一种BH激光器及其制作方法与流程

一种bh激光器及其制作方法
技术领域
1.本发明属于激光器制造技术领域，具体涉及一种bh激光器及其制作方法。


背景技术：

2.目前，随着pon olt对1490nm大功率激光器的需求增加，市面上大多数采用algainas/inp材料rwg结构挑选大功率来满足需求。而rwg结构做为弱折射率波导机构，没有有效的光场限制及电流限制，在阈值电流、远场特性及可靠性方面没有bh结构有优势。特别是一些大功率需求上，rwg结构无法满足，而bh结构以大功率、近圆形光斑、耦合效率高得到广泛应用。
3.但市面上大多数1490nm bh结构功率8～10mw之间，远场角在30
°
左右，可以满足部分低功率需求，远达不到终端耦合5mw以上的需求。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术中存在的rwg结构没有有效的光场限制及电流限制，在阈值电流、远场特性及可靠性方面较bh结构优势较弱等问题，本发明提供一种bh激光器及其制作方法，通过采用ingaasp作为有源层，并增加sch波导结构，改变了现有外延结构的非对称波导结构，压缩了远场发散角，输出更加近似圆形的光斑，提高了输出功率和耦合功率。其具体技术方案为：
5.一种bh激光器，bh激光器包括：第一外延结构、第二外延结构、第三外延结构、p面电极层和n面电极层；第一外延结构包括：n-inp衬底以及在n-inp由下至上依次生长的n-inp缓冲层、ingaasp层；第二外延结构包括：由下至上依次生长在ingaasp层上方的inp缓冲层、inp层、n-algainas sch层、mqw ingaasp层、p-algainas sch层、p-inp帽层；第三外延结构包括：同时覆盖在n-inp衬底上和第二外延结构两侧的p-inp层；p-inp层上方生长有n-inp层、p-inp层和p-ingaas层；第三外延结构上设置有凹槽，凹槽向靠近n-inp衬底的方向凹陷；p-ingaas层上方生长有sio2钝化层，sio2钝化层上设置有窗口；sio2钝化层上方设有p面电极层；n-inp衬底的下方设有n面电极层。
6.另外，本发明提供的上述技术方案中的一种bh激光器还可以具有如下附加技术特征：
7.可选的，sio2钝化层的厚度为800～1000nm。
8.本技术的另一方面，提供了一种bh激光器的制作方法，bh激光器的制作方法包括：在n-inp衬底上生长n-inp缓冲层、ingaasp层，通过电子束光刻及腐蚀制作n型光栅，形成第一外延结构；继续生长inp缓冲层、inp层、n-algainas sch层、mqwingaasp层、p-algainas sch层、p-inp帽层，形成第二外延结构；通过pecvd生长一层sio2层后，涂一层光刻胶，进行光刻图形并进行光刻刻蚀，用icp进行刻蚀结合湿法进行腐蚀得到mesa台；去除sio2进行p-inp层、n-inp层、p-inp层掩埋生长，最后生长p-ingaas层，形成第三外延结构；通过第一次光刻在第三外延结构上制作图形窗口后，进行腐蚀；通过第二次光刻在mesa台两侧光刻图
形双沟，再腐蚀出双沟，用pecvd生长一层sio2作为钝化层；通过第三次光刻，在sio2上面涂覆一层光刻胶，在中间台上光刻出p窗口图形，再通过刻蚀除去p窗口上sio2；通过第四次光刻，掩蔽一层lor和光刻胶，光刻出p电极图形，再通过电子束蒸发，剥离后得到p电极层；通过第五次光刻制作出pad，再通过电镀增加电极厚度，减薄n面电极，在n面通过蒸发或溅射制作tiptau电极层。
9.另外，本发明提供的上述技术方案中的一种bh激光器的制作方法还可以具有如下附加技术特征：
10.可选的，通过pecvd生长一层sio2层后，涂一层光刻胶，进行光刻图形并进行光刻刻蚀，用icp进行刻蚀结合湿法进行腐蚀得到mesa台还包括：通过pecvd生长一层厚度为150～300nm的sio2层。
11.可选的，通过pecvd生长一层sio2层后，涂一层光刻胶，进行光刻图形并进行光刻刻蚀，用icp进行刻蚀结合湿法进行腐蚀得到mesa台还包括：用icp进行刻蚀结合湿法br2：hbr：h2o进行腐蚀得到mesa台。
12.可选的，通过第一次光刻在第三外延结构上制作图形窗口后，进行腐蚀还包括：涂覆光刻胶掩蔽，在250微米腔长两端光刻出长20～30微米、宽16～24微米的图形窗口。
13.可选的，通过第一次光刻在第三外延结构上制作图形窗口后，进行腐蚀还包括：采用配比为h2so4:h2o2:h2o＝1:1:7的腐蚀液腐蚀1～2分钟。
14.可选的，通过第二次光刻在mesa台两侧光刻图形双沟，再腐蚀出双沟，用pecvd生长一层sio2作为钝化层还包括：采用配比为br2：hbr：h2o＝1～5：10～40：100～200腐蚀液腐蚀10～15分钟，腐蚀出双沟。
15.可选的，通过第四次光刻，掩蔽一层lor和光刻胶，光刻出p电极图形，再通过电子束蒸发，剥离后得到p电极层还包括：通过电子束蒸发tiptau＝20nm/60nm/200nm，通过剥离得到p电极层。
16.可选的，通过第五次光刻制作出pad，再通过电镀增加电极厚度，减薄n面电极，在n面通过蒸发或溅射制作tiptau电极层还包括：通过电镀将电极厚度增加到1～2微米，n面减薄到100～120微米，在n面通过蒸发或溅射制作tiptau＝20nm/60nm/200nm电极层。
17.本发明的一种bh激光器及其制作方法，与现有技术相比，有益效果为：
18.本发明有较小的远场角和输出近圆形光斑，提高了输出功率及耦合功率。在外延结构上增加了algainas sch层代替现有的非对称波导结构，减小远场发散角；通过采用ingaasp作为有源层、sch波导结构，降低限制限制因子，减小远场光斑提高耦合功率。掩埋采用mesa结构，mesa通过反icp及湿法非选择腐蚀制作mesa，再通过pnp异质结掩埋工艺，实现电流和光场限制，限制了电流的横向扩散，输出光斑呈现近圆形，提高了芯片的光束质量，提了高光输出功率和器件耦合效率，降低封装成本。通过将芯片两端表面ingaas层腐蚀掉，减少光场限制，减小远场发散角，提高聚焦效果，从而达到提高光束质量和输出功率的技术效果。
附图说明
19.图1为本发明实施例的一种bh激光器的制作方法生长n-inp缓冲层、ingaasp层后的示意图；
20.图2为本发明实施例的一种bh激光器的制作方法制作n型光栅后的示意图；
21.图3为本发明实施例的一种bh激光器的制作方法生长第二外延结构后的示意图；
22.图4为本发明实施例的一种bh激光器的制作方法生长sio2层后的示意图；
23.图5为本发明实施例的一种bh激光器的制作方法涂光刻胶进行光刻刻蚀后的示意图；
24.图6为本发明实施例的一种bh激光器的制作方法腐蚀得到mesa台后的示意图；
25.图7为本发明实施例的一种bh激光器的制作方法掩埋生长后的示意图；
26.图8为本发明实施例的一种bh激光器的制作方法生长第三外延结构的示意图；
27.图9为本发明实施例的一种bh激光器的制作方法腐蚀出双沟后的示意图；
28.图10为本发明实施例的一种bh激光器的制作方法用pecvd生长一层sio2钝化层后的示意图；
29.图11为本发明实施例的一种bh激光器的制作方法除去p窗口上sio2钝化层后的示意图；
30.图12为本发明实施例的一种bh激光器的制作方法剥离得到p电极层后的示意图；
31.图13为本发明实施例的一种bh激光器的制作方法n面减薄后的示意图；
32.图14为本发明实施例的一种bh激光器的制作方法制作n面电极后的示意图；
33.图15为本发明实施例的一种bh激光器输出的近圆形的光斑；
34.其中，图1至图14中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：
35.1、n-inp衬底；2、n-inp缓冲层；3、ingaasp层；4、inp缓冲层；5、inp层；6、n-algainas sch层；7、mqw ingaasp层；8、p-algainas sch层；9、p-inp帽层；10、sio2层；11、第一光刻胶层；12、p-inp层；13、n-inp层；14、p-inp层；15、p-ingaas层；16、第二光刻胶层；17、sio2钝化层；18、p电极层。
具体实施方式
36.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
37.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
38.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实
施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
40.结合参见图1、图3、图8和图14所示，根据本技术的实施例，一种bh激光器，bh激光器包括：第一外延结构、第二外延结构、第三外延结构、p面电极层和n面电极层；第一外延结构包括：n-inp衬底以及在n-inp由下至上依次生长的n-inp缓冲层、ingaasp层；第二外延结构包括：由下至上依次生长在ingaasp层上方的inp缓冲层、inp层、n-algainas sch层、mqw ingaasp层、p-algainas sch层、p-inp帽层；第三外延结构包括：同时覆盖在n-inp衬底上和第二外延结构两侧的p-inp层；p-inp层上方生长有n-inp层、p-inp层和p-ingaas层；第三外延结构上设置有凹槽，凹槽向靠近n-inp衬底的方向凹陷；p-ingaas层上方生长有sio2钝化层，sio2钝化层上设置有窗口；sio2钝化层上方设有p面电极层；n-inp衬底的下方设有n面电极层。在外延结构上通过采用ingaasp作为有源层，sch波导结构，降低限制因子，减小远场光斑提高耦合功率。通过在第二外延结构上增加algainas sch限制层，改变了现有外延结构的非对称波导结构，压缩了远场发散角，输出更加近似圆形的光斑，提高了输出功率和耦合功率。
41.sio2钝化层的厚度为1000nm。通过使sio2钝化层的厚度为1000nm，能够降低寄生电容提高带宽。
42.结合参见图1至图14所示，本实施例的另一方面，提供了一种bh激光器的制作方法，bh激光器的制作方法包括：在n-inp衬底上生长n-inp缓冲层、ingaasp层，通过电子束光刻及腐蚀制作n型光栅，形成第一外延结构；继续生长inp缓冲层、inp层、n-algainas sch层、mqwingaasp层、p-algainas sch层、p-inp帽层，形成第二外延结构；通过pecvd生长一层sio2层后，涂一层光刻胶，进行光刻图形并进行光刻刻蚀，用icp进行刻蚀结合湿法进行腐蚀得到mesa台；去除sio2进行p-inp层、n-inp层、p-inp层掩埋生长，最后生长p-ingaas层，形成第三外延结构；通过第一次光刻在第三外延结构上制作图形窗口后，进行腐蚀；通过第二次光刻在mesa台两侧光刻图形双沟，再腐蚀出双沟，用pecvd生长一层sio2作为钝化层；通过第三次光刻，在sio2上面涂覆一层光刻胶，在中间台上光刻出p窗口图形，再通过刻蚀除去p窗口上sio2；通过第四次光刻，掩蔽一层lor和光刻胶，光刻出p电极图形，再通过电子束蒸发，剥离后得到p电极层；通过第五次光刻制作出pad，再通过电镀增加电极厚度，减薄n面电极，在n面通过蒸发或溅射制作tiptau电极层。掩埋采用mesa结构，mesa通过反icp及湿法非选择腐蚀制作mesa，再通过pnp异质结掩埋工艺，实现电流和光场限制，限制了电流的横向扩散，更好的光场限制提高了芯片的光束质量，输出光斑呈现近圆形，提高光输出功率及器件耦合效率，降低封装成本。通过将芯片两端表面ingaas层腐蚀掉，减少光场限制减小远场发散角。
43.进一步的，mesa台的的端面为曲面，能够使输出光斑更接近圆形，能够进一步提高了激光器的输出功率及耦合功率。
44.进一步的，通过mocvd在n-inp衬底上生长n-inp缓冲层、ingaasp层得到第一外延结构。
45.通过pecvd生长一层厚度为200nm的sio2层后，涂一层光刻胶，进行光刻图形并进行光刻刻蚀，用icp进行刻蚀结合湿法进行腐蚀得到mesa台。通过pecvd生长一层厚度为200nm的sio2层，降低外延结构应力，保证sio2层的强度，以再腐蚀后形成mesa台结构，使输出光斑呈现近圆形，形成更好的光场限制提高了芯片的光束质量，提高了激光器的输出功
率及耦合功率。
46.通过pecvd生长一层sio2层后，涂一层光刻胶，进行光刻图形并进行光刻刻蚀，用icp进行刻蚀结合湿法br2：hbr：h2o进行腐蚀得到mesa台。
47.通过第一次光刻在第三外延结构上涂覆光刻胶掩蔽，在250微米腔长两端光刻出长30微米、宽20微米的图形窗口。
48.通过第一次光刻在第三外延结构上制作图形窗口后，采用配比为h2so4:h2o2:h2o＝1:1:7的腐蚀液腐蚀2分钟。
49.通过第二次光刻在mesa台两侧光刻图形双沟，采用配比为br2：hbr：h2o＝1～5：10～40：100～200腐蚀液腐蚀10～15分钟，腐蚀出双沟，用pecvd生长一层sio2作为钝化层。
50.通过第四次光刻，掩蔽一层lor和光刻胶，光刻出p电极图形，再通过电子束蒸发tiptau＝20nm/60nm/200nm，剥离后得到p电极层。
51.通过第五次光刻制作出pad，再通过电镀增加电极厚度至2微米，n面减薄到120微米，在n面通过蒸发或溅射制作tiptau＝20nm/60nm/200nm电极层。
52.作为一种实施例，在n-inp衬底上生长n-inp缓冲层、ingaasp层，通过电子束光刻及腐蚀制作n型光栅，形成第一外延结构；继续生长inp缓冲层、inp层、n-algainas sch层、mqwingaasp层、p-algainas sch层、p-inp帽层，形成第二外延结构；通过pecvd生长一层200nm厚的sio2层后，涂一层光刻胶，进行光刻图形并进行光刻刻蚀，用icp进行刻蚀结合湿法br2：hbr：h2o进行腐蚀得到mesa台；去除sio2进行p-inp层、n-inp层、p-inp层掩埋生长，最后生长p-ingaas层，形成第三外延结构；通过第一次光刻在第三外延结构上制作通过第一次光刻在第三外延结构上涂覆光刻胶掩蔽，在250微米腔长两端光刻出长30微米、宽20微米的图形窗口后，采用配比为h2so4:h2o2:h2o＝1:1:7的腐蚀液腐蚀2分钟；通过第二次光刻在mesa台两侧光刻图形双沟，采用配比为br2：hbr：h2o＝1：10：100腐蚀液腐蚀10分钟，腐蚀出双沟，用pecvd生长一层1000nm厚的sio2作为钝化层；通过第三次光刻，在sio2上面涂覆一层光刻胶，在中间台上光刻出p窗口图形，再通过刻蚀除去p窗口上sio2；通过第四次光刻，掩蔽一层lor和光刻胶，光刻出p电极图形，再通过电子束蒸发tiptau＝20nm/60nm/200nm，剥离后得到p电极层；通过第五次光刻制作出pad，再通过电镀增加电极厚度至2微米，n面减薄到120微米，在n面通过蒸发或溅射制作tiptau＝20nm/60nm/200nm电极层，制成激光器后进行测试。得到如下数据：
53.[0054][0055]
从上表中数据可以看出，阈值电流因bh结构电流限制，由rwg结构的10～15ma降低至8ma以内。输出光功率由5～7mw提升到10mw以上，斜效率由0.3mw/ma提升至0.5mw/ma以上。sch波导结构降低了限制因子，使垂直光束发散角减小，加上bh结构光场的限制得到提高，输出光斑近圆形耦合效率高。带宽达到10ghz，通过合理的外形尺寸及薄膜选择使带宽得到有效提高。
[0056]
如图15所示，可以看出检测到bh激光器输出呈现近圆形的光斑，提高了聚焦效果，光束质量得到提高。
[0057]
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
[0058]
以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本技术的保护范围。