专利名称：量子阱激光器及肖特基势垒接触限流方法
技术领域：
本发明涉及无铝量子阱激光器及肖特基势垒接触限流技术，特别是920-940nm无铝InGaAsP/InGaP/GaAs量子阱激光器及肖特基势垒接触限流技术，属于半导体光电子技术领域。
以往的808nm波段的大功率激光器多采用高铝含量的AlGaAs作光学包层，在这些激光器腔面附近由于铝的氧化增强了注入载流子的非辐射复合速率，致使激光器腔面过热，降低了激光器的腔面光学损伤阈值，暗线缺陷的形成和扩展也严重地降低了激光器的寿命和可靠性。由于铝具有高的氧化速率，也使再生长工艺更加困难，这对制作掩埋异质结激光器、分布反馈激光器以及集成光路不利。近几年研究表明，用InGaP作光学包层，在GaAs/InGaP界面具有非常低的复合速率((1.5cm/s)，激光器腔面温度明显降低，使大功率激光器腔面的光学损伤阈值显著增加，有利于功率的提高；并且用InGaAsP代替GaAs作限制层可以降低器件的阈值电流密度，降低内部损耗，提高器件的内量子效率，从而进一步提高了大功率激光器的可靠性、稳定性和寿命。通过国内外多年的大量研究及产品开发表明，无铝材料比InGaAsP/GaAs有铝材料高功率激光器有如下突出特点(1)输出光功率密度大，可达9.1兆瓦平方厘米，为含铝激光器的两倍多；(2)可靠性高；(3)寿命长；(4)特征温度大(176K)；(5)串联电阻小、热导率大。因此，近年来无铝半导体激光器的研究和开发成为热点。
现有技术中，无铝大功率半导体激光器多采用氧化物条形结构限制电流，其制备工艺为首先将衬底片用溅射机和超声清洗机清洗并溅射上一层氧化膜如二氧化硅，然后在氧化膜上用光刻机光刻条形并在干燥箱干燥，化学腐蚀氧化膜形成氧化物条形结构，去胶清洗，最后由镀膜机做上、下电极。这种结构及制备方法的缺点是制备工艺复杂、散热性能差，导致器件稳定性差，限制了激光器功率和寿命的提高，因此提高大功率半导体激光器的寿命是一个迫切需要解决的问题。
本发明的目的在于提供一种散热能力高、稳定、高效的920-940nm无铝半导体激光器。
本发明的另一个目的是采用肖特基势垒结构及限流技术，制备920-940nm无铝半导体激光器的方法，该方法较现有技术的制造工艺简单、稳定、器件成品率高。
金属和半导体主要以两种方式接触其一为欧姆接触，即正反向的电压和电流呈线性关系；其二为肖特基接触，指正反向电流和电压不呈线性关系，其电压和电流的关系见图2。由于肖特基接触具有整流作用，肖特基接触限流技术及相关的产品主要用于计算机、场效应管、大规模集成电路和电子器件。为了实现本发明的目的，本发明中，利用肖特基接触整流作用这一特性，并结合金与InGaP之间接触有比较大的肖特基势垒的特点，起到反向电流限制作用，来代替以往采用氧化物条型限制电流的作法。
本发明采用的具体技术方案为920-940nm无铝InGaAsP/InGaP/GaAs肖特基势垒接触限流技术，采用磁控溅射方法在激光器芯片P面溅射Ti/Pt/Au接触电极及肖特基接触金；氮气保护下合金形成P面欧姆接触，通过光刻和化学刻蚀出一定条宽和间距的激光器波导金属条；样品减薄并清洗后依次蒸发AuGe/Ni/Au，在氮氢保护下合金，样品放在NH4OH∶H2O2∶H2O液体中腐蚀去除金属条间距表面的GaAs层，露出InGaP层表面；样品取出后用去离子水冲洗，氮气吹干后溅射金，即在间距表面形成Au/InGaP肖特基接触势垒，当电流通过时，起到电流限制作用；通过改变SQW-InGaAsP的含量可以得到920-940nm激光。
本发明的量子阱激光器，其特征在于结构为表面为肖特基接触金，100μm条宽肖特基接触金下层为Ti/Pt/Au层，紧邻其下的为GaAs层，100μm条宽的GaAs层及200μm间距的肖特基接触金下为InGaP—InGaAsP--SQW-InGaAsP--InGaAsP—InGaP—衬底--AuGe/Ni/Au层，上述InGaP—InGaAsP--SQW-InGaAsP--InGaAsP—InGaP层的厚度为2—5μm，衬底层的厚度为100μm；衬底可以为GaAs或InP。
本发明简化了无铝半导体激光器的制造工艺，制造过程中不用形成氧化膜；与肖特基势垒结构的激光器与氧化物条型结构激光器相比，由于肖特基势垒结构的激光器具有整流和限流的作用，在间距表面的电流受到限制，更容易散热，可以大幅度提高大功率半导体激光器的寿命；采用本发明方法，可以使激光器的制备工艺简化，性能提高。
下面结合附图和具体实施例详细描述本发明。
图1为本发明的半导体激光器的结构示意图；图2为肖特基限流图。
实施例1(1)采用溅射方法在清洗后的激光器外延P面溅射上Ti/Pt/Au(35nm/50nm/200nm)。
(2)在440℃氮氢保护下合金3分钟形成P面欧姆接触。
(3)通过光刻和化学刻蚀出100μm条宽200μm间距的激光器波导金属条；(4)样品减薄至100μm清洗后依次蒸发AuGe/Ni/Au(50nm/50nm/300nm)在氮氢保护下，380℃合金3分钟，(5)样品放在NH4OH∶H2O2∶H2O液体中腐蚀30分钟去除金属条间距表面的GaAs层，露出InGaP层表面；(6)样品取出后用去离子水冲洗，氮气吹干后溅射200nm金，即在200μm宽的间距表面形成Au/InGaP肖特基接触势垒起到电流限制作用。
实施例2(1)采用溅射方法在清洗后的激光器外延P面溅射上Ti/Pt/Au(30nm/60nm/200nm)。
(2)在440℃氮氢保护下合金形成P面欧姆接触。
(3)通过光刻和化学刻蚀出100μm条宽200μm间距的激光器波导金属条。
(4)样品减薄至100μm清洗后依次蒸发AuGe/Ni/Au(50nm/50nm/200nm)在氮氢保护下，380℃合金3分钟，(5)样品放在NH4OH∶H2O2∶H2O液体中腐蚀30分钟去除金属条间距表面的GaAs层，露出InGaP层表面；(6)样品取出后用去离子水冲洗，氮气吹干后溅射200nm金，即在200nm宽的间距表面形成Au/InGaP肖特基接触势垒起到电流限制作用。
实施例3(1)采用溅射方法在清洗后的激光器外延P面溅射上Ti/Pt/Au(30nm/50nm/200nm)。
(2)在460℃氮氢保护下合金10分钟形成P面欧姆接触。
(3)通过光刻和化学刻蚀出100μm条宽200μm间距的激光器波导条金属；(4)样品减薄至100μm清洗后依次蒸发AuGe/Ni/Au(60nm/50nm/300nm)在氮氢保护下，380℃合金3分钟，(5)样品放在NH4OH∶H2O2∶H2O液体中腐蚀去除金属条间距表面的GaAs层，露出InGaP层表面；(6)样品取出后用去离子水冲洗，氮气吹干后溅射200nm金，即在200nm宽的间距表面形成Au/InGaP肖特基接触势垒起到电流限制作用。
实施例4见附图1，1为Au层，2为Ti/Pt/Au层，3为InGaP层，4为InGaAsP—SQW-InGaAsP—InGaAsP，其中SQW为半导体量子阱，6为GaAs上层，5为衬底，本实施例中为GaAs层；7为AuGe/Ni/Au，InGaP—InGaAsP--SQW-InGaAsP--InGaAsP—InGaP层的厚度为2μm，GaAs层的厚度为100μm。
实施例5结构同实施例4，衬底为InP；InGaP—InGaAsP--SQW-InGaAsP--InGaAsP—InGaP层的厚度为3μm，InP层的厚度为100μm。
实施例6结构同实施例4，InGaP—InGaAsP--SQW-InGaAsP--InGaAsP—InGaP层的厚度为5μm，GaAs层的厚度为100μm。
权利要求
1.量子阱激光器肖特基势垒接触限流技术，其特征在于采用磁控溅射方法在激光器芯片P面溅射Ti/Pt/Au接触电极及肖特基接触金；氮氢保护下合金形成P面欧姆接触，通过光刻和化学刻蚀出100μm条宽200μm间距的激光器波导金属条；样品减薄并清洗后依次蒸发AuGe/Ni/Au，在氮氢保护下合金，样品放在NH4OH∶H2O2∶H2O液体中腐蚀去除金属条间距表面的GaAs层，露出InGaP层表面；样品取出后用去离子水冲洗，氮气吹干后溅射金属，即在200nm宽的间距表面形成Au/InGaP肖特基接触势垒起到电流限制作用。
2.根据权利要求1所述的量子阱激光器肖特基势垒接触限流技术，其特征在于(1)采用溅射方法在清洗后的激光器外延P面溅射上Ti/Pt/Au(35nm/50nm/200nm)。(2)在440℃氮氢保护下合金3分钟形成P面欧姆接触。(3)通过光刻和化学刻蚀出100μm条宽200μm间距的激光器波导金属条；(4)样品减薄至100μm清洗后依次蒸发AuGe/Ni/Au(50nm/50nm/300nm)在氮氢保护下，380℃合金3分钟，(5)样品放在NH4OH∶H2O2∶H2O液体中腐蚀30分钟去除金属条间距表面的GaAs层，露出InGaP层表面；(6)样品取出后用去离子水冲洗，氮气吹干后溅射200nm金属，即在200nm宽的间距表面形成Au/InGaP肖特基接触势垒起到电流限制作用。
3.肖特基势垒接触限流量子阱激光器，其特征在于激光器中1层为Au，2层为Ti/Pt/Au，3层为InGaP，4层为InGaAsP，5层为SQW-InGaP，其中SQW为半导体量子阱，6为GaAs上层，7为GaAs层；8层为AuGe/Ni/Au。
4.根据权利要求3所述的肖特基势垒接触限流量子阱激光器，其特征在于制备方法如下为采用磁控溅射方法在激光器芯片P面溅射Ti/Pt/Au接触电极及肖特基接触金；氮氢保护下合金形成P面欧姆接触，通过光刻和化学刻蚀出100μm条宽200μm间距的激光器波导金属条；样品减薄并清洗后依次蒸发AuGe/Ni/Au，在氮氢保护下合金，样品放在NH4OH∶H2O2∶H2O液体中腐蚀去除金属条间距表面的GaAs层，露出InGaP层表面；样品取出后用去离子水冲洗，氮气吹干后溅射金属，即在200nm宽的间距表面形成Au/InGaP肖特基接触势垒结构，起到电流限制作用。
5.根据权利要求3所述的肖特基势垒接触限流量子阱激光器，其特征在于InGaP—InGaAsP--SQW-InGaAsP--InGaAsP—InGaP层的厚度为2-5μm，GaAs层的厚度为100μm。
6.根据权利要求3所述的肖特基势垒接触限流量子阱激光器，其特征在于所述的激光器产生920—940nm的激光。
全文摘要
本发明公开了无铝量子阱激光器及肖特基势垒接触限流技术,其特征在于采用磁控溅射方法在激光器芯片P面溅射Ti/Pt/Au接触电极及肖特基接触金;通过光刻和化学刻蚀出一定条宽和间距的激光器波导金属条;通过化学腐蚀去除金属条间距表面的GaAs层,露出InGaP层表面;清洗后溅射金,即在间距表面形成Au/InGaP肖特基接触势垒。
文档编号H01S5/00GK1328369SQ0010916
公开日2001年12月26日 申请日期2000年6月13日 优先权日2000年6月13日
发明者王立军 申请人:深圳市众量激光器高技术有限公司