波長為808nm的大功率激光器芯片結構及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種波長為808nm的大功率激光器芯片結構及其制作方法，所述大功率激光器芯片結構包括：在襯底(0)上依次生成的緩沖層(1)、第一漸變限制層(2)、第一波導層(3)、第二波導層(4)、第一量子阱壘層(5)、量子阱有源層(6)、第二量子阱壘層(7)、第三波導層(8)、腐蝕停止層(9)、第四波導層(10)、第二漸變限制層(11)、歐姆接觸層(12)、絕緣介質層(13)、P型上電極(14)以及N型下電極(15)。通過所述制作方法獲得的結構由于增加了P型InGaP構成的腐蝕停止層，便于控制腐蝕深度，對提高生產效率以及成品率起到很好的作用。
【專利說明】波長為808nm的大功率激光器芯片結構及其制作方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導體激光器【技術領域】，特別涉及一種波長為808nm的大功率激光器 芯片結構及其制作方法。

【背景技術】
[0002] 隨著大功率半導體激光器輸出功率、電光轉換效率、可靠性和性能穩(wěn)定性的不斷 提高。大功率半導體激光器在激光通信、光存儲、光陀螺、激光以及雷達等方面的應用更 加廣泛，市場需求巨大，發(fā)展前景更加廣闊。
[0003] 現有的結構在制作芯片腐蝕工藝中，需要精確控制時間及深度，大規(guī)?；a有 些影響。


【發(fā)明內容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種波長為808nm的大功率激光器芯片結構及 其制作方法。
[0005] 為達成上述目的，本發(fā)明提供一種波長為808nm的大功率激光器芯片結構，包括： 一襯底〇,其為100取向的摻Si的N型GaAs層，其中Si摻雜濃度>1X 1018cm_3 ; 一緩沖層1，其為摻Si的N型GaAs層并形成于襯底0上，其中Si摻雜濃度 >2X1018cnT3 ; 一第一漸變限制層2,其為摻Si的N型AlxGai_xAs層并形成于緩沖層1上，其中Si摻 雜濃度 >2X 1018cm_3, χ=0· 1-0. 5 ; 一第一波導層3,其為摻Si的Ν型Ala5Gaa5As層并形成于第一漸變限制層2上，其中 Si摻雜濃度為5X1017cm_3; 一第二波導層4,其為摻Si的N型Ala5Gaa5As層并形成于第一波導層3上，其中Si摻 雜濃度為 2-5X1017cm_3 ; 一第一量子講魚層5,其為非摻雜AluGauAs層并形成于第二波導層4上； 一量子講有源層6,其為非摻雜1% iAld.uGad.^As層并形成于第一量子講魚層5上； 一第二量子阱壘層7,其為非摻雜AluGa^As層并形成于量子阱有源層6上； 一第三波導層8,其為摻C的P型Ala5Gaa5AS層并形成于第二量子阱壘層7上，其中C 摻雜濃度為2-5X1017cm_3 ; 一腐蝕停止層9,其為摻C的P型InGaP層并形成于第三波導層8上，其中，C摻雜濃度 為 5 X 1017cm 3 ; 一第四波導層10,其為摻C的P型Α1α 5Gaa5As層并形成于腐蝕停止層9上，其中C摻 雜濃度為5X1017cm_3 ; 一第二漸變限制層11，其為摻C的P型AlxGai_xAs層并形成于第四波導層10上，其中 C 摻雜濃度為 2X 1018cm_3, x=0. 5-0. 1 ; 一歐姆接觸層12,其為摻C的P型GaAs層并形成于第二漸變限制層11上，其中C摻雜 濃度為 5X1019cm_3 ; 一絕緣介質層13,其為SiN層并形成于歐姆接觸層12上； 一 P型上電極14,其為TiPtAu層并形成于歐姆接觸層12上； 一 N型下電極15,其為Au-Ge-Ni層并形成于襯底0的下面。
[0006] 進一步地，其中所述腐蝕停止層9的厚度為10nm。
[0007] 進一步地，其中所述絕緣介質層13的厚度為250nm，折射率為2. 0。
[0008] 進一步地，其中所述P型上電極14的厚度為2Mm。
[0009] 進一步地，其中所述N型下電極15的厚度為5000Mm。
[0010] 本發(fā)明還提供一種波長為808nm的大功率激光器芯片結構的制作方法，包括以下 步驟： 1) 在襯底0上依次外延生成緩沖層1、第一漸變限制層2、第一波導層3、第二波導層4、 第一量子阱壘層5、量子阱有源層6、第二量子阱壘層7、第三波導層8、腐蝕停止層9、第四波 導層10、第二漸變限制層11以及歐姆接觸層12 ; 2) 按照脊波導加工方法，首先在歐姆接觸層12上涂覆2Mm厚的光刻膠并于88-92°C范 圍內進行烘烤，再通過曝光顯影于歐姆接觸層12上作出光刻膠圖形（類似于光柵的圖形） 并于118-122°C范圍內進行烘烤，在該光刻膠掩蔽下，利用H 2S04/H202/H20腐蝕液腐蝕掉歐 姆接觸層12、漸變限制層11、波導層10,直至腐蝕停止層9之上，以加工成脊型雙溝臺面結 構，然后在整個脊型雙溝臺面結構上淀積厚度為250nm的絕緣介質層13,并利用光刻方法 和腐蝕方法在臺面歐姆接觸層12上開設出寬度為45Mm的窗口； 3) 之后，在歐姆接觸層12上濺射TiPtAu層，制作P型上電極14 ; 4) 然后減薄并拋光襯底0至lOOMffl，制作N型下電極15,得到所述激光器芯片結構。
[0011] 進一步地，其中步驟1)中所述外延生成的方法為分子束外延法或金屬有機化合 物化學氣相淀積法。
[0012] 進一步地，其中步驟2)中所述光刻膠圖形的寬度為50Mm。
[0013] 進一步地，其中步驟2)中所述H2S04/H20 2/H20的體積比為5:40:200。
[0014] 進一步地，其中步驟2)中所述窗口的寬度為45Mm。
[0015] 本發(fā)明具有的優(yōu)點在于： 通過增加由摻C的P型InGaP構成的腐蝕停止層，便于控制腐蝕深度，腐蝕深度的均勻 性得到了提高，對提高生產效率以及成品率起到很好的作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明激光器芯片結構的剖面示意圖。

【具體實施方式】
[0017] 以下將結合具體實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明。
[0018] 圖1示出本發(fā)明激光器芯片結構的剖面示意圖。為獲得808nm激射波長，所示的 芯片結構是用分子束外延（MBE)或金屬有機化合物化學氣相淀積（M0CVD)的方法在襯底0 上形成的一個多層結構，包括： 一襯底〇,其為100取向的摻Si的N型GaAs層，其中Si摻雜濃度>lX1018cm_3; 一緩沖層1，其為摻Si的N型GaAs層并形成于襯底0上，其中Si摻雜濃度 >2X1018cnT3 ; 一第一漸變限制層2,其為摻Si的N型AlxGai_xAs層并形成于緩沖層1上，其中Si摻 雜濃度 >2X 1018cm_3, χ=0· 1-0. 5 ; 一第一波導層3,其為摻Si的Ν型Ala5Gaa5As層并形成于第一漸變限制層2上，其中 Si摻雜濃度為5X1017cm_3; 一第二波導層4,其為摻Si的N型Ala5Gaa5As層并形成于第一波導層3上，其中Si摻 雜濃度為 2-5X1017cm_3 ; 一第一量子講魚層5,其為非摻雜AluGauAs層并形成于第二波導層4上； 一量子講有源層6,其為非摻雜1% iAld.uGad.^As層并形成于第一量子講魚層5上； 一第二量子阱壘層7,其為非摻雜AluGa^As層并形成于量子阱有源層6上； 一第三波導層8,其為摻C的P型Ala5Gaa5AS層并形成于第二量子阱壘層7上，其中C 摻雜濃度為2-5X1017cm_3 ; 一腐蝕停止層9,其為摻C的P型InGaP層并形成于第三波導層8上，其中C摻雜濃度 為 5 X 1017cm 3 ; 一第四波導層10,其為摻C的P型Α1α 5Gaa5As層并形成于腐蝕停止層9上，其中C摻 雜濃度為5X1017cm_3 ; 一第二漸變限制層11，其為摻C的P型AlxGai_xAs層并形成于第四波導層10上，其中 C 摻雜濃度為 2X 1018cm_3, x=0. 5-0. 1 ; 一歐姆接觸層12,其為摻C的P型GaAs層并形成于第二漸變限制層11上，其中C摻雜 濃度為 5X1019cm_3 ; 一絕緣介質層13,其為SiN層并形成于歐姆接觸層12上，其中SiN的厚度為250nm，折 射率為2. 0 ; 一 P型上電極14,其為TiPtAu層并形成于歐姆接觸層12上，其中TiPtAu的厚度為 2μιτι ； 一 Ν型下電極15,其為Au-Ge-Ni層并形成于襯底0的下面，其中Au-Ge-Ni的厚度為 5000觸。
[0019] 一種波長為808nm的大功率激光器芯片結構的制作方法，包括以下步驟： 1) 在襯底0上，依次生成緩沖層1、第一漸變限制層2、第一波導層3、第二波導層4、第 一量子阱壘層5、量子阱有源層6、第二量子阱壘層7、第三波導層8、腐蝕停止層9、第四波導 層10、第二漸變限制層11以及歐姆接觸層12 ; 2) 按照脊波導加工方法，首先在歐姆接觸層12上涂敷大約2Mm光刻膠并于90°C范 圍內進行烘烤，再通過曝光顯影于歐姆接觸層12上作出寬度為50Mm的光刻膠圖形（類似 于光柵的圖形）并于120°C范圍內進行烘烤，在做好的該光刻膠掩蔽下，利用H 2S04/H202/ H20(體積比為5:40:200)腐蝕液腐蝕掉歐姆接觸層12、漸變限制層11、波導層10,直至腐 蝕停止層9之上，以加工成脊型雙溝臺面結構，然后在整個脊型雙溝臺面結構上淀積厚度 為250nm的絕緣介質層13,并利用光刻方法和腐蝕方法在臺面歐姆接觸層12上開出寬度為 45Mm的窗口，便于后面溉射金屬層作電極； 3) 之后，在歐姆接觸層12上濺射2Mm厚的TiPtAu層，制作P型上電極14 ; 4)然后減薄并拋光襯底0至lOOMffl，制作N型下電極15,得到所述激光器芯片結構 (P-I-N半導體激光器芯片結構）。
[0020] 本發(fā)明所述的激光器芯片結構與現有技術相比，最大的不同就是增加了 P型 InGaP腐蝕停止層。如果沒有增加這一層結構，在做腐蝕臺面工藝時，需精確控制時間， 以便控制腐蝕深度，腐蝕過深過淺，都會對最后的技術指標和可靠性產生影響。但選擇什 么材料，做腐蝕層，也要考慮到材料之間晶格匹配，對腐蝕液性質不同。經過篩選，我們選 擇了摻C的P型InGaP作為腐蝕停止層。它與AlGaAs材料相匹配，InGaP的晶格常數為 0· 57-0. 58nm，AlGaAs的晶格常數為0· 56-0. 57nm，我們可以通過生長材料組分的變化，來 達到兩個材料完全匹配。同時在臨界厚度范圍內，我們選擇了 l〇nm厚的InGaP作為腐蝕停 止層（通過外延生長試驗驗證材料生長可行性）。同時InGaP不與H2S0 4/H202/H20 (體積比 為5:40:200)腐蝕液發(fā)生反應。我們利用增加了腐蝕停止層的結構做了整個脊波導加工工 藝（如上所述步驟）后，進行測試得到了不錯的結果，所制作的激光器芯片結構的成品率由 原來的50%提高到80%，并且沒有影響相關指標。在制作工藝時，因為有了這一層，腐蝕深度 控制就自然變的方便，對提高生產效率以及成品率均起到很好的作用。
[0021] 所應說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管 參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā) 明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵 蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1. 一種波長為808nm的大功率激光器芯片結構的制作方法，其特征在于，該方法包括 以下步驟： 1) 在襯底（0)上依次外延生成緩沖層（1)、第一漸變限制層（2)、第一波導層（3)、第二 波導層（4)、第一量子阱壘層（5)、量子阱有源層（6)、第二量子阱壘層（7)、第三波導層（8)、 腐蝕停止層（9)、第四波導層（10)、第二漸變限制層（11)以及歐姆接觸層（12); 2) 按照脊波導加工方法，首先在歐姆接觸層（12)上涂覆2Mm厚的光刻膠并于88-92°C 范圍內進行烘烤，再通過曝光顯影于歐姆接觸層（12)上作出光刻膠圖形并于118-122°C范 圍內進行烘烤，在該光刻膠掩蔽下，利用H 2S04/H202/H20腐蝕液腐蝕掉歐姆接觸層（12)、漸 變限制層（11)、波導層（10)，直至腐蝕停止層（9)之上，以加工成脊型雙溝臺面結構，然后 在整個脊型雙溝臺面結構上淀積250nm厚的絕緣介質層（13)，并利用光刻方法和腐蝕方法 在臺面歐姆接觸層（12)上開設出窗口； 3) 之后，在歐姆接觸層（12)上濺射2Mm厚的TiPtAu層，制作P型上電極（14); 4) 然后減薄并拋光襯底（0)至lOOMffl，制作N型下電極（15)，得到所述激光器芯片結 構。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1)中所述外延生成的方法為分子束外 延法或金屬有機化合物化學氣相淀積法。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中所述光刻膠圖形的寬度為50Mm。
4. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中所述H2S04/H20 2/H20的體積比為 5:40:200。
5. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中所述窗口的寬度為45ΜΠ 1。
【文檔編號】H01S5/343GK104124609SQ201410394081
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2012年12月14日 優(yōu)先權日:2012年12月14日
【發(fā)明者】羅飚, 王任凡 申請人:武漢電信器件有限公司