專利名稱：一種條形掩埋分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光通信用光電子器件的制作方法，尤其涉及一種光波長為1490nm 條形掩埋分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器從側(cè)向進行載流子限制和光場限制方式，主要有脊形波導(dǎo)(RWG)和掩埋異質(zhì)結(jié)(BH)兩種結(jié)構(gòu)。BH結(jié)構(gòu)由于側(cè)向材料大的折射率差，形成強的折射率導(dǎo)引，可以對載流子和光場進行更好的限制，因而具有閾值電流低、工作溫度范圍寬以及遠場發(fā)散角小的特性；同時BH結(jié)構(gòu)具有有源層尺寸小的特點(其寬度應(yīng)小于1.6um)，有穩(wěn)定的側(cè)模控制作用。BH結(jié)構(gòu)的制作需要進行多次外延生長，工藝比較復(fù)雜，在制作的過程中會帶來諸多的不可靠性因素。外延生長對基片的表面狀態(tài)具有高的要求，尤其是在不同的晶面上同時生長的情況下技術(shù)要求更高。本發(fā)明提供一種進行條形掩埋前的表面處理、平衡不同晶面上磷化銦(InP)的生長狀態(tài)方法。由于外延片的有源材料增益峰值有一定的分布范圍， 為了達到布拉格光柵波長和外延片有源材料增益峰之間比較穩(wěn)定的去諧量，以提高高低溫穩(wěn)定工作的激光器的成品率，需要不同的布拉格光柵波長和材料增益峰范圍進行匹配。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有波長漸變的分布反饋布拉格光柵的條形掩埋分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法。為達到上述目的，本發(fā)明提供一種條形掩埋分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法， 其特征在于，其包括有如下步驟
1)首先進行一次外延，形成一次外延片，該一次外延片具有有源層，該有源層以銦鎵砷磷材料制成，且該有源層采用應(yīng)變補償多周期量子阱阱層、壘層結(jié)構(gòu)；
2)利用單光束球面光全息光刻技術(shù)在一次外延片上制作波長漸變的分布反饋布拉格光柵，并利用金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積技術(shù)進行二次外延，分別生長第二 P型InP層與 P型InGaAsP保護層，使光柵掩埋；
3)利用等離子化學(xué)氣相沉積淀積形成SiO2掩膜層，采用光刻技術(shù)和反應(yīng)離子刻蝕工藝制作SiO2掩膜條，并利用反應(yīng)離子刻蝕工藝和兩步濕法腐蝕工藝制作脊形條；
4)利用金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積技術(shù)進行三次外延，外延生長第三P型InP層及 N型InP層，以掩埋脊形條；
5)去除SiO2掩膜條以及P型InGaAsP保護層，利用金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積方式在外延片整個表面生長P型InP蓋層與P+型InGaAs接觸層；
6)大雙溝限制泄漏電流及PN結(jié)散熱結(jié)構(gòu)制作，淀積SiO2絕緣介質(zhì)膜，制作P面電極， 襯底減薄，制作N面電極，端面蒸鍍光學(xué)膜，最后制成激光器芯片。所述一次外延片由下至上依次還包括有N型InP襯底及采用金屬有機物化學(xué)氣相淀積方法生長的N型InP緩沖層、晶格匹配的InGaAsP下限制層、晶格匹配的InGaAsP上限制層、第一 P型InP層、P型InGaAsP光柵層及P型InP保護層，所述有源層為應(yīng)變多量子阱層，該應(yīng)變多量子阱層位于晶格匹配的InGaAsP下限制層與晶格匹配的InGaAsP上限制層之間。所述應(yīng)變多量子阱層有9對量子阱，阱寬為6nm，壓應(yīng)變?yōu)?. 9%，壘寬為7nm，張應(yīng)變?yōu)?. 5%，多量子阱的光致發(fā)光波長為1475nm ；所述第一 P型InP層厚度為70 nm ；所述P 型InGaAsP光柵層厚度為30nm，波長為1300nm ；所述P型InP保護層厚度為5nm。在所述步驟2)中，波長漸變的分布反饋布拉格光柵調(diào)節(jié)波長的范圍為1488nm 1492nm。在所述步驟2)中，制作波長漸變的分布反饋布拉格光柵采用濕法腐蝕，腐蝕液使用體積比為1 :1 12的HBr =HNO3 :H20混合液，腐蝕液溫度為零攝氏度；所述第二 P型InP層的厚度為lOOnm，所述P型InGaAsP保護層的厚度為25nm。在所述步驟3)中，在制作脊形條時，先用反應(yīng)離子刻蝕1.0 1. Ium深度的外延片體材料形成脊形條，再利用Br2 =HBr =H2O腐蝕液，在25攝氏度的溫度下第一次腐蝕脊形條，形成SW2懸臂，使脊形條的上部寬度為1. 4 1. 6um，脊形條深度為1. 5 1. 7um, SiO2 懸臂寬度為0. 9 1. 1 um ；通過橫截面實際檢查測試后，再用Br2 =HBr =H2O腐蝕液進行第二次腐蝕，去除脊形條氧化層并達到清洗效果。所述SiO2掩膜條的寬度為3. (T3.5um，反應(yīng)離子刻蝕的深度為lum，兩次腐蝕后的脊形條上部寬度為1. 5um，脊形條深為1. 6um,Si02懸臂寬度為Ium ；兩次腐蝕采用的腐蝕液 Br2 :HBr =H2O 體積比為 1. 2 :100 :650。在所述步驟4)具體包括在脊形條掩埋生長前對外延用的生長腔體進行680 700攝氏度高溫烘烤，并在生長腔內(nèi)生長本征InP吸收掉腔體內(nèi)原有的摻雜材料，使生長腔體潔凈，保證掩埋生長的一致性；在外延掩埋過程中首先采用680 700攝氏度高溫烘烤對外延片脊形條表面及平面材料進行回熔，然后降低溫度到610 630攝氏度進行快速生長， 平衡平面和側(cè)向的生長速率，外延生長的第三P型InP層厚度為0. 7um, N型InP層的厚度為 0. 8um。在所述步驟5)中，所述P型InP蓋層厚度為2um。脊形條掩埋過程中有源層和掩膜條之間材料的厚度總和為200nm 230nm。本發(fā)明提供一種波長漸變的分布反饋布拉格光柵的制作方法，同時提供一種 1490nm分布反饋一次外延片的結(jié)構(gòu)，采用本發(fā)明制作的激光器具有低閾值、低電阻、既寬且穩(wěn)定的工作溫度范圍、高可靠性、高成品率等特點。


圖1為本發(fā)明方法實施例中的一次外延后外延片剖面結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明方法實施分布反饋布拉格光柵制作以及二次外延后外延片剖面結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明方法制作實施S^2掩膜條和脊形條后垂直于脊形條方向的剖面圖； 圖4是本發(fā)明方法實施三次外延脊形條掩埋完成后垂直于脊形條方向的剖面圖； 圖5是利用本發(fā)明的方法制作的條形掩埋分布反饋半導(dǎo)體激光器剖面圖；圖6為本發(fā)明的方法流程步驟圖。
具體實施例方式為便于對本發(fā)明的方法及達到的效果有進一步的里了解，現(xiàn)結(jié)合幅圖并舉較佳實施例詳細說明如下。請參照圖1至圖6所示，本發(fā)明是在N型磷化銦(InP)襯底上外延生長激光器所需的多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)/應(yīng)變多量子阱外延層，這就是一次外延片；再在一次外延片基礎(chǔ)上制作分布反饋布拉格光柵、利用干法刻蝕和兩步濕法腐蝕制作脊形條結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)SiO2 (二氧化硅)懸臂；利用MOVCD (Metal-organic Chemical Vapor D印osition，金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積)特殊處理后，進行脊形條掩埋等。下面參照附圖，介紹本發(fā)明的方法的各個步驟
步驟一，參照圖1，一次外延后形成一次外延片，該一次外延片具有有源層，該有源層以銦鎵砷磷(InGaAsP)材料制成，且該有源層采用應(yīng)變補償多周期量子阱阱層、壘層結(jié)構(gòu)。具體而言是在N型磷化銦(InP)襯底1上，采用金屬有機物化學(xué)氣相淀積(MOCVD)方法由下至上依次生長N型InP緩沖層2，晶格匹配的InGaAsP (銦鎵砷磷)下限制層3，應(yīng)變多量子阱層4 (即有源層)、晶格匹配的InGaAsP上限制層5，厚度為70 nm的第一 P型InP層6，厚度為30nm、波長為1300nm的P型InGaAsP光柵層7，厚度為5nm的P型InP保護層8。應(yīng)變多量子阱層4有9對量子阱，阱寬6nm，壓應(yīng)變?yōu)?. 9% ；壘寬7nm，張應(yīng)變?yōu)?. 5%，測試多量子阱的PL (photoluminescence，光致發(fā)光)波長為1475nm。步驟二，參照圖2，利用單光束球面光全息光刻技術(shù)在一次外延片上制作波長漸變的分布反饋布拉格光柵，制作波長漸變的分布反饋布拉格光柵采用濕法腐蝕，腐蝕液使用體積比為1 :1 :12的HBr =HNO3 =H2O (溴化氫硝酸水)混合液，腐蝕液溫度為零攝氏度，本發(fā)明的布拉格光柵調(diào)節(jié)波長設(shè)計為1488nm 1492nm ；然后利用MOCVD技術(shù)進行二次外延， 生長厚度為IOOnm的第二 P型InP層9，再生長厚度為25nm的P型InGaAsP保護層10，從而使光柵掩埋。步驟三，參照圖3，利用等離子化學(xué)氣相沉積淀積形成SiO2掩膜層，采用光刻技術(shù)和反應(yīng)離子刻蝕工藝制作SiO2掩膜條11 ；利用反應(yīng)離子刻蝕工藝和兩步濕法腐蝕工藝制作脊形條，即先用反應(yīng)離子刻蝕Ium深度的外延片體材料形成脊形條，再利用體積比為 1. 2 100 650的Br2 =HBr =H2O (溴溴化氫水)的腐蝕液，在25攝氏度的溫度下腐蝕脊形條，形成SiO2懸臂(即SiO2掩膜條11伸出于脊形條頂端的部分)，使脊形條的上部寬度為 1.6um，脊形條深度為1.6um，SiO2懸臂寬度為lum，此種結(jié)構(gòu)為本發(fā)明設(shè)計的脊形條掩埋形狀；通過橫截面實際檢查測試后，再用體積比為1. 2 100 650的Br2 =HBr :H20腐蝕液進行第二次腐蝕，側(cè)向腐蝕寬度50nm，使脊形條上部寬度為1. 5um，去除脊形條氧化層并達到清洗效果。步驟四，參照圖4，利用MOCVD進行脊形條掩埋(即三次外延)，在脊形條掩埋生長前對外延用的生長腔體進行680 700攝氏度高溫烘烤，并在生長腔內(nèi)生長本征InP吸收掉腔體內(nèi)原有的摻雜材料，使生長腔體潔凈，保證掩埋生長的一致性；在外延掩埋過程中首先采用680 700攝氏度高溫烘烤對外延片脊形條表面及平面材料進行回熔，然后降低溫度到610 630攝氏度進行快速生長，平衡平面和側(cè)向的生長速率，外延生長0. 7um的第三P型InP層12及0. 8um的N型InP層13，保證InP和脊形條側(cè)面可靠的界面狀態(tài)，保證激光器的可靠性。步驟五，參照圖5，去除SiA掩膜條η以及P型InGaAsP保護層10，利用MOCVD方式在外延片整個表面生長2um P型InP蓋層14、P+型InGaAs接觸層15。步驟六，大雙溝限制泄漏電流及PN結(jié)散熱結(jié)構(gòu)制作，淀積S^2絕緣介質(zhì)膜，制作P 面電極，襯底減薄，制作N面電極，端面蒸鍍光學(xué)膜，最后制成激光器芯片。本發(fā)明的有益效果在于
1、采用單光束球面光的方式制作波長漸變的分布反饋布拉格光柵；
2、SiO2掩膜條寬度為3.(Γ3. 5um,反應(yīng)離子刻蝕的深度為1. 0 1. lum，兩次腐蝕后的脊形條上部寬度為1. 4 1. 6um，脊形條深為1. 5 1. 7um，在腐蝕完成后脊形條兩側(cè)形成 0. 9 1. 1 um SiO2懸臂結(jié)構(gòu)，同時采用有源層和掩膜條之間材料的厚度總和為220nm、頂部InGaAsP層保護的設(shè)計，使形成的p-n-p晶閘管具有更好的限制，具有窄的漏電通道，提高了激光器的可靠性能；
3、生長掩埋前采用兩步化學(xué)腐蝕法處理脊形條，第一步化學(xué)腐蝕，腐蝕脊形條頂端寬度達到指定的1. 5 1. 6um,并形成SW2懸臂結(jié)構(gòu)，脊形條深達到1. 5 1. 7um ；第二步化學(xué)腐蝕，利用和第一步相同的腐蝕液對脊形條進行腐蝕，去除待生長表面的氧化層并加以清洗，腐蝕后立即進行去離子水清洗、脫水以及掩埋工作。通過兩步的化學(xué)腐蝕，既形成要求的脊形條尺寸結(jié)構(gòu)、SiO2懸臂結(jié)構(gòu)，又保證了脊形條表面潔凈狀態(tài)；
4、掩埋生長前對外延用的生長腔體進行680 700攝氏度高溫烘烤，并在生長腔內(nèi)生長本征InP吸收掉腔體內(nèi)原有的摻雜材料，使生長腔體潔凈，保證掩埋生長的一致性；在外延掩埋過程中首先采用680 700攝氏度高溫烘烤對外延片脊形條表面以及平面材料進行回熔，然后降低溫度到610 630攝氏度進行快速生長，平衡平面并保持側(cè)向的生長速率， 從而保證InP和脊形條側(cè)面可靠的界面狀態(tài)，保證激光器的可靠性；
5、脊形條掩埋過程中有源層和掩膜條之間材料的厚度總和為200nm 230nm。本發(fā)明提供一種波長漸變的分布反饋布拉格光柵的制作方法，同時提供一種 1490nm分布反饋一次外延片的結(jié)構(gòu)，采用本發(fā)明方法制作的激光器具有低閾值、低電阻、既寬且穩(wěn)定的工作溫度范圍、高可靠性、高成品率等特點。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種條形掩埋分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，其包括有如下步驟1)首先進行一次外延，形成一次外延片，該一次外延片具有有源層，該有源層以銦鎵砷磷材料制成，且該有源層采用應(yīng)變補償多周期量子阱阱層、壘層結(jié)構(gòu)；2)利用單光束球面光全息光刻技術(shù)在一次外延片上制作波長漸變的分布反饋布拉格光柵，并利用金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積技術(shù)進行二次外延，分別生長第二 P型InP層與 P型InGaAsP保護層，使光柵掩埋；3)利用等離子化學(xué)氣相沉積淀積形成SiO2掩膜層，采用光刻技術(shù)和反應(yīng)離子刻蝕工藝制作SiO2掩膜條，并利用反應(yīng)離子刻蝕工藝和兩步濕法腐蝕工藝制作脊形條；4)利用金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積技術(shù)進行三次外延，外延生長第三P型InP層及 N型InP層，以掩埋脊形條；5)去除SiO2掩膜條以及P型InGaAsP保護層，利用金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積方式在外延片整個表面生長P型InP蓋層與P+型InGaAs接觸層；6)大雙溝限制泄漏電流及PN結(jié)散熱結(jié)構(gòu)制作，淀積SiO2絕緣介質(zhì)膜，制作P面電極， 襯底減薄，制作N面電極，端面蒸鍍光學(xué)膜，最后制成激光器芯片。
2.如權(quán)利要求1所述的條形掩埋分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，所述一次外延片由下至上依次還包括有N型InP襯底及采用金屬有機物化學(xué)氣相淀積方法生長的N型InP緩沖層、晶格匹配的InGaAsP下限制層、晶格匹配的InGaAsP上限制層、第一 P型InP層、P型InGaAsP光柵層及P型InP保護層，所述有源層為應(yīng)變多量子阱層，該應(yīng)變多量子阱層位于晶格匹配的InGaAsP下限制層與晶格匹配的InGaAsP上限制層之間。
3.如權(quán)利要求2所述的條形掩埋分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，所述應(yīng)變多量子阱層有9對量子阱，阱寬為6nm，壓應(yīng)變?yōu)?. 9%，壘寬為7nm，張應(yīng)變?yōu)?. 5%， 多量子阱的光致發(fā)光波長為1475nm ；所述第一 P型InP層厚度為70 nm ；所述P型InGaAsP 光柵層厚度為30nm，波長為1300nm ；所述P型InP保護層厚度為5nm。
4.如權(quán)利要求1所述的條形掩埋分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，在所述步驟2)中，波長漸變的分布反饋布拉格光柵調(diào)節(jié)波長的范圍為1488nm 1492nm。
5.如權(quán)利要求1所述的條形掩埋分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，在所述步驟2)中，制作波長漸變的分布反饋布拉格光柵采用濕法腐蝕，腐蝕液使用體積比為 1 :1 :12的HBr =HNO3 =H2O混合液，腐蝕液溫度為零攝氏度；所述第二 P型InP層的厚度為 lOOnm，所述P型InGaAsP保護層的厚度為25nm。
6.如權(quán)利要求1所述的條形掩埋分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，在所述步驟3)中，在制作脊形條時，先用反應(yīng)離子刻蝕1. 0 1. Ium深度的外延片體材料形成脊形條，再利用Br2 =HBr =H2O腐蝕液，在25攝氏度的溫度下第一次腐蝕脊形條，形成SiO2 懸臂，使脊形條的上部寬度為1.4 1.6um，脊形條深度為1.5 1.7um，SiO2懸臂寬度為 0. 9 1. 1 um ；通過橫截面實際檢查測試后，再用Br2 =HBr =H2O腐蝕液進行第二次腐蝕，去除脊形條氧化層并達到清洗效果。
7.如權(quán)利要求6所述的條形掩埋分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，所述SiO2掩膜條的寬度為3. (T3.5um，反應(yīng)離子刻蝕的深度為lum，兩次腐蝕后的脊形條上部寬度為1. 5um，脊形條深為1. 6um, SiO2懸臂寬度為Ium ；兩次腐蝕采用的腐蝕液Br2 =HBr H2O 體積比為 1. 2 100 :650。
8.如權(quán)利要求1所述的條形掩埋分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，在所述步驟4)具體包括在脊形條掩埋生長前對外延用的生長腔體進行680 700攝氏度高溫烘烤，并在生長腔內(nèi)生長本征InP吸收掉腔體內(nèi)原有的摻雜材料，使生長腔體潔凈，保證掩埋生長的一致性；在外延掩埋過程中首先采用680 700攝氏度高溫烘烤對外延片脊形條表面及平面材料進行回熔，然后降低溫度到610 630攝氏度進行快速生長，平衡平面和側(cè)向的生長速率，外延生長的第三P型InP層厚度為0. 7um, N型InP層的厚度為0. 8um。
9.如權(quán)利要求1所述的條形掩埋分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，在所述步驟5)中，所述P型InP蓋層厚度為2um。
10.如權(quán)利要求1所述的條形掩埋分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法，脊形條掩埋過程中有源層和掩膜條之間材料的厚度總和為200nm 230nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種條形掩埋分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法，首先進行一次外延，形成一次外延片；利用單光束球面光的方式制作波長漸變的分布反饋布拉格光柵；利用金屬有機物化學(xué)氣相沉積技術(shù)進行光柵掩埋；結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕和兩步濕法腐蝕的方式進行脊形條制作；利用MOCVD先高溫回熔，再以快速生長的方式進行條形掩埋；去除SiO2掩膜條以及銦鎵砷磷保護層，生長P型磷化銦蓋層、P+銦鎵砷接觸層；大雙溝結(jié)構(gòu)制作，淀積SiO2絕緣介質(zhì)膜，制作P面電極，襯底減薄，制作N面電極，端面蒸鍍光學(xué)膜，最后制成激光器芯片。采用本發(fā)明方法制作的激光器具有低閾值、低電阻、既寬且穩(wěn)定的工作溫度范圍、高可靠性、高成品率等特點。
文檔編號H01S5/343GK102368591SQ20111033381
公開日2012年3月7日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者劉建軍, 唐琦, 許海明 申請人:武漢華工正源光子技術(shù)有限公司