专利名称：宽面808nm分立模式半导体激光器结构的制备方法
技术领域：
本发明涉及半导体激光器领域，特别是针对于实现808nm单模的分立模式半导体 激光器(DMLD)结构的制备方法。
背景技术：
808nm半导体激光器作为一种固体激光器的泵浦源而被广泛地应用，然而随着半 导体激光器bar条的工作电流和功率的不断提高，会导致中心波长的漂移，这对于具有较 小吸收带宽的泵浦应用来说是一个很大的障碍。因而为确保在整个工作范围内实现稳定、 有效的泵浦，有效控制泵浦半导体激光器的光谱，改善半导体激光器的光谱纯度及波长稳 定等光谱特性是十分迫切和重要的。目前实现单模波长稳定比较常规的方法包括有DFB和DBR、VCSEL以及外腔反馈等 方法，但由于分布反馈结构对光刻精度要求高、制造工艺复杂需二次以上外延，而垂直腔面 发射激光器的波长对于外延生长厚度高度敏感，同时利用外置光栅的光反馈来实现波长锁 定的方法对于准直光束高度敏感，稳定性差。然而相对于上述方法而言，分立模式半导体激光器(DMLD)是一种制备工艺更简 单、成本更低，且能获得窄带宽、高的边模抑制比、波长稳定特性更优异的新型半导体激光
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发明内容
本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、带宽窄、边模抑制比高且波长稳定特 性更优的新型半导体激光器结构的制备方法。该结构成本相对较低、无需二次外延，因而在 可靠性、成品率等方面优于其它同类功能的单模激光器。本发明一种宽面808nm分立模式半导体激光器的制备方法，包括如下步骤步骤1 取一镓砷衬底；步骤2 在镓砷衬底上依次制备N型铝镓砷下限制层、下波导层、量子阱层、上波导 层、第一 P型上限制层、刻蚀截至层、第二 P型上限制层和P型帽层；步骤3 采用光刻技术，在P型帽层的表面制备出刻蚀的掩膜图形；步骤4 在P型帽层上向下刻蚀，形成凸起的宽面结构，同时在凸起的宽面结构上 面的一侧沿纵向刻蚀形成多个非周期分布的刻槽结构，刻槽结构的刻蚀深度到达刻蚀截至 层的表面，完成器件的制备。其中下波导层为非掺杂的铝镓砷材料，其组份比例为Ala33_a35Gaa65_a67AS。其中量子阱层为非掺杂的铝镓铟砷材料。其中上波导层为非掺杂的铝镓砷材料，其组份比例为Ala33_a35Gaa65_a67AS。其中第一 P型上限制层为高掺杂的铝镓砷材料，其组份比例为 Al0.53-0.55Ga0 45_0 47As，厚度为 0. 1—0. 3 μ m。其中刻蚀截至层为高掺杂的P型铟镓磷材料，其组份比例为Ina49Gaa51P,厚度为18-22nm0其中第二 P型上限制层为高掺杂的P型铝镓砷材料，其组份比例为 Al0.33-0. ^Ga0.65_0.67As，厚度为 1. 2-1. 4 μ m。其中P型帽层为重掺杂的P型镓砷材料。其中凸起的宽面结构的宽度为50-200 μ m，分布在凸起的宽面结构一侧上的非周 期刻槽结构的宽度为0. 8-1. 2 μ m。其中多个非周期分布的刻槽结构的数量为3-20个。本发明涉及到的结构是一种建立在普通的法布里-珀罗谐振腔(Fabry-Perot)激 光器之上，沿谐振腔方向引入少量的折射率微扰分布，以此作为散射中心来实现对激射光 谱的调制，以改进光谱特性的新型半导体激光器结构。
以下通过结合附图对具体实施例的详细描述，进一步说明本发明的结构、特点和 技术内容，其中图1是本发明提出的宽面808nm分立模式半导体激光器结构的纵向剖面示意图。图2是本发明提出的宽面808nm分立模式半导体激光器结构的横向剖面示意图。图3是图1的俯视图。
具体实施例方式请参阅图1、图2及图3，本发明提供一种宽面808nm分立模式半导体激光器的制 备方法，包括如下步骤步骤1 取一镓砷衬底1 ；步骤2:在镓砷衬底1上依次制备N型铝镓砷下限制层2、下波导层3、量子阱层4、 上波导层5、第一 P型上限制层6、刻蚀截至层7、第二 P型上限制层8和P型帽层9 ；其中下 限制层2为高掺杂的N型铝镓砷材料(Al0.53_0.55Ga0.45_0.47As)，Si掺杂浓度为1 X 1018cm_3，厚 度为1. 5 μ m，目的是限制有源区载流子的扩散，以降低阈值电流提高效率；下波导层3为非 掺杂的铝镓砷材料仏‘夂^力彻^力^^，厚度为卯!!!!!，目的是为了增强对有源区光场的限 制，减小激光光束的远场发散角；量子阱层4为非掺杂的铝镓铟砷材料(AWalnAs)，厚度为 lOnm，目的是作为激光器的有源区，为激光的受激发射提供增益，决定着器件的激射波长； 上波导层5为非掺杂的铝镓砷材料(AluMjG^ufAs)，厚度为90nm，目的是为了增强对 有源区光场的限制，减小激光光束的远场发散角；第一 P型上限制层6为高掺杂的P型铝 镓砷材料(Ala53UGEtciH47As)，Zn掺杂浓度为2X 1018cm_3，厚度为0. 1-0. 3 μ m，目的是限 制有源区载流子的扩散及限制光场，可降低阈值电流减小光场损耗；刻蚀截至层7为高掺 杂的P型铟镓磷材料(Ina49Giia51P)，Zn掺杂浓度为2X 1018cnT3，厚度为18-22nm，目的是通 过第二 P型上限制层8的铝镓砷材料与刻蚀截至层7的铟镓磷材料在干法刻蚀中的高选择 比OOO 1)，实现对第二 P型上限制层8的刻蚀深度的精确控制，以获得均勻性好的刻蚀 深度；第二 P型上限制层8为高掺杂的P型铝镓砷材料(Al^uGiid^As)，Zn掺杂浓度 为2X1018Cm_3，厚度为1.2-1.4μπι，目的是在限制有源区载流子的扩散、限制光场、降低阈 值电流的同时，形成非周期性分布的折射率微扰，以改善激射光谱的特性；P型帽层9为重掺杂的P型镓砷材料，Zn掺杂浓度为0. 5-2 X IO2W,厚度为0. 25 μ m，目的是减小半导体 与金属材料之间的串联电阻，实现良好的欧姆接触。步骤3 采用光刻技术，在P型帽层9的表面制备出刻蚀的掩膜图形，也就是将掩 膜版上的图形转移到待刻蚀的芯片表面，形成待刻蚀的窗口。步骤4 在P型帽层9上向下刻蚀，形成凸起的宽面结构10，同时在凸起的宽面结 构10上面的一侧沿纵向刻蚀形成多个非周期分布的刻槽结构11，刻槽结构11的刻蚀深度 到达刻蚀截至层7的表面，其中凸起的宽面结构10的宽度为50-200 μ m,分布在凸起的宽面 结构10上的非周期刻槽结构11的宽度为0.8-1. 2 μ m，完成器件的制备。通过刻蚀沿凸起 的宽面结构10的纵向引入了满足一定相位条件的非周期刻槽结构11，目的是通过引入少 量的折射率微扰，令激光器输出的光谱纯度及波长稳定性得到改善，从而获得窄线宽、波长 稳定性更好的激射光谱。
实施例请再参阅图1、图2及图3所示，本发明本发明提供一种宽面808nm分立模式半导 体激光器的制备方法，包括如下步骤步骤1:取一镓砷衬底1;步骤2:在镓砷衬底1上依次制备N型铝镓砷下限制层2、下波导层3、量子阱层4、 上波导层5、第一P型上限制层6、刻蚀截至层7、第二P型上限制层8和P型帽层9 ；其中下波 导层3为非掺杂的铝镓砷材料，其中量子阱层4为非掺杂的铝镓铟砷材料，其中上波导层5 为非掺杂的铝镓砷材料，其中第一 P型上限制层6为高掺杂的铝镓砷材料，厚度为0. 2 μ m， 其中刻蚀截至层7为高掺杂的P型铟镓磷材料，厚度为20nm，其中第二 P型上限制层8为高 掺杂的P型铝镓砷材料，厚度为1. 3 μ m ；，其中P型帽层9为重掺杂的P型镓砷材料。步骤3 采用光刻技术，在P型帽层9的表面制备出刻蚀的掩膜图形；步骤4 在P型帽层9上向下刻蚀，形成凸起的宽面结构10，同时在凸起的宽面结 构10上沿纵向形成数量为9个非周期的刻槽结构11，刻蚀深度到达刻蚀截至层7的表面， 其中凸起的宽面结构10的宽度为50-200 μ m,分布在凸起的宽面结构10 —侧上的非周期刻 槽结构11的宽度为1 μ m，完成器件的制备。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
1.一种宽面808nm分立模式半导体激光器的制备方法，包括如下步骤 步骤1 取一镓砷衬底；步骤2 在镓砷衬底上依次制备N型铝镓砷下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、 第一 P型上限制层、刻蚀截至层、第二 P型上限制层和P型帽层；步骤3 采用光刻技术，在P型帽层的表面制备出刻蚀的掩膜图形； 步骤4 在P型帽层上向下刻蚀，形成凸起的宽面结构，同时在凸起的宽面结构上面的 一侧沿纵向刻蚀形成多个非周期分布的刻槽结构，刻槽结构的刻蚀深度到达刻蚀截至层的 表面，完成器件的制备。
2.根据权利要求1所述的宽面808nm分立模式半导体激光器的制备方法，其中下波导 层为非掺杂的铝镓砷材料，其组份比例为Ala 33-0.35Ga0.65_o.67As。
3.根据权利要求1所述的宽面808nm分立模式半导体激光器的制备方法，其中量子阱 层为非掺杂的铝镓铟砷材料。
4.根据权利要求1所述的宽面808nm分立模式半导体激光器的制备方法，其中上波导 层为非掺杂的铝镓砷材料，其组份比例为Ala 33-0.35Ga0.65_o.67As。
5.根据权利要求1所述的宽面808nm分立模式半导体激光器的制备方法，其中 第一 P型上限制层为高掺杂的铝镓砷材料，其组份比例为Ala 53_o. 55Ga0.45_α 47As，厚度为0. 1-0. 3 μ m。
6.根据权利要求1所述的宽面808nm分立模式半导体激光器的制备方法，其中刻蚀截 至层为高掺杂的P型铟镓磷材料，其组份比例为Ina49Giia51P,厚度为18-22nm。
7.根据权利要求1所述的宽面808nm分立模式半导体激光器的制备方法，其中第 二 P型上限制层为高掺杂的P型铝镓砷材料，其组份比例为AluwjGiid^As，厚度为1. 2-1. 4μ m。
8.根据权利要求1所述的宽面808nm分立模式半导体激光器的制备方法，其中P型帽 层为重掺杂的P型镓砷材料。
9.根据权利要求1所述的宽面808nm分立模式半导体激光器的制备方法，其中凸起的 宽面结构的宽度为50-200 μ m，分布在凸起的宽面结构一侧上的非周期刻槽结构的宽度为 0. 8-1. 2 μ m。
10.根据权利要求1所述的宽面808nm分立模式半导体激光器的制备方法，其中多个非 周期分布的刻槽结构的数量为3-20个。
全文摘要
本发明提供一种宽面808nm分立模式半导体激光器的制备方法，包括如下步骤步骤1取一镓砷衬底；步骤2在镓砷衬底上依次制备N型铝镓砷下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、第一P型上限制层、刻蚀截至层、第二P型上限制层和P型帽层；步骤3采用光刻技术，在P型帽层的表面制备出刻蚀的掩膜图形；步骤4在P型帽层上向下刻蚀，形成凸起的宽面结构，同时在凸起的宽面结构上面的一侧沿纵向刻蚀形成多个非周期分布的刻槽结构，刻槽结构的刻蚀深度到达刻蚀截至层的表面，完成器件的制备。
文档编号H01S5/24GK102148479SQ20111005236
公开日2011年8月10日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者刘素平, 熊聪, 王俊, 马骁宇, 高卓 申请人:中国科学院半导体研究所