掩埋DFB激光器及其制备方法与流程

本发明涉及一种掩埋dfb激光器及其制备制备方法。

背景技术：

随着高速光通信的发展，对通信的激光源提出了更高的要求。相对于fp(fabry-perot)激光器，dfb(distributedfeedback)激光器具有良好的模式选择能力，可以实现更窄的线宽，目前已经在光通信系统中得到广泛的应用。为了得到更高性能的dfb激光器，激光器的条形结构起了非常重要的作用。目前掩埋异质结结构(以下简称bh结构)通过在有源区两侧外延生长较低折射率的材料并且设计反偏pn结，可以实现对载流子和光子的限制，从而实现低的阈值和高的注入密度。

为了进一步提高激光发射效率，需要进一步增大有源区内的载流子的注入密度，可以通过减小脊条的宽度来实现，然而这受到工艺一定程度的限制，同时在光学特性上，也会改变光场分布，出现模式不稳定，光束不对称分布等缺点。

目前，现有技术中为了增大bh结构中载流子的注入密度，往往在完成有源区的掩埋之后，通过缩小二氧化硅(sio2)掩膜来实现。请参见图1，其具体操作步骤为：

(1)依次生长第一导电层11、有源层12、第二导电层13，形成具有功能的半导体叠层，然后在第二导电层13远离有源层的表面制作第一掩膜层14；

(2)通过干法或湿法刻蚀出一凸台结构15，所述凸台结构具有一顶面t15，刻蚀深度超过有源层12，到达第一导电层11；

(3)保留掩膜层14，在mocvd设备下外延生长第一掩埋层16，所述第一掩埋层16在第一导电层11经刻蚀出的表面及台面结构15的侧面外延生长，且第一掩埋层16的高度高于有源层12；

(4)通过湿法刻蚀除去部分第一掩膜层14，使其宽度变窄，形成第二掩膜层141，掩膜宽度小于顶面t15的宽度，从而露出部分顶面t15；

(5)在第一掩埋层16上及露出的部分顶面t15的正上方外延生长第二掩埋层17，随后去除第二掩膜层141，露出顶面t15的剩余表面；

(6)最后在顶面t15的剩余表面上生长第三导电层18，形成完整的外延结构，该第三导电层18覆盖所述第二掩埋层17。

上述技术方案在生长第一掩埋层16之后，随后再生长第二掩埋层17，最后生长第三导电层18。由于第三导电层18具有与第二导电层13相同的导电特性，并且与第二掩埋层17的导电特性相反，电流被限制在第二导电层13和第三导电层18之间的界面注入有源区。该方案由于在第(4)步时缩小了sio2掩膜尺寸，使得第二掩埋层17部分生长于顶面t15的上方，减少了第二导电层13和第三导电层18之间的界面的宽度，使得电流的注入密度得到提高，并且该方案维持了原脊条的形貌和宽度不变。

然而，在外延生长中，刻蚀台面往往具有较高的生长速率，因此在生长第一掩埋层16的时候，第一掩埋层16中沿着刻蚀台面方向较竖直方向往往具有较高的生长速率，第一掩埋层16往往高于顶面t15。第二掩埋层17需要生长较厚的厚度来覆盖第一掩埋层16。在生长第二掩埋层17之前，由于缩小了掩膜的宽度，露出了部分顶面t15，因此，生长完第二掩埋层17之后，在顶面t15的正上方存在厚度较厚的第二掩埋层17，所以需要生长更厚的第三导电层18来填平露出的顶面t15，这将不可避免的增加载流子输运过程中的串联电阻。虽然通过提高第三导电层的掺杂浓度可以降低串联电阻，但也容易造成杂质扩散至有源区，从而降低器件的发射效率。

因此，如何在不改变脊条宽度的条件下，实现增大载流子注入密度，同时避免增加串联电阻是本发明需要解决的技术问题。

技术实现要素：

因此，有鉴于此，本发明的目的在于提供一种掩埋dfb激光器及其的制备方法，不仅能够增大载流子的注入密度，而且能够避免增加串联电阻。

一种掩埋dfb激光器，其包括：

依次层叠的第一导电层、有源层和第二导电层，部分第一导电层与所述有源层、所述第二导电层形成一凸台结构，所述第二导电层远离所述有源层的表面为所述凸台结构的顶面；

一阻挡层，所述阻挡层,设置于所述凸台结构的顶面，所述阻挡层的中心部分经刻蚀形成一凹槽，且所述凹槽通至所述凸台结构的顶面；

一第一掩埋层，所述第一掩埋层形成于所述凸台结构的侧面，并覆盖所述凸台结构的侧面和所述第一导电层；

一第二掩埋层，所述第二掩埋层形成于所述第一掩埋层的表面；

一第三导电层，所述第三导电层通过所述凹槽形成于所述凸台结构的顶面，且形成于所述第二掩埋层的表面。

一种掩埋dfb激光器，其包括一衬底、一凸台结构、一掩埋结构、一阻挡层及一及一电极接触层；所述凸台结构设置于衬底表面，所述凸台结构远离所述衬底的表面为所述凸台结构的顶面；所述掩埋结构生长于所述衬底的表面，并围绕在所述凸台结构的侧面；所述阻挡层设置于所述凸台结构的顶面，且所述阻挡层的中心部分经刻蚀形成一凹槽，所述凹槽通至所述凸台结构的顶面；所述电极接触层通过所述凹槽形成于所述凸台结构的顶面，并覆盖所述阻挡层和所述掩埋结构。

一种掩埋dfb激光器的制备方法，其具体包括以下步骤：

s1，提供一半导体结构，所述半导体结构由第一导电层、有源层、第二导电层依次层叠设置而成，在所述第二导电层远离所述有源层的表面形成一阻挡层；

s2，在所述阻挡层远离所述第二导电层的表面形成一掩膜层，在所述掩膜层的保护下，刻蚀所述半导体结构和所述阻挡层，刻蚀深度超过有源层，到达第一导电层，得到一凸台结构；

s3，在所述凸台结构的侧面依次外延生长第一掩埋层及第二掩埋层；

s4，刻蚀所述掩膜层和所述阻挡层的中心部分，得到一凹槽，所述凹槽通至所述凸台结构的顶面；

s5，去除剩余部分的掩膜层；以及

s6，在凸台结构的顶面外延生长第三导电层，所述第三导电层覆盖所述第二掩埋层，形成完整的外延结构。

与现有技术相比，本发明的优点为：本发明在第二导电层上面设计了导电类型相反的阻挡层，在不减少脊条宽度的情况下，通过控制阻挡层的开孔凹槽的宽度来提升载流子的密度。同时，由于外延生长第一、第二掩埋层时，凸台结构的顶面上方始终存在掩膜，避免了顶面的正上方外延生长掩埋层，从而使顶面上方外延生长得到的第三导电层的厚度较小，在提高载流子注入密度的同时，可以避免串联电阻的增大，有利于提高器件的性能。

附图说明

图1为现有技术中掩埋dfb激光器的制备工艺流程图。

图2为本发明第一实施例提供的掩埋dfb激光器的制备工艺流程图。

图3为本发明第一实施例提供的掩埋dfb激光器的截面结构示意图。

图4为本发明第二实施例提供的掩埋dfb激光器的制备工艺流程图。

图5为本发明第二实施例提供的掩埋dfb激光器的截面结构示意图。

以下将结合附图详细说明本发明提供的技术方案。

符号说明

具体实施方式

以下将结合具体实施方式详细说明本发明所提供的掩埋dfb激光器及其制备方法。

请参见图2，本发明第一实施例提供一种掩埋dfb激光器20的制备方法，其具体包括以下步骤：

s1，提供一半导体结构21，所述半导体结构由第一导电层21a、有源层21b、第二导电层21c依次层叠设置而成，在所述第二导电层21c远离所述有源层21b的表面形成一阻挡层22；

s2，在所述阻挡层22远离所述第二导电层21c的表面形成一掩膜层23，在所述掩膜层23的保护下，刻蚀所述半导体结构21和所述阻挡层22，刻蚀深度超过有源层21b，到达第一导电层21a，得到一凸台结构24；

s3，在所述凸台结构24的侧面依次外延生长第一掩埋层25及第二掩埋层26；

s4，刻蚀所述掩膜层23和所述阻挡层22的中心部分，得到一凹槽22a，所述凹槽22a通至所述凸台结构24的顶面t24；

s5，去除剩余部分的掩膜层23；

s6，在凸台结构24的顶面t24外延生长第三导电层27，所述第三导电层27覆盖所述第二掩埋层26，形成完整的外延结构。

以下将详细说明步骤s1～s6。

在步骤s1中，提供一半导体结构21，所述半导体结构21由第一导电层21a、有源层21b、第二导电层21c依次层叠设置而成，在所述第二导电层21c远离所述有源层21b的表面形成一阻挡层22。

所述第一导电层21a和所述第二导电层21c的导电类型相反，与所述阻挡层22的导电类型相同。本实施例中，所述第一导电层21a为n型半导体层，所述第二导电层21c为p型半导体层，所述阻挡层22为n型半导体层。所述阻挡层22可以通过外延的方法生长于所述第二导电层21c远离所述有源层21b的表面。

在步骤s2中，在所述阻挡层22远离所述第二导电层21c的表面形成一掩膜层23，在所述掩膜层23的保护下，刻蚀所述半导体结构21和所述阻挡层22，刻蚀深度超过有源层21b，到达第一导电层21a，得到一凸台结构24。

所述掩膜层23的材料不限，本实施例中，所述掩膜为sio2。所述掩膜层3的宽度小于所述阻挡层22的宽度，所述掩膜层23的宽度可以为1～10微米(μm)，优选为4～8μm，本实施例中，所述掩膜层23的宽度为6μm。

所述掩膜层23遮盖所述阻挡层22的部分表面，并暴露所述阻挡层22的剩余表面。通过干法或湿法刻蚀所述阻挡层22暴露的表面，并进一步刻蚀所述第二导电层21c、所述有源层21b及所述第一导电层21a，且刻蚀深度没有超过所述第一导电层21a。经刻蚀后，所述第一导电层21a的表面的部分区域被刻蚀，另一部分区域未被刻蚀，则未被刻蚀的区域相对于被刻蚀的区域形成条形凸起结构，该条状凸起结构与所述有源层21b、所述第二导电层21c共同形成所述凸台结构24；所述第二导电层21c形成所述凸台结构24的台顶区域，经刻蚀后的第二导电层21c与所述阻挡层22接触的表面为所述凸台结构24的顶面t24；所述部分第一导电层21a的侧面、所述有源层21b的侧面及所述第二导电层21c的侧面共同形成所述凸台结构24的侧面。所述凸台结构24的横截面的形状不限，可以为矩形、梯形等，本实施例中，所述凸台为一梯形凸台。

在步骤s3中，在所述凸台结构24的侧面依次外延生长第一掩埋层25及第二掩埋层26。

所述第一导电层21a经刻蚀后形成一表面，所述第一掩埋层25外延生长于所述第一导电层21a的表面及所述凸台结构24的侧面。所述第二掩埋层26外延生长于所述第一掩埋层25的表面。所述第一掩埋层25的导电类型与所述第一导电层21a的导电类型相反，所述第二掩埋层26的导电类型与所述第一导电层21a的导电类型相同。本实施例中，所述第一掩埋层25为p型半导体，所述第二掩埋层26为n型半导体。

在步骤s4中，刻蚀所述掩膜层23和所述阻挡层22的中心部分，得到一凹槽22a，所述凹槽22a通至所述凸台结构24的顶面t24。

刻蚀所述掩膜层23和阻挡层22的方法不限。具体的，其中一种方法可以包括：(s41)在所述掩膜层远离所述阻挡层的表面形成一图案化测掩膜，使所述掩膜层的中心部分暴露；(s42)采用干法或湿法刻蚀除去所述掩膜层和所述阻挡层的中心部分；(s43)最后去除所述图案化的掩膜。另外一种方法可以包括：(s4a)在所述掩膜层远离所述阻挡层的表面形成一光刻胶层，所述光刻胶层覆盖所述掩膜层的全部表面；(s4b)在所述光刻胶层远离所述掩膜层的表面形成一图案化的掩膜，使所述光刻胶层的中心部分暴露；(s4c)采用紫外光照射所述光刻胶层，并清洗除去光刻胶层中被照射的部分，使所述掩膜层的中心部分暴露；(s4d)采用干法或湿法刻蚀除去所述掩膜层和所述阻挡层的中心部分；(s4e)最后去除所述图案化的掩膜和光刻胶层。

经刻蚀后，得到一凹槽22a，并露出所述凸台结构24的部分顶面。所述凹槽22a的横截面的形状不限，可以为矩形或梯形等。所述凹槽22a的深度等于所述掩膜层23与所述阻挡层22的高度之和，即所述凹槽22a的底面与所述凸台结构24的顶面t24相重合。所述凹槽22a的宽度小于所述掩膜层23的宽度，所述凹槽22a的宽度可以根据具体的生产要求而设定，具体的，可以为3～8μm，本实施例中，所述凹槽的宽度为4μm。

在步骤s5中，去除剩余部分的掩膜层23。

本步骤中，可以采用干法如等离子体刻蚀的方法或湿法如腐蚀液腐蚀、溶剂溶解的方法除去剩余部分的掩膜层。所述刻蚀气体的种类、腐蚀液的种类和浓度等可根据所述掩膜层的材料而选择。本实施例中，采用一定比例稀释的boe(缓冲氧化物刻蚀液)溶液除去所述掩膜层，所述boe溶液由49％的氢氟酸水溶液与40％的氟化铵水溶液按照1:6的体积比相混合而成。

在步骤s6中，在凸台结构24的顶面t24外延生长第三导电层27，所述第三导电层27覆盖所述第二掩埋层26，形成完整的外延结构。

所述第三导电层27通过所述阻挡层22的凹槽外22a延生长于所述凸台结构24的顶面t24，及所述第二掩埋层26的表面。所述第三导电层27与所述第二导电层21c之间形成一个界面，电流被限制在所述第三导电层27与所述第二导电层21c之间的界面注入有源层21b，即界面的宽度决定了激光器中载流子的注入密度。该界面的宽度等于所述凹槽22a的宽度，也即所述凹槽22a的宽度决定了载流子的注入密度，因此可以通过调节所述阻挡层22中的凹槽22a的宽度来调节载流子的注入密度。所述第三导电层27的导电类型与所述第一导电层21a的导电类型相反，且与所述第二导电层21c的导电类型相同。本实施例中，所述第三导电层27为p型半导体。

请参见图3，本发明第一实施例还提供了由上述方法制备的掩埋dfb激光器20，该dfb激光器具体包括：

依次层叠的第一导电层21a、有源层21b和第二导电层21c，部分第一导电层21a与所述有源层21b、所述第二导电层21c形成一凸台结构24，所述第二导电层21c远离所述有源层21b的表面为所述凸台结构24的顶面t24；

一阻挡层22，所述阻挡层22设置于所述凸台结构24的顶面t24，所述阻挡层22的中心部分经刻蚀形成一凹槽22a，且所述凹槽22a通至所述凸台结构24的顶面t24；

一第一掩埋层25，所述第一掩埋层25形成于所述凸台结构24的侧面，并覆盖所述凸台结构24的侧面和所述第一导电层21a；

一第二掩埋层26，所述第二掩埋层26形成于所述第一掩埋层25的表面；

一第三导电层27，所述第三导电层27通过所述凹槽22a形成于所述凸台结构24的顶面t24，且形成于所述第二掩埋层26的表面。

请参见图4，本发明第二实施例提供了一种掩埋dfb激光器30的制备方法，其具体包括以下步骤：

s21，提供一衬底38，在所述衬底38的表面依次生长一第一导电层31a、一有源层31b及一第二导电层31c；

s22，在所述第二导电层31c远离所述有源层31b的表面形成一阻挡层32；

s23，在所述阻挡层32远离所述第二导电层31c的表面形成一掩膜层33，在所述掩膜层33的保护下，刻蚀所述第一导电层31a、所述有源层31b、所述第二导电层31c及所述阻挡层32，刻蚀深度到达所述衬底38的表面，经刻蚀后，所述第第一导电层31a、一有源层31b及一第二导电层31c共同形成一凸台结构34；

s3，在所述凸台结构34的侧面依次外延生长第一掩埋层35a及第二掩埋层35b；

s4，刻蚀所述掩膜层33和所述阻挡层32的中心部分，得到一凹槽32a，所述凹槽32a通至所述凸台结构34的顶面t34；

s5，去除剩余部分的掩膜层33；

s6，在凸台结构34的顶面外延生长一电极接触层36，所述电极接触层36覆盖所述第二掩埋层36，形成完整的外延结构。

本发明第二实施例提供的掩埋dfb激光器30的制备方法与本发明第一实施例提供的方法基本相同，其区别在于，本发明第二实施例提供一衬底，在所述衬底上依次生长得到所述第一导电层、有源层及第二导电层，且刻蚀深度到达所述衬底的表面，经刻蚀后，所述第一导电层、所述有源层及所述第二导电层共同形成所述凸台结构。

请参见图5，本发明第二实施例还提供了一种掩埋dfb激光器30，该掩埋dfb激光器30包括一衬底38、一凸台结构34、一掩埋结构35、一阻挡层32及一及一电极接触层36；所述凸台结构34设置于衬底表面38，所述凸台结构34远离所述衬底38的表面为所述凸台结构34的顶面t34；所述掩埋结构35生长于所述衬底38的表面，并围绕在所述凸台结构34的侧面；所述阻挡层32设置于所述凸台结构34的顶面t24，所述阻挡层32的中心部分经刻蚀形成一凹槽32a，所述凹槽32a通至所述凸台结构34的顶面t34；所述电极接触层35经由所述凹槽32a与所述凸台结构34的顶面t34直接接触，并覆盖所述阻挡层32和所述掩埋结构35。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。