半导体激光器非吸收窗口及其制备方法和半导体激光器与流程

本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种半导体激光器非吸收窗口及其制备方法和半导体激光器。

背景技术：

半导体激光器灾变性光学腔面损伤(cod，catastrophicopticaldamage)是限制半导体激光器功率输出及影响器件寿命的主要因素，cod是因为腔面上的杂质或位错等缺陷会吸收激光，造成局部的能量过高，温度的升高会导致半导体材料的带隙收缩，光子吸收更强烈，当温度继续升高后会形成恶性循环，最终导致cod的产生。非吸收窗口结构是利用比衬底材料能带间隙更宽的材料在腔面形成一个窗口区，这样在激光器工作时由于宽带隙效应大大降低了腔面的光吸收从而减少热量产生，以达到消除cod发生的可能。

杂质诱导无序化扩散是制备非吸收窗口区的一种常用方法，其主要技术特征是通过先沉积扩散源、随后高温扩散的方式，使杂质原子向半导体激光器内部扩散，实现量子阱区域材料的混杂，从而制备出非吸收窗口。通过杂质诱导无序化扩散制备非吸收窗口时由于扩散源离器件的量子阱发光区较远，扩散距离长(约3um以上)，扩散过程又与晶体材料内的缺陷密度、界面质量及扩散参数紧密相关，所需扩散温度高(一般大于800℃)，扩散时间一般也长于10小时，因此其重复性和稳定性都很难控制；长时间的高温处理还会影响器件主体结构，造成波长漂移及性能恶化。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种半导体激光器非吸收窗口及其制备方法和半导体激光器，以解决通过杂质诱导无序化扩散制备非吸收窗口时，长时间的高温处理影响器件主体结构，造成波长漂移及性能恶化的问题。

本发明提出的技术方案如下：

本发明实施例第一方面提供一种半导体激光器非吸收窗口的制备方法，该制备方法包括：在半导体激光器外延片原位刻蚀得到的待扩散区域生长扩散源；将所述扩散源扩散至所述待扩散区域，得到扩散区；在扩散区表面上生长宽禁带层，所述宽禁带层和所述扩散区形成非吸收窗口。

进一步地，在所述在半导体激光器外延片的待扩散区域生长扩散源之前包括：在所述半导体激光器外延片的上表面沉积掩膜层；采用光刻和刻蚀工艺，在所述外延片上表面形成图形化掩膜层；将所述外延片未覆盖图形化掩膜层的部分进行原位刻蚀，得到所述待扩散区。

进一步地，在所述半导体激光器外延片的上表面沉积掩膜层之前包括：选定衬底；在所述衬底上依次生长缓冲层、下限制层、下波导层、量子阱和势垒层、上波导层、上限制层及欧姆接触层，形成所述外延片。

进一步地，将所述外延片未覆盖图形化掩膜层的部分进行原位刻蚀包括：将所述外延片未覆盖图形化掩膜层的部分在形成图形化掩膜层的设备中刻蚀至与所述量子阱和势垒层间隔预设距离；所述预设距离为0－0.3μm。

进一步地，步骤将所述外延片未覆盖图形化掩膜层的部分进行原位刻蚀和步骤在半导体激光器外延片的待扩散区域生长扩散源在同一设备中进行。

进一步地，所述将所述扩散源扩散至所述待扩散区域，得到扩散区包括：将生长有扩散源的半导体激光器外延片在600℃－800℃的氛围中进行退火，其中，退火时间小于1小时。

进一步地，在所述将所述扩散源扩散至所述待扩散区域和所述在扩散区表面上生长宽禁带层之间包括：去除扩散区表面未扩散的扩散源。

进一步地，在所述扩散区表面上生长宽禁带层，包括：在扩散区表面上生长p型掺杂或n型掺杂的宽禁带材料，所述宽禁带材料和所述掩膜层、所述上限制层及欧姆接触层形成电流阻挡层。

本发明实施例第二方面提供一种半导体激光器非吸收窗口，所述非吸收窗口采用本发明实施例第一方面任一项所述的半导体激光器非吸收窗口的制作方法制备。

本发明实施例第三方面提供一种半导体激光器，该激光器包括如本发明实施例第二方面所述的半导体激光器非吸收窗口。

本发明提出的技术方案，具有如下效果：

本发明实施例提供的半导体激光器非吸收窗口及其制备方法和半导体激光器，采用了量子阱混杂技术和二次外延生长相结合的方式，首先采用量子阱混杂技术中的杂质诱导无序化扩散的方式，使得杂质离子扩散到半导体激光器外延片中，接着通过在扩散区上生长宽禁带材料，形成宽禁带层，宽禁带层和非吸收窗口共同构成了非吸收窗口区。而现有技术中通过杂质诱导无序化扩散形成所需厚度的非吸收窗口时，需要在800摄氏度以上的高温下、扩散10个小时以上，扩散温度高、扩散时间长，重复性和稳定性都很难控制。本发明采用两种方式相结合，在同一设备中进行扩散并生长宽禁带材料，减小了扩散时的扩散深度和扩散时间，在800摄氏度以上的高温下，扩散时间可以小于1小时，解决了长时间高温处理造成波长漂移及性能恶化的问题，提高器件的可靠性，降低生产成本。

此外，现有技术中通过二次外延生长形成非吸收窗口区时，需要刻蚀器件的量子阱发光区，再生长宽禁带材料，此过程会产生杂质和材料缺陷，影响量阱的发光效率。本发明采用先扩散再生长的方式，无需刻蚀量子阱发光区，减小了杂质和材料缺陷的影响，提高了量子阱的发光效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的半导体激光器非吸收窗口的制作方法的流程图；

图2是根据本发明另一实施例的半导体激光器非吸收窗口的制作方法的流程图；

图3是根据本发明另一实施例的半导体激光器非吸收窗口的制作方法的流程图；

图4a至图4g是根据本发明实施例的半导体激光器非吸收窗口的制作方法所得到的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种半导体激光器非吸收窗口的制备方法，如图1所示，该制备方法包括如下步骤：

s101：在半导体激光器外延片原位刻蚀得到的待扩散区域生长扩散源。具体地，半导体激光器外延片的结构可以是包括从上至下依次设置的衬底、缓冲层、下限制层、下波导层、量子阱和量子阱垒区、上波导层、上限制层及欧姆接触层；在带扩散区域生长的扩散源可以是含硅的扩散源，也可以是含锌的扩散源，本申请对此不做限定。在生长扩散源时，可以采用等离子体增强化学气相沉积法(plasmaenhancedchemicalvapordeposition，pecvd)或有机金属化学气相沉积法(mocvd，metal－organicchemicalvapordeposition)，本申请对此不做限定。

s102：将扩散源扩散至待扩散区域，得到扩散区。具体地，将生长有扩散源的半导体激光器外延片在600℃－800℃的氛围中进行退火，其中，退火时间小于1小时。在退火的过程中，扩散源逐渐扩散至待扩散区域中，得到扩散区。其中，当扩散源为含硅扩散源时，形成的扩散区还可以起到电学隔离和光学限制的作用。

s103：在扩散区表面上生长宽禁带层，宽禁带层和扩散区形成非吸收窗口。具体地，宽禁带层可以是包括不同掺杂类型的ingap，algaas等材料，本申请对此不做限定。

通过上述步骤s101至步骤s103，本发明实施例提供的半导体激光器非吸收窗口的制作方法，采用了量子阱混杂技术和二次外延生长相结合的方式，首先采用量子阱混杂技术中的杂质诱导无序化扩散的方式，使得杂质离子扩散到半导体激光器外延片中，接着通过在扩散区上生长宽禁带材料，形成宽禁带层，宽禁带层和非吸收窗口共同构成了非吸收窗口区。而现有技术中通过杂质诱导无序化扩散形成所需厚度的非吸收窗口时，需要在800摄氏度以上的高温下、扩散10个小时以上，扩散温度高、扩散时间长，重复性和稳定性都很难控制。本发明采用两种方式相结合，在同一设备中进行扩散并生长宽禁带材料，减小了扩散时的扩散深度和扩散时间，在800摄氏度以上的高温下，扩散时间可以小于1小时，解决了长时间高温处理造成波长漂移及性能恶化的问题，提高器件的可靠性，降低生产成本。

此外，现有技术中通过二次外延生长形成非吸收窗口区时，需要刻蚀器件的量子阱发光区，再生长宽禁带材料，此过程会产生杂质和材料缺陷，影响量子阱的发光效率。本发明采用先扩散再生长的方式，无需刻蚀量子阱发光区，减小了杂质和材料缺陷的影响，提高了量子阱的发光效率。

作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图2所示，在半导体激光器外延片的待扩散区域生长扩散源之前包括如下步骤：

s111：在半导体激光器外延片的上表面沉积掩膜层。具体地，在半导体激光器外延片的欧姆接触层上表面形成掩膜层，掩膜层可以是氮化硅薄膜或氧化硅薄膜，掩膜层的厚度可以控制在50－200nm之间，掩膜层的生长温度控制在200－500摄氏度之间，本发明对此不做限定。

s112：采用光刻和刻蚀工艺，在外延片上表面形成图形化掩膜层。具体地，该图形化掩膜层的形状可以是条形，也可以是其他形状，本申请对此不做限定。

s113：将外延片未覆盖图形化掩膜层的部分进行原位刻蚀，得到待扩散区。具体地，外延片原位刻蚀的深度可以控制在与量子阱和势垒层间隔0－0.3μm的距离。此外，沉积掩膜层、图形化掩膜层以及原位刻蚀过程可以在同一设备中进行。其中，原位刻蚀是指图形化掩膜层后直接在同一设备中对外延片进行刻蚀。

本发明实施例中，对外延片进行原位刻蚀后再沉积扩散源与直接在外延片上沉积扩散源相比，刻蚀后沉积的扩散源距离量子阱较近，扩散源薄膜厚度要求变低。可以大幅减少杂质元素的扩散距离。同时原位刻蚀与非原位刻蚀方法相比，不需要刻蚀量子阱，减少了中间环节，从而避免了量子阱因为杂质及材料缺陷所带来的性能恶化。

作为本发明实施例的一种可选的实施方式，s113将所述外延片未覆盖图形化掩膜层的部分进行原位刻蚀和s101在半导体激光器外延片的待扩散区域生长扩散源在同一设备中进行。因此，在形成非吸收窗口的过程中，不需要外延片反复地切换工艺设备，频繁地暴露在外界环境中，减小了外界杂质对器件的影响。

作为本发明实施例的一种可选的实施方式，s102将扩散源扩散至待扩散区域和s103在扩散区表面上生长宽禁带层之间还包括如下步骤：

s120：去除扩散区表面未扩散的扩散源。具体地，在去除时，可以采用一些酸溶液使用清洗的工艺去除。

作为本发明实施例的一种可选的实施方式，在扩散区表面上生长宽禁带层，其中宽禁带层可以包括p型掺杂或n型掺杂的宽禁带材料，该宽禁带材料可以是ingap或algaas等材料，本申请对此不做限定。生长宽禁带层后，宽禁带层和掩膜层、上限制层及欧姆接触层形成电流阻挡层。

本发明实施例中，非吸收窗口的宽禁带层可以灵活选择材料组分、掺杂类型及浓度、禁带宽度等，宽禁带层和掩膜层、上限制层及欧姆接触层共同形成电流阻挡层，而且由于使用掺杂技术实现了电流阻挡，不再需要离子注入之类的后续工艺，使整个工艺更简化，减少了中间过程可能带来的附加杂质污染，提高了工艺的重复性。

作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图3所示，半导体激光器非吸收窗口的制备方法可以采用以下步骤进行：

s201：在半导体激光器外延片10的上表面沉积掩膜层20；经过s201后的结构如图4a所示。

s202：采用光刻和刻蚀工艺，在外延片10上表面形成图形化掩膜层21；经过s202后的结构如图4b所示。

s203：将外延片10未覆盖图形化掩膜层的部分进行原位刻蚀，生成条形外延片上表面11，得到待扩散区；经过s203后的结构如图4c所示。

s204：在半导体激光器外延片10的待扩散区域生长扩散源30；经过s204后的结构如图4d所示。

s205：将扩散源30扩散至待扩散区域，得到扩散区40；经过s205后的结构如图4e所示。

s206：去除扩散区表面未扩散的扩散源；经过s206后的结构如图4f所示。

s207：在扩散区表面上生长宽禁带层50，宽禁带层50和扩散区40形成非吸收窗口。经过s207后的结构如图4g所示。

本发明实施例中，上述步骤s201至步骤s207以及形成半导体激光器外延片的过程均可以在同一设备中进行，不需要外延片反复地切换工艺设备，频繁地暴露在外界环境中，减小了外界杂质对器件的影响，其中，上述步骤中的不同工艺可以在同一设备的不同反应室中进行。

本发明实施例还提供一种半导体激光器非吸收窗口，该非吸收窗口采用上述实施例提供的半导体激光器非吸收窗口的制作方法制备。

本发明实施例提供的半导体激光器非吸收窗口，采用了量子阱混杂技术和二次外延生长相结合的方式，首先采用量子阱混杂技术中的杂质诱导无序化扩散的方式，使得杂质离子扩散到半导体激光器外延片中，接着通过在扩散区上生长宽禁带材料，形成宽禁带层，宽禁带层和非吸收窗口共同构成了非吸收窗口区。而现有技术中通过杂质诱导无序化扩散形成所需厚度的非吸收窗口时，需要在800摄氏度以上的高温下、扩散10个小时以上，重复性和稳定性都很难控制。本发明采用两种方式相结合，在同一设备中进行扩散并生长宽禁带材料，减小了扩散时的扩散深度和扩散时间，在800摄氏度以上的高温下，扩散时间可以小于1小时，解决了长时间高温处理造成波长漂移及性能恶化的问题，提高器件的可靠性，降低生产成本。

此外，现有技术中通过二次外延生长形成非吸收窗口区时，需要刻蚀器件的量子阱发光区，再生长宽禁带材料，此过程会产生杂质和材料缺陷，影响量子阱的发光效率。本发明采用先扩散再生长的方式，无需刻蚀量子阱发光区，减小了杂质和材料缺陷的影响，提高了量子阱的发光效率。

本发明实施例还提供一种半导体激光器，该半导体激光器包括上述实施例提供的半导体激光器非吸收窗口。

本发明实施例提供的半导体激光器，包括非吸收窗口区，可以消除半导体激光器灾变性光学腔面损伤，而非吸收窗口的制备采用了量子阱混杂技术和二次外延生长相结合的方式，首先采用量子阱混杂技术中的杂质诱导无序化扩散的方式，使得杂质离子扩散到半导体激光器外延片中，接着通过在扩散区上生长宽禁带材料，形成宽禁带层，宽禁带层和非吸收窗口共同构成了非吸收窗口区。而现有技术中通过杂质诱导无序化扩散形成所需厚度的非吸收窗口时，需要在800摄氏度以上的高温下、扩散10个小时以上，重复性和稳定性都很难控制。本发明采用两种方式结合，在同一设备中进行扩散并生长宽禁带材料，减小了扩散时的扩散深度和扩散时间，在800摄氏度以上的高温下，扩散时间可以小于1小时，解决了长时间高温处理造成波长漂移及性能恶化的问题，提高器件的可靠性，降低生产成本。

此外，现有技术中通过二次外延生长形成非吸收窗口区时，需要刻蚀器件的量子阱发光区，再生长宽禁带材料，此过程会产生杂质和材料缺陷，影响量子阱的发光效率。本发明采用先扩散再生长的方式，无需刻蚀量子阱发光区，减小了杂质和材料缺陷的影响，提高了量子阱的发光效率。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。