本发明涉及半导体激光器技术领域,特别涉及一种砷化镓激光巴条及其制备方法。
背景技术:
砷化镓激光器具有近红外高重复频率和峰值功率较高的特点,还具有体积小、耗能少和寿命长等优点,因此,砷化镓激光器是很常用的半导体激光器。然而,由于砷化镓激光芯片的外延结构材料中含有的al元素,因此,在砷化镓激光芯片制备过程中解理成巴(bar)条后,巴条的腔面易发生氧化,进而容易导致砷化镓激光芯片的抗光学灾变能力下降,严重影响了砷化镓激光器的输出功率和寿命。
为了避免上述问题,目前规模化生产中常用的方法是在高真空环境下,采用分子束外延的方法在解理的巴条腔面上蒸镀硅薄膜,以起到钝化砷化镓激光巴条腔面的作用。
然而,目前采用分子束外延的方法在解理的巴条腔面上蒸镀硅薄膜的方法,仅仅解决了激光芯片制作过程中腔面裸露的氧化问题,并未使硅粒子与巴条腔面的未饱和化学键充分结合,并且硅薄膜的致密性也较差。另外,因为硅与砷化镓的晶格失配度虽然仅有4.1%,但热失配度高达59%,在砷化镓激光器工作过程中会产生大量的热而容易导致缺陷的产生,因此,降低了砷化镓激光芯片的抗光学灾变的能力,影响了砷化镓激光芯片的输出功率及使用寿命。
技术实现要素:
为了解决上述问题,本发明提供一种砷化镓激光巴条及其制备方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种砷化镓激光巴条,所述砷化镓激光巴条包括:
外延片,所述外延片由下至上依次包括gaas衬底、n-gaas缓冲层、n-algaas限制层、n-algaas波导层、有源区层、p-algaas波导层、p-algaas限制层、p-gaas顶层和p型高掺杂电极接触层;
多个从p-gaas顶层刻蚀至gaas衬底上表面的沟道,所述沟道的两侧及底面镀有sio2钝化层;
设置于p-gaas顶层上面的sio2介质膜;
制备于p型高掺杂电极接触层和sio2介质膜上面的p电极层和制备于gaas衬底背面的n电极层;
蒸镀于外延片、p电极层和n电极层左右两侧的厚度为
蒸镀于厚度为
可选地,所述p-gaas顶层的厚度为
可选地,所述p-gaas顶层的厚度为
可选地,所述p电极层的材料为ti/pt/au;所述n电极层的材料为au/ge/ni和au;所述高反膜的材料为si/sio2或si/al2o3;所述增透膜的材料为si/znse或si/sio2。
可选地,所述高反膜的周期数为2~4个,透射率为为94%~98%;所述增透膜的周期数1~2个,透射率为90%~95%。
一种上述砷化镓激光巴条的制备方法,所述制备方法包括如下步骤:
s1,制作并清洗外延片,所述外延片由下至上依次包括gaas衬底、n-gaas缓冲层、n-algaas限制层、n-algaas波导层、有源区层、p-algaas波导层、p-algaas限制层、p-gaas顶层和p型高掺杂电极接触层;
s2,对外延片进行光刻,形成周期性分布的平台图形,得到激光芯片预设的尺寸和形状,然后对p型高掺杂电极接触层两侧进行刻蚀,至p-gaas顶层;
s3,从经过步骤s2刻蚀掉p型高掺杂电极接触层的p-gaas顶层开始刻蚀沟道,将沟道刻蚀至gaas衬底上表面,并在沟道的两侧镀上sio2钝化层;
s4,在经过步骤s2处理后的p-gaas顶层上沉积sio2介质膜;
s5,在p型高掺杂电极接触层上制备p电极层,将gaas衬底减薄,并在减薄后的gaas衬底背面制备n电极层;
s6,手动解理经步骤s5处理后的芯片结构,解理成长条,然后把长条放入高真空解理设备中进行腔面解理,解理成所需的巴条;
s7,通过循环退火工艺在巴条腔面制备硅钝化膜:首先在温度为100~150℃条件下,以
s8,在硅钝化膜两侧分别制备高反膜和增透膜;
s9,砷化镓激光巴条制备完成,对砷化镓激光巴条进行数据测试。
可选地,步骤s2中对p型高掺杂电极接触层两侧进行刻蚀的深度为
可选地,所述p电极层的厚度为
可选地,所述p电极层的材料为ti/pt/au;所述n电极层的材料为au/ge/ni和au;所述高反膜的材料为si/sio2或si/al2o3;所述增透膜的材料为si/znse或si/sio2。
可选地,所述高反膜的周期数为2~4个,透射率为为94%~98%;所述增透膜的周期数1~2个,透射率为90%~95%。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:
通过采用热循环退火工艺在外延片、p电极层和n电极层左右两侧蒸镀上一层厚度为
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本发明的实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明实施例1的立体结构示意图。
图2为图1的主视图。
图3为本发明实施例2的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
如图1和图2所示,本实施例提供一种砷化镓激光巴条,该砷化镓激光巴条包括:
外延片,其中,外延片由下至上依次包括gaas衬底、n-gaas缓冲层、n-algaas限制层、n-algaas波导层、有源区层、p-algaas波导层、p-algaas限制层、p-gaas顶层和p型高掺杂电极接触层;多个从p-gaas顶层刻蚀至gaas衬底上表面的沟道,沟道的两侧及底面镀有sio2钝化层;设置于p-gaas顶层上面的sio2介质膜;制备于p型高掺杂电极接触层和sio2介质膜上面的p电极层和制备于gaas衬底背面的n电极层;蒸镀于外延片、p电极层和n电极层左右两侧的厚度为
本发明实施例提供的砷化镓激光巴条,通过采用热循环退火工艺在外延片、p电极层和n电极层左右两侧蒸镀上一层厚度为
可选地,p-gaas顶层的厚度为
可选地,p-gaas顶层的厚度为
可选地,p电极层的材料为ti/pt/au。n电极层的材料为au/ge/ni和au。高反膜的材料为si/sio2或si/al2o3。增透膜的材料为si/znse或si/sio2。
可选地,高反膜的周期数为2~4个,透射率为为94%~98%;增透膜的周期数1~2个,透射率为90%~95%。
关于该砷化镓激光巴条的制备方法及其它相关内容,可以具体参见下述实施例2中的内容,此次暂不叙述。
实施例2
如图3所示,本实施例提供一种砷化镓激光巴条的制备方法,该制备方法用于制备实施例1所述的砷化镓激光巴条。该制备方法包括如下步骤s1至步骤s9:
s1,制作并清洗外延片,外延片由下至上依次包括gaas衬底、n-gaas缓冲层、n-algaas限制层、n-algaas波导层、有源区层、p-algaas波导层、p-algaas限制层、p-gaas顶层和p型高掺杂电极接触层。
其中,n-gaas缓冲层用于缓冲gaas衬底与n-algaas限制层之间的晶格失配;n-algaas限制层用于提供电子并限制光场分布;n-algaas波导层与p-algaas波导层用于提供光子的反射传播;有源区层是发光层;p-algaas限制层用于提供空穴,并限制光子进入p-algaas限制层以外的外延层,降低光的损失;p-gaas顶层用于起到电流扩散的作用;p型高掺杂电极接触层用于与p电极层形成欧姆接触。
s2,对外延片进行光刻,形成周期性分布的平台图形,得到激光芯片预设的尺寸和形状,然后对p型高掺杂电极接触层两侧进行刻蚀,至p-gaas顶层,如图2所示。
其中,刻蚀面积依据砷化镓激光芯片的占空比而定,未刻蚀区域用于制备p电极层。激光芯片预设的尺寸和形状就是要制作的产品的尺寸和形状。
步骤s2中对p型高掺杂电极接触层两侧进行刻蚀的深度即为p型高掺杂电极接触层的厚度,该p型高掺杂电极接触层的厚度可以为
s3,从经过步骤s2刻蚀掉p型高掺杂电极接触层的p-gaas顶层开始刻蚀沟道,将沟道刻蚀至gaas衬底上表面,并在沟道的两侧镀上sio2钝化层。
其中,沟道的数量为多个。步骤s3中可以采用icp(inductivelycoupledplasma,感应耦合等离子体)干法刻蚀法实现。由于激光巴条是一定数量的芯片并列在一起的,因此,沟道用于阻止激光芯片之间电和光的相互影响,以进行光隔离和电隔离。
深刻蚀沟道至gaas衬底上表面的主要目的是把n-gaas的侧壁全部镀上sio2钝化层,以避免后续倒装封装后形成漏电通道。
可选地,该步骤s3中深刻蚀沟道的深度为
s4,在经过步骤s2处理后的p-gaas顶层上沉积sio2介质膜。
其中,该步骤s4可以通过icp-cvd(感应耦合等离子体-化学气相沉积)法沉积sio2介质膜。sio2介质膜用于起到保护和限流的作用,通过设置sio2介质膜可以有效提高激光芯片的特性参数。
s5,在p型高掺杂电极接触层上制备p电极层,将gaas衬底减薄,并在减薄后的gaas衬底背面制备n电极层。
其中,p电极层的材料可以为ti/pt/au,即p电极层的材料包括ti层、镀在ti层上的pt层和镀在pt层上的au层。可选地,p电极层的厚度为
n电极层的材料可以为au/ge/ni和au,即n电极层的材料可以包括为au层、镀在au层上的ge层和镀在ge层上的ni层,还可以仅包括au层。n电极层的厚度为
gaas衬底减薄时是对gaas衬底远离n-gaas缓冲层的一侧进行操作,gaas衬底减薄后的厚度为
s6,手动解理经步骤s5处理后的芯片结构,解理成长条,然后把长条放入高真空解理设备中进行腔面解理,解理成所需的巴条。
s7,通过循环退火工艺在巴条腔面制备硅钝化膜:首先在温度为100~150℃条件下,以
其中,一次循环退火的具体操作为:先将厚度为
通过循环退火工艺后,不仅可以使腔面的硅粒子与腔面的外延层的悬空键结合,而且可以使硅粒子扩散到有晶体缺陷的表面,保证巴条腔面及附件的表面的晶体都具有较完整性。
另外,在厚度为
s8,在硅钝化膜两侧分别制备高反膜和增透膜。
可选地,高反膜的材料为si/sio2或si/al2o3,即高反膜的材料包括si层和sio2层,或者高反膜的材料包括si层和al2o3层。高反膜的周期数为2~4个,透射率为为94%~98%。每个周期的高反膜的厚度根据砷化镓激光器的波长而定。通过设置高反膜,可以尽量减少光子在谐振腔中的光损耗,提高砷化镓激光器的输出功率。
可选地,增透膜的材料为si/znse或si/sio2,即增透膜的材料包括si层和znse层,或者增透膜的材料包括si层和sio2层。增透膜的周期数1~2个,透射率为90%~95%。通过设置增透膜,可以尽量减少光子在谐振腔中的光损耗,提高砷化镓激光器的输出功率。
s9,砷化镓激光巴条制备完成,对砷化镓激光巴条进行数据测试。
本发明实施例提供的制备方法,通过采用热循环退火工艺在外延片、p电极层和n电极层左右两侧蒸镀一层厚度为
以上实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制,有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型,因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴,本发明的专利保护范围应由权利要求限定。