专利名称：一种双内腔接触式n侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体激光器制造技术领域，涉及一种双内腔接触式η侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器及其制作方法。
背景技术：
传统面发射半导体激光器的输出功率不及边发射激光器，这是因为传统结构的面发射半导体激光器主要是由P型DBR、有源层、η型DBR构成，电流经由ρ型电极，经过ρ型DBR、有源区、η型DBR、η型衬底以及η型电极构成回路，这种结构引进的等效电阻很大，且 阻抗主要由DBR形成，导致器件发热严重，阈值电流升高、内量子效率降低。因此降低器件的等效电阻，是获取高功率高效率面发射半导体激光器的有效途径之一。为了改变这种状况，有文献报道，仅在P侧制作内腔接触电极，绕过了 P型DBR电阻，对器件的电阻有一定程度的降低；还有报道P型与η型电极都在ρ侧引入，以减少双侧DBR电阻，但是带来的问题是，P型与η型电极开在一侧，其电极不可能制备成封闭环形，由于是半环型，根据电流流经电阻的分配原则，电流的分配形成不对称性，注入载流子诱发光子形成的光场分布不均匀。这里面需要指出的是，人们已经认识到双内腔电极可以减少电阻，但其实施和报道中仅仅提出了单侧引入，这里面有一个问题必须解决，当P型与η型电极分别从两侧开环形沟槽引入时，由于剩余的环形连接处仅仅为有源区的厚度，大约数十纳米，在制备工艺过程中，包括抛磨、超声清洗等，极容易造成有源区受力、振动崩落。
发明内容
本发明提出的一种双内腔接触式η侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器。这种面发射半导体激光器通过改变器件结构，其电极从双面引入，使注入电流同时绕过P型DBR和η型DBR直接进入有源区，电流注入分布平衡，载流子诱发光场分布对称均匀，整个器件等效电阻有效降低，进而使器件的热特性也得到改善。同时这种框架支撑结构及其制作方法，解决了器件结构连接强度不足，所造成的有源区崩落问题。本发明是这样实现的，见剖面结构示意I与η侧视2。本发明提出了一种双内腔接触式η侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器。所述激光器的结构包括ρ型电极(1)，P型DBR (2)，ρ型欧姆接触层(3)，氧化限制层(4)，ρ型限制层(5)，有源区(6)，η型限制层(7)，η型欧姆接触层(8)，η型DBR (9)，缓冲层(10)，衬底(11 )，增透膜(12)，η型电极(13)，刻蚀区域(14)，框架支撑结构(15)。其特征在于ρ型电极(I)和η型电极(13)都是内腔接触电极，注入电流同时绕过P型DBR和η型DBR直接进入有源区；其特征在于只对P型电极(I)与P型欧姆接触层(3)接触处的ρ型欧姆接触层
(3)局部进行重掺，垂直谐振腔范围内的ρ型欧姆接触层(3)不重掺杂，以此保证激射的光子不被重掺杂过的P型欧姆接触层(3)大量吸收；
其特征在于只对η型电极(13)与η型欧姆接触层(8)接触处的η型欧姆接触层
(8)局部进行重掺，垂直谐振腔范围内的η型欧姆接触层(8)不重掺杂，以此保证激射的光子不被重掺杂过的η型欧姆接触层(8)大量吸收；其特征在于ρ型欧姆接触层(3)含有相位补偿层，其光学厚度满足激光器谐振波长。其特征在于η型欧姆接触层(8)含有相位补偿层，其光学厚度满足激光器谐振波长。 其特征在于在形成η型电极窗口的刻蚀过程中，采用如图2中所示的框架支撑结构(15)来进行掩膜，只有(14)处的η型DBR被刻蚀掉，谐振腔范围内的器件结构与整体的连接稳固性得到加强。其特征在于框架支撑结构(15)的框架支撑通道可以是四通道，也可是其余数量通道，其宽度和形状不受限制，本案仅提供了一种图示方案示范。本发明提出的内腔接触式面发射激光器的制作过程步骤如下I)在ρ型DBR (2)表面光刻；2)用光刻胶做掩膜，腐蚀P型DBR (2)至ρ型欧姆接触层(3);3)对无光刻胶保护的ρ型欧姆接触层(3)进行重掺；4)蒸镀ρ侧欧姆接触电极Ti/Pt/Au ；5)剥离；6)套刻，刻蚀到P型限制层(5)的表层；7) 将外延片放入湿氮氧化装置中进行氧化，控制氧化时间，使氧化限制层形成大小合适的氧化孔径，以实现良好的光电限制，此时P侧制作完成；8)衬底减薄并抛光，蒸镀一层增透膜Zr02 ;9)对η侧进行套刻；10)先用HF酸去除η侧没有光刻胶作掩膜保护的增透膜ZrO，再进行湿法腐蚀，直至刻蚀到η型欧姆接触层(8)的表层，形成η型电极窗口；11)对无光刻胶保护电极窗口处的η型欧姆接触层(8)进行重掺；12)完全去胶后，采用负胶套刻；13)在η侧蒸镀电极AuGe/Ni/Au电极；14)剥离。至此，工艺完成了 η侧出射面发射半导体激光器双内腔接触式电极及其框架支撑结构，注入电流同时绕过ρ型DBR和η型DBR直接进入有源区，等效电阻大大降低，从而器件具有更好的热特性，克服了常规结构技术之不足。
图I :双内腔接触式η侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器剖面结构示意图其中=P型电极(1)，P型DBR (2)，P型欧姆接触层(3)，氧化限制层(4)，ρ型限制层(5)，有源区(6)，η型限制层(7)，η型欧姆接触层(8)，η型DBR (9)，缓冲层(10)，衬底(11 )，增透膜(12)和η型电极(13)图2 :双内腔接触式η侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器的η侧图形，其中刻蚀区域(14)，框架支撑结构(15)
具体实施方案I、采用金属有机化学气相沉积方法，在厚度约为635 μ m的η型GaAs衬底上依次外延生长η型GaAs缓冲层；28对由Ala9GaaiAsAlaiGaa9As构成的η型DBR ；η型GaAs欧姆接触层；η型限制层；3对Inai7Gaa83AsAiaAsa92Paci8构成的应变补偿量子阱增益区，其中Inai7Gaa83As为讲材料，厚度为6nm, GaAsa92Patl8为鱼材料，厚度为4nm ；p型限制层；由Ala92Gaatl8As构成的厚度为30nm的氧化限制层欧姆接触层；30对由Ala9Gaa As/Al0. Aaa9As构成的渐变ρ型DBR。2、在外延片ρ侧进行光刻，曝光、显影后形成所要的光刻图形。3、光刻图形做掩膜，进行湿法腐蚀或干法刻蚀，刻蚀无光刻胶保护的P型DBR(2) 至欧姆接触层(3)的表层。4、对欧姆接触层(3)的圆环刻蚀面进行重掺。5、采用磁控派射仪,蒸镀ρ侧欧姆接触电极Ti (30nm)/Pt (50nm)/Au (200nm),然后进行表面剥离。6、套刻，之后刻蚀无掩膜保护的ρ型DBR (2)，直至ρ型限制层(5)的表层。 7、将外延片放入湿氮氧化装置中进行氧化，氧化温度400°C，恒温水浴温度95°C，N2流量lL/min，控制氧化时间，形成氧化孔径，以实现良好的光电限制。8、在外延片的η侧采用机械的的方法对衬底进行减薄并抛光，蒸镀一层增透膜ZrO2,以提高光的透过率。9、在η侧采用双面对准光刻。10、先用HF酸溶液腐蚀掉η侧没有光刻胶做掩膜保护的增透膜ZrO2 ;采用干法刻蚀技术，直至刻蚀到η型欧姆接触层表层，形成η型电极窗口。11、完全去胶后，采用负胶套刻。12、对无光刻胶保护电极窗口处的η型欧姆接触层(8)进行重掺。13、在η侧蒸镀电极AuGe/Ni/Au电极。14、剥离。
权利要求
1.一种双内腔接触式η面出光框架支撑结构面发射半导体激光器，其特征在于，所述激光器包括P型电极(1)，Ρ型DBR (2)，ρ型欧姆接触层(3)，氧化限制层(4)，ρ型限制层(5)，有源区(6)，η型限制层(7)，η型欧姆接触层(8)，η型DBR (9)，缓冲层(10)，衬底(11 )，增透膜(12)，η型电极(13)，刻蚀区域(14)，框架支撑结构(15)。
2.根据权利要求I所述的η侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器，其特征在于，P型电极(I)和η型电极(13)都是内腔接触电极，且电极从双侧引入，注入电流绕过P型DBR和η型DBR直接进入有源区，等效电阻大大降低。
3.根据权利要求I所述的η侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器，其特征在于，只对P侧电极(I)与P型欧姆接触层(3 )接触处的P型欧姆接触层(3 )局部进行重掺，垂直谐振腔范围内的P型欧姆接触层(3)不重掺杂，以此保证激射的光子不被重掺杂过的P型欧姆接触层(3)大量吸收。
4.根据权利要求I所述的η侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器，其特征在于，只对η侧电极(13)与η型欧姆接触层(8)接触处的η型欧姆接触层(8)局部进行重掺，垂直谐振腔范围内的η型欧姆接触层(8)不重掺杂，以此保证激射的光子不被重掺杂过的η型欧姆接触层(8)大量吸收。
5.根据权利要求I所述的η侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器，在形成η侧电极窗口的刻蚀过程中，采用框架支撑结构(15)来进行掩膜，只有(14)处的η型DBR被刻蚀掉，谐振腔范围内的器件结构与整体的连接稳固性得到加强。
6.根据权利要求I所述的η侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器，在形成η侧电极窗口的刻蚀过程中，框架支撑结构(15)的框架支撑通道可以是四通道，也可是其余数量通道，其宽度和形状不受限制，本案仅提供了一种图示方案示范。
全文摘要
一种双内腔接触式n侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器及其制作方法，属于半导体激光器制造技术领域。相关的现有技术采用p型与n型电极均为内腔接触式的，但其电极只在p侧引入，以减少双侧DBR电阻。该技术存在的主要问题是，p型与n型电极开在同一侧，其电极不可能制备成封闭环形，由于是半环型，电流的分配不对称，注入载流子诱发光子形成的光场分布不均匀。本发明提出的激光器结构， p型与n型电极在器件两侧，形成双内腔接触式结构，使注入电流绕过p型DBR和n型DBR直接进入有源区；同时n侧采用框架支撑结构及其制作方法，解决了形成n型电极窗口的刻蚀过程中，器件结构连接强度不足所造成的有源区崩落问题。
文档编号H01S5/187GK102832537SQ20121034166
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者赵英杰, 刘学东, 万灵敏, 张建家, 侯立峰, 晏长岭, 冯源, 郝永芹, 李占国, 李特, 赵博, 戈红丽, 赵宇斯, 刘羽, 金国烈, 许 鹏 申请人:长春理工大学