磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法
【专利摘要】一种磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法，包括如下步骤：在磷化铟基外延片P面接触层上进行光刻，将光刻版上条形脊波导的图形转移到光刻胶上；以光刻胶为掩膜，腐蚀掉部分磷化铟基外延片上没有被光刻胶保护的P面接触层部分，形成脊形波导；将带有光刻胶的磷化铟基外延片打胶去底膜，在其上溅射一层介质薄膜；剥离脊形波导上的光刻胶和介质薄膜，形成电注入窗口；在磷化铟基外延片正面溅射或蒸发金属，形成P面电极；将磷化铟基外延片的N型衬底减薄、抛光，在N型衬底上蒸发金属，形成N面电极，并合金，形成基片；将基片烧结在热沉上，并引线，完成制备。本发明的工艺简单，产品成品率高。
【专利说明】
磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体光电子技术领域，尤其是指一种磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法。
【背景技术】
[0002]磷化铟基半导体激光器因其兼容传统通讯所用激光器成熟的制备工艺，且易与其它器件实现集成等优势而具有广泛的应用前景。目前，商用的半导体激光器主要是磷化铟基半导体激光器。
[0003]激光器脊波导的宽度与其性能有很大关系。窄的脊波导对于实现激光器单横模激射、降低阈值电流等有很大意义。但是，受光刻条件以及光学极限的限制，随着脊波导的变窄，在脊波导上套刻电极注入窗口的工艺难度就大大增加。为了解决这一技术难题，从而提高效率，国内外一些研究小组尝试不同方法解决这一问题。根据各种衬底不同的性质，方案也不尽相同。例如，对于蓝宝石衬底，可以利用衬底透光率高的性质，采用背面光刻的技术手段实现电注入窗口；另外，也有对GaN外延片通过带胶等离子体增强化学气相沉积(PECVD)生长介质材料再超声剥离的方法等。但是，针对磷化铟基的外延片，其质地非常脆，很容易碎裂。所以，超声等剥离方式不能安全采用。又由于普通的光刻胶的不耐高温的特性，生长介质薄膜不能采用较高温度，而PECVD在低温下生长的介质薄膜质量又不够好，所以，生长介质薄膜的方式也需要慎重选择。所选择的生长介质薄膜的方式不仅要满足温度要求，还要在方向性上满足要求，即生长的薄膜要很好的包裹住脊的侧壁，这样才能防止漏电。种种困难要求我们探索适合磷化铟基半导体的窄脊波导开电注入窗口的具体工艺实现方法，这一课题的研究颇有意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法。在选择带胶生长介质薄膜方式的时候，要考虑到生长温度，不能高于光刻胶的最高承受温度，否则会引起光刻胶变性;也要考虑到生长方式的方向性，即介质薄膜对于脊波导侧壁的包裹，要有足够厚度，否则就会漏电。在选择剥离手段的时候，也要避免超声等方式，需要摸索适合磷化铟衬底的剥离手段，以防碎片。
[0005]本发明提供一种磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法，包括如下步骤:
[0006]步骤1:在磷化铟基外延片P面接触层上进行光刻，将光刻版上条形脊波导的图形转移到光刻胶上；
[0007]步骤2:以光刻胶为掩膜，腐蚀掉部分磷化铟基外延片上没有被光刻胶保护的P面接触层部分，形成脊形波导；
[0008]步骤3:将带有光刻胶的磷化铟基外延片打胶去底膜，在其上溅射一层介质薄膜；
[0009]步骤4:剥离脊形波导上的光刻胶和介质薄膜，形成电注入窗口；
[0010]步骤5:在磷化铟基外延片正面溅射或蒸发金属，形成P面电极；[0011 ]步骤6:将磷化铟基外延片的N型衬底减薄、抛光，在N型衬底上蒸发金属，形成N面电极，并合金，形成基片；
[0012]步骤7:将基片烧结在热沉上，并引线，完成制备。
[0013]从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果:
[0014]1、本发明提供的一种磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法，可以实现为磷化铟基半导体激光器任意宽度脊波导开电注入窗口。
[0015]2、本发明提供的一种磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法，与其他常用的开电注入窗口方法相比，工艺更加简单，更易实现。
[0016]3、本发明提供的一种磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法，是专门适合磷化铟基材料性质的，对外延片没有任何伤害。
【附图说明】
[0017]为使本发明的技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例及附图详细说明，其中:
[0018]图1为本发明方法的流程图；
[0019]图2为本发明的结构示意图；
[0020]图3为本发明中磷化铟基半导体激光器的电流-电压曲线(于中文)。
【具体实施方式】
[0021]请参阅图1、图2所示，本发明提供一种磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法，包括如下步骤:
[0022]步骤1:在磷化铟基外延片P面接触层2上采用标准的光刻工艺进行光刻，将光刻版上条形脊波导的图形转移到光刻胶上，所述光刻胶厚度为I微米-3微米，所述的外延片结构由下向上依次为N型磷化铟衬底、N面磷化铟限制层(N型掺杂)、N面波导层(未掺杂)、量子阱/量子点有源区、P面波导层(未掺杂)、P面磷化铟限制层(P型掺杂)、InGaAs欧姆接触层(P型重掺杂)；
[0023]步骤2:以光刻胶为掩膜，腐蚀掉部分磷化铟基外延片上没有被光刻胶保护的P面接触层2部分，形成脊形波导，所述腐蚀P面接触层2的腐蚀液为HNO3: HBr: H2O= 1: 1:10，腐蚀时间和深度由台阶仪确定，腐蚀深度为200纳米-2微米；
[0024]步骤3:将带有光刻胶的磷化铟基外延片打胶去底膜，在其上溅射一层介质薄膜5，所述打胶过程所使用的气体为氧气或者氮气，功率为100W-500W，时间为15s-lmin，所述介质薄膜5的材料为氧化娃或氮化娃，厚度为100nm-500nm;
[0025]步骤4:剥离脊形波导上的光刻胶和介质薄膜5，形成电注入窗口，所述剥离包括:在丙酮溶液中浸泡20小时以上;再用湿的丙酮棉球沿着脊波导方向擦拭；
[0026]步骤5:在磷化铟基外延片正面溅射或蒸发金属，形成P面电极6，所述P面电极6的材料为 Ti/Au、Au/Zn/Au 或 Cr/Au;
[0027]步骤6:将磷化铟基外延片的N型衬底I减薄、抛光，所述将N型衬底I减薄至90-200微米，在N型衬底I上蒸发金属，形成N面电极7，所述N面电极7的材料为Au/Ge/Ni或Cr/Au，并合金，所述合金条件为氮气保护，温度为200°C-45(TC，时间为30s-lmin，形成基片；
[0028]步骤7:将基片烧结在热沉上，并引线，完成制备。
[0029]图3所示的磷化铟基半导体激光器的电流-电压曲线可知，利用这种方法制作的半导体激光器1-V特性很好，不存在漏电。
[0030]以上所述的具体实施例中，对本发明要解决的技术问题和技术方案进行了较详细具体的说明，所应理解的是，以上所述的仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神、思想和原则范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法，包括如下步骤: 步骤1:在磷化铟基外延片P面接触层上进行光刻，将光刻版上条形脊波导的图形转移到光刻胶上； 步骤2:以光刻胶为掩膜，腐蚀掉部分磷化铟基外延片上没有被光刻胶保护的P面接触层部分，形成脊形波导； 步骤3:将带有光刻胶的磷化铟基外延片打胶去底膜，在其上溅射一层介质薄膜； 步骤4:剥离脊形波导上的光刻胶和介质薄膜，形成电注入窗口； 步骤5:在磷化铟基外延片正面溅射或蒸发金属，形成P面电极； 步骤6:将磷化铟基外延片的N型衬底减薄、抛光，在N型衬底上蒸发金属，形成N面电极，并合金，形成基片； 步骤7:将基片烧结在热沉上，并引线，完成制备。2.如权利要求1所述的磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法，其中光刻胶厚度为I微米-3微米。3.如权利要求1所述的磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法，其中腐蚀P面接触层的腐蚀液为HNO3.HBr.H20= I.I.10，腐蚀深度为200纳米_2微米。4.如权利要求1所述的磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法，其中打胶过程所使用的气体为氧气或者氮气，功率为100W-500W，时间为15s-lmin。5.如权利要求1所述的磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法，其中介质薄膜的材料为氧化娃或氮化娃，厚度为100nm-500nm。6.如权利要求1所述的磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法，其中剥离包括:在丙酮溶液中浸泡20小时以上;再用湿的丙酮棉球沿着脊波导方向擦拭。7.如权利要求1所述的磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法，其中P面电极的材料为 Ti/Au、Au/Zn/Au 或 Cr/Au。8.如权利要求1所述的磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法，其中将N型衬底减薄至90-200微米。9.如权利要求1所述的磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法，其中N面电极的材料为 Au/Ge/Ni 或 Cr/Au。10.如权利要求1所述的磷化铟基窄脊波导半导体激光器的制备方法，其中合金条件为氮气保护，温度为200°C-450°C，时间为30s-lmin。
【文档编号】H01S5/223GK105826814SQ201610333092
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】杨涛, 许峰, 罗帅, 高凤, 季海铭
【申请人】中国科学院半导体研究所