面電極28和N面電極20工藝。附注進(jìn)入步驟(7)以后，沉積SiO2(二氧化硅)或者SiNxOy(氮氧化硅)絕緣層時都要用PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)低溫條件(約90℃)，以防止高溫?zé)嵬嘶鹗垢唠娮鑵^(qū)失效。
(8)沿50um的氦離子注入?yún)^(qū)域中間將外延片解理成條，使前后腔面附近各有25um的電流非注入?yún)^(qū)。
(9)腔面鍍膜一端鍍高反射率膜，一端鍍低反射率膜。
(10)解理管芯將鍍膜后的條解理成管芯。
(11)管芯燒結(jié)到熱沉，壓焊電極引線，封裝，完成半導(dǎo)體激光器整個工藝過程。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光器腔面鈍化處理方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在N型襯底上依次外延生長半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)包括下限制層、下波導(dǎo)層、量子阱層、上波導(dǎo)層、上限制層、歐姆接觸層；(2)外延片歐姆接觸層面涂正型光刻膠；(3)應(yīng)用光刻版沿垂直于激光器諧振腔的方向進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)光刻；(4)腐蝕；(5)氦離子注入；(6)去掉光刻膠；(7)進(jìn)行常規(guī)的半導(dǎo)體激光器制造，直至完成P面電極和N面電極工藝；(8)沿50um寬的氦離子注入?yún)^(qū)域中間將外延片解理成條，腔長為900um；(9)前后腔面分別鍍低反射率膜和高反射率膜；(10)將條解理成管芯；(11)管芯燒結(jié)到熱沉，壓焊電極引線，封裝，完成半導(dǎo)體激光器制作的整個工藝過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器腔面鈍化處理方法，其特征在于，其中步驟(2)涂正型光刻膠，厚度為5um。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器腔面鈍化處理方法，其特征在于，其中步驟(3)的光刻版為50um/900um的光刻版，沿垂直于激光器諧振腔的方向光刻出50um的離子注入?yún)^(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器腔面鈍化處理方法，其特征在于，其中步驟(4)的腐蝕液為硫酸∶雙氧水∶水＝4∶1∶1腐蝕液，溫度0℃，時間20s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器腔面鈍化處理方法，其特征在于，其中步驟(5)氦離子注入，其能量小于30kev，劑量等于4E13cm-2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的半導(dǎo)體激光器腔面鈍化處理方法，其特征在于，應(yīng)用氦離子注入到腔面附近約25um的區(qū)域，經(jīng)過氦離子注入后，該區(qū)域獲得高電阻率，從而阻擋電流由此注入到腔面；因此減少了腔面非輻射復(fù)合的發(fā)生，提高了腔面災(zāi)變性損傷閾值，有利于提高半導(dǎo)體激光器的長期可靠性。
全文摘要
一種半導(dǎo)體激光器腔面鈍化處理方法，其特征在于，包括如下步驟在N型襯底上依次外延生長半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)；外延片歐姆接觸層面涂正型光刻膠；應(yīng)用光刻版沿垂直于激光器諧振腔的方向進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)光刻；腐蝕；氦離子注入；去掉光刻膠；進(jìn)行常規(guī)的半導(dǎo)體激光器制造，直至完成P面電極和N面電極工藝；沿50um寬的氦離子注入?yún)^(qū)域中間將外延片解理成條，腔長為900um；前后腔面分別鍍低反射率膜和高反射率膜；將條解理成管芯；管芯燒結(jié)到熱沉，壓焊電極引線，封裝，完成半導(dǎo)體激光器制作的整個工藝過程。
文檔編號H01S5/00GK1534839SQ0310844
公開日2004年10月6日 申請日期2003年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者劉斌, 劉媛媛, 張敬明, 馬驍宇, 劉 斌 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所