专利名称：一种超短腔半导体激光器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体激光器，更具体说是一种超短腔半导体激光器及其制备方法。
背景技术：
单模半导体激光器具有模式好、阈值低、稳定性好、寿命长、调制速率高、集成度高、发散角小、耦合效率高等诸多优点，是光盘储存、激光打印、光纤通信、传感、测量等光电子新技术的关键器件。目前的单模激光器，是通过工艺做成平面条形结构，实现作用区的横向和侧向折射率引导，其弊端是制作工艺很难获得有较高重复性的工艺结果，成品率极低，从而导致产品的价格昂贵，分析其原因，是因为在正常的解理工艺下，由于受半导体晶片的厚度与宽度比例的限制，导致单模半导体激光器的腔长很长、普遍不能小于250μm，在这种情况下，半导体激光器必须通过工艺做成平面条形结构才能实现单模工作。因此，急需要研发一种新型的超短腔半导体激光器来替代腔长长的半导体激光器。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种腔长小于100μm的超短腔半导体激光器。
本发明的第二个目的是提供这种超短腔半导体激光器的制备方法。
为了实现第一个目的，所提供的超短腔半导体激光器，包括N型(100)磷化铟衬底，在N型(100)磷化铟衬底顶面上生长有N型层、在N型层上生长有量子阱结构层、在量子阱结构层上生长有P型限制层，在P型限制层上生长有P型欧姆接触层，在P型欧姆接触层上镀有P型电极金属膜，在N型(100)磷化铟衬底底面上镀有N型电极金属膜，其结构特点是N型层包含有依次生长的N型磷化铟下过渡层、N型选择性腐蚀牺牲层、N型磷化铟上过渡层和N型磷化铟限制层。
上述的N型磷化铟下过渡层的厚度为0.5μm-1.5μm，N型选择性腐蚀牺牲层的厚度为0.5μm-2.5μm，N型磷化铟上过渡层的厚度为0.5μm-1.5μm，N型磷化铟限制层的厚度为0.2μm-2.0μm。
上述的N型选择性腐蚀牺牲层选用铟铝镓砷或铟镓砷磷，也可以选用其它的半导体材料。
所提供的超短腔半导体激光器的其中一种制备方法，腔体的两端都使用微解理工艺，依次包括以下的步骤A、用MOCVD系统依次在N型(100)磷化铟衬底顶面上生长N型磷化铟下过渡层、N型选择性腐蚀牺牲层、N型磷化铟上过渡层、N型磷化铟限制层、量子阱结构层、P型限制层、P型欧姆接触层，在P型欧姆接触层上镀有P型电极金属膜；B、在P型电极金属膜表面上，用湿法腐蚀法制备两个微解理用的“V”形槽，该两个“V”形槽的深度为0.5μm-1.5μm，该两个“V”形槽的间距控制腔体的长度；C、在A步骤制备的晶片上，用干法腐蚀法腐蚀外延的左右两端部位，腐蚀停留在N型选择性腐蚀牺牲层到N型(100)磷化铟衬底的范围内；D、用湿法腐蚀法在N型选择性腐蚀牺牲层中产生横向的孔隙；
E、用工具在两个“V”形槽位置进行微解理；F、对N型(100)磷化铟衬底的底面减薄；G、在减薄的N型(100)磷化铟衬底底面上镀N型电极金属膜；H、对其中的一个微解理面进行高透射膜镀膜工艺、对另一个微解理面进行高反射膜镀膜工艺；I、完成划片工艺，得到单个器件。
所提供的超短腔半导体激光器的另一种制备方法，腔体的一端使用微解理工艺、另一端使用普通的解理方法，依次包括以下的步骤A、用MOCVD系统依次在N型(100)磷化铟衬底顶面上生长N型磷化铟下过渡层、N型选择性腐蚀牺牲层、N型磷化铟上过渡层、N型磷化铟限制层、量子阱结构层、P型限制层、P型欧姆接触层，在P型欧姆接触层上镀有P型电极金属膜；B、在P型电极金属膜表面靠近使用微解理工艺的一端部位，用湿法腐蚀法制备一个微解理用的“V”形槽，该“V”形槽的深度为0.5μm-1.5μm，该“V”形槽与另一端使用普通解理方法的解理面之间的间距控制腔体的长度；C、在A步骤制备的晶片上，用干法腐蚀法腐蚀外延的左右两端部位，腐蚀停留在N型选择性腐蚀牺牲层到N型(100)磷化铟衬底的范围内；D、用湿法腐蚀法在N型选择性腐蚀牺牲层中产生横向的孔隙；E、用工具在“V”形槽位置进行微解理，在另一端进行普通的解理；F、对N型(100)磷化铟衬底的底面减薄；G、在减薄的N型(100)磷化铟衬底底面上镀N型电极金属膜；H、对微解理面进行高反射膜镀膜工艺，对普通的解理面进行高透射膜镀膜工艺；工、完成划片工艺，得到单个器件。
用本发明所提供的工艺步骤来制备腔长小于100μm的超短腔半导体激光器，是采用了MOCVD系统生产一层选择性腐蚀牺牲层，其微解理的工艺方法是采用传统的芯片工艺、设备系统和微解理工具，工艺过程简易，重复性高，稳定性好，成品率高达80％以上。
本发明的实施例结合附图加以说明，其中图1是腔长小于100μm的超短腔半导体激光器各层的结构示意图；图2是第一种微解理工艺的侧视图；图3是第一种微解理工艺的俯视图；图4是第二种微解理工艺的侧视图；图5是第二种微解理工艺的俯视图。
图中1为N型(100)磷化铟衬底，2为N型层，其中的2-1是N型磷化铟下过渡层、2-2是N型选择性腐蚀牺牲层、2-3是N型磷化铟上过渡层、2-4是N型磷化铟限制层，3为量子阱结构层，4为P型限制层，5为P型欧姆接触层，6为P型电极金属膜，7为N型电极金属膜，8和9为V形槽。
具体实施例方式
例1参照图2和图3腔体的两端都使用微解理工艺，依次包括以下的步骤A、用MOCVD系统依次在N型(100)磷化铟衬底1顶面上生长N型磷化铟下过渡层2-1、N型选择性腐蚀牺牲层2-2、N型磷化铟上过渡层2-3、N型磷化铟限制层2-4、量子阱结构层3、P型限制层4、P型欧姆接触层5，在P型欧姆接触层5上镀有P型电极金属膜6，N型选择性腐蚀牺牲层2-2选用铟铝镓砷，量子阱结构层3选用铟镓砷磷，P型限制层4选用磷化铟，P型欧姆接触层5选用铟镓砷磷；B、在P型电极金属膜6表面上，用湿法腐蚀法制备两个微解理用的“V”形槽8，该两个“V”形槽8的深度为0.5μm-1.5μm，该两个“V”形槽8的间距控制腔体的长度；C、在A步骤制备的晶片上，用干法腐蚀法腐蚀外延的左右两端部位，腐蚀停留在N型选择性腐蚀牺牲层2-2到N型(100)磷化铟衬底1的范围内；D、用湿法腐蚀法在N型选择性腐蚀牺牲层2-2中产生横向的孔隙；E、用工具在两个“V”形槽8位置进行微解理；F、对N型(100)磷化铟衬底1的底面减薄；G、在减薄的N型(100)磷化铟衬底1底面上镀N型电极金属膜7；H、对其中的一个微解理面进行高透射膜镀膜工艺、对另一个微解理面进行高反射膜镀膜工艺；I、完成划片工艺，得到单个器件。
例2参照图4和图5腔体的一端使用微解理工艺、另一端使用普通的解理方法，依次包括以下的步骤A、用MOCVD系统依次在N型(100)磷化铟衬底1顶面上生长N型磷化铟下过渡层2-1、N型选择性腐蚀牺牲层2-2、N型磷化铟上过渡层2-3、N型磷化铟限制层2-4、量子阱结构层3、P型限制层4、P型欧姆接触层5，在P型欧姆接触层5上镀有P型电极金属膜6，N型选择性腐蚀牺牲层2-2选用铟镓砷磷，量子阱结构层3选用铟铝镓砷，P型限制层4选用磷化铟，P型欧姆接触层5选用铟铝砷；B、在P型电极金属膜6表面靠近使用微解理工艺的一端部位，用湿法腐蚀法制备一个微解理用的“V”形槽9，该“V”形槽9的深度为0.5μm-1.5μm，该“V”形槽9与另一端使用普通解理方法的解理面之间的间距控制腔体的长度；C、在A步骤制备的晶片上，用干法腐蚀法腐蚀外延的左右两端部位，腐蚀停留在N型选择性腐蚀牺牲层2-2到N型(100)磷化铟衬底1的范围内；D、用湿法腐蚀法在N型选择性腐蚀牺牲层2-2中产生横向的孔隙；E、用工具在“V”形槽9位置进行微解理，在另一端进行普通的解理；F、对N型(100)磷化铟衬底1的底面减薄；G、在减薄的N型(100)磷化铟衬底1底面上镀N型电极金属膜7；H、对微解理面进行高反射膜镀膜工艺，对普通的解理面进行高透射膜镀膜工艺；I、完成划片工艺，得到单个器件。
权利要求
1.一种超短腔半导体激光器，包括N型(100)磷化铟衬底(1)，在N型(100)磷化铟衬底(1)顶面上生长有N型层(2)、在N型层(2)上生长有量子阱结构层(3)、在量子阱结构层(3)上生长有P型限制层(4)，在P型限制层(4)上生长有P型欧姆接触层(5)，在P型欧姆接触层(5)上镀有P型电极金属膜(6)，在N型(100)磷化铟衬底(1)底面上镀有N型电极金属膜(7)，其特征是N型层(2)包含有依次生长的N型磷化铟下过渡层(2-1)、N型选择性腐蚀牺牲层(2-2)、N型磷化铟上过渡层(2-3)和N型磷化铟限制层(2-4)。
2.根据权利要求1所述的超短腔半导体激光器，其特征是N型磷化铟下过渡层(2-1)的厚度为0.5μm-1.5μm，N型选择性腐蚀牺牲层(2-2)的厚度为0.5μm-2.5μm，N型磷化铟上过渡层(2-3)的厚度为0.5μm-1.5μm，N型磷化铟限制层(2-4)的厚度为0.2μm-2.0μm。
3.根据权利要求1或2所述的超短腔半导体激光器，其特征是N型选择性腐蚀牺牲层(2-2)选用铟铝镓砷或铟镓砷磷。
4.根据权利要求1所述的超短腔半导体激光器的制备方法，其特征是腔体的两端都使用微解理工艺，依次包括以下的步骤A、用MOCVD系统依次在N型(100)磷化铟衬底(1)顶面上生长N型磷化铟下过渡层(2-1)、N型选择性腐蚀牺牲层(2-2)、N型磷化铟上过渡层(2-3)、N型磷化铟限制层(2-4)、量子阱结构层(3)、P型限制层(4)、P型欧姆接触层(5)，在P型欧姆接触层(5)上镀有P型电极金属膜(6)；B、在P型电极金属膜(6)表面上，用湿法腐蚀法制备两个微解理用的“V”形槽(8)，该两个“V”形槽(8)的深度为0.5μm-1.5μm，该两个“V”形槽(8)的间距控制腔体的长度；C、在A步骤制备的晶片上，用干法腐蚀法腐蚀外延的左右两端部位，腐蚀停留在N型选择性腐蚀牺牲层(2-2)到N型(100)磷化铟衬底(1)的范围内；D、用湿法腐蚀法在N型选择性腐蚀牺牲层(2-2)中产生横向的孔隙；E、用工具在两个“V”形槽(8)位置进行微解理；F、对N型(100)磷化铟衬底(1)的底面减薄；G、在减薄的N型(100)磷化铟衬底(1)底面上镀N型电极金属膜(7)；H、对其中的一个微解理面进行高透射膜镀膜工艺、对另一个微解理面进行高反射膜镀膜工艺；I、完成划片工艺，得到单个器件。
5.根据权利要求1所述的超短腔半导体激光器的制备方法，其特征是腔体的一端使用微解理工艺、另一端使用普通的解理方法，依次包括以下的步骤A、用MOCVD系统依次在N型(100)磷化铟衬底(1)顶面上生长N型磷化铟下过渡层(2-1)、N型选择性腐蚀牺牲层(2-2)、N型磷化铟上过渡层(2-3)、N型磷化铟限制层(2-4)、量子阱结构层(3)、P型限制层(4)、P型欧姆接触层(5)，在P型欧姆接触层(5)上镀有P型电极金属膜(6)；B、在P型电极金属膜(6)表面靠近使用微解理工艺的一端部位，用湿法腐蚀法制备一个微解理用的“V”形槽(9)，该“V”形槽(9)的深度为0.5μm-1.5μm，该“V”形槽(9)与另一端使用普通解理方法的解理面之间的间距控制腔体的长度；C、在A步骤制备的晶片上，用干法腐蚀法腐蚀外延的左右两端部位，腐蚀停留在N型选择性腐蚀牺牲层(2-2)到N型(100)磷化铟衬底(1)的范围内；D、用湿法腐蚀法在N型选择性腐蚀牺牲层(2-2)中产生横向的孔隙；E、用工具在“V”形槽(9)位置进行微解理，在另一端进行普通的解理；F、对N型(100)磷化铟衬底(1)的底面减薄；G、在减薄的N型(100)磷化铟衬底(1)底面上镀N型电极金属膜(7)；H、对微解理面进行高反射膜镀膜工艺，对普通的解理面进行高透射膜镀膜工艺；I、完成划片工艺，得到单个器件。
全文摘要
一种超短腔半导体激光器，包括用MOCVD系统依次在N型(100)磷化铟衬底顶面上生长N型磷化铟下过渡层、N型选择性腐蚀牺牲层、N型磷化铟上过渡层、N型磷化铟限制层、量子阱结构层、P型限制层、P型欧姆接触层，在P型欧姆接触层上镀有P型电极金属膜，采用微解理工艺制得，工艺过程简易，重复性高，稳定性好，成品率高达80％以上。
文档编号H01S5/34GK1862897SQ20061004419
公开日2006年11月15日 申请日期2006年5月18日 优先权日2006年5月18日
发明者蒋伟, 刘凯, 张彦伟, 孙夕庆 申请人:中微光电子(潍坊)有限公司