CN1534839A - 半导体激光器腔面钝化的方法 - Google Patents
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Abstract
一种半导体激光器腔面钝化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：在N型衬底上依次外延生长半导体激光器结构；外延片欧姆接触层面涂正型光刻胶；应用光刻版沿垂直于激光器谐振腔的方向进行标准光刻；腐蚀；氦离子注入；去掉光刻胶；进行常规的半导体激光器制造，直至完成P面电极和N面电极工艺；沿50um宽的氦离子注入区域中间将外延片解理成条，腔长为900um；前后腔面分别镀低反射率膜和高反射率膜；将条解理成管芯；管芯烧结到热沉，压焊电极引线，封装，完成半导体激光器制作的整个工艺过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体激光器腔面钝化的方法，适用于半导体脊型波导激光器，宽条半导体激光器，列阵半导体激光器。
背景技术
半导体激光器做为一种光电子器件在许多领域得到了广泛的应用。半导体激光器获得应用的前提是具有高的可靠性。影响半导体激光器可靠性的因素很多，其中主要原因是腔面退化和腔面光学灾变损伤(COD，Catastrophic Optical Damage)。提高半导体激光器可靠性的途径有以下几种：
1)真空解理镀膜技术。在高真空环境下完成外延片的解理和镀膜过程，防止了氧和碳等杂质对腔面的粘污，因此提高了半导体激光器的可靠性。但该技术复杂，设备昂贵。
2)特殊材料进行端面钝化(见Electron.Lett.，1996，32：352-353和J.Vac.Sci.Technol.，1994，A12(4)，1063-1067)。应用(NH4)2Sx进行端面钝化后，减少了表面态密度，从而降低了表面非辐射复合速率，提高了COD阈值。但硫钝化激光器的长期可靠性有待于进一步研究。
3)端面处形成非吸收窗技术(见IEEE Photonics Technology Letters，1998，vol.10，No.9，1226-1228)。应用多次外延技术在端面附近再生长一层高带隙材料，形成输出光的透明窗口，减少光的吸收。该技术的缺点是：需要多次外延生长，技术复杂。
发明内容
本发明的目的是提出一种半导体激光器腔面钝化的处理方法，采用这种方法可以防止电流进入到腔面区域，从而降低了腔面非辐射复合速率，提高了COD阈值，可以提高半导体激光器的长期可靠性。该方法可应用于半导体脊型波导激光器，半导体宽条激光器，半导体列阵激光器。
本发明一种半导体激光器腔面钝化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在N型衬底上依次外延生长半导体激光器结构：包括下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、上限制层、欧姆接触层；
(2)外延片欧姆接触层面涂正型光刻胶；
(3)应用光刻版沿垂直于激光器谐振腔的方向进行标准光刻；
(4)腐蚀；
(5)氦离子注入；
(6)去掉光刻胶；
(7)进行常规的半导体激光器制造，直至完成P面电极和N面电极工艺；
(8)沿50um宽的氦离子注入区域中间将外延片解理成条，腔长为900um；
(9)前后腔面分别镀低反射率膜和高反射率膜；
(10)将条解理成管芯；
(11)管芯烧结到热沉，压焊电极引线，封装，完成半导体激光器制作的整个工艺过程。
其中步骤(2)涂正型光刻胶，厚度为5um。
其中步骤(3)的光刻版为50um/900um的光刻版，沿垂直于激光器谐振腔的方向光刻出50um的离子注入区域。
其中步骤(4)的腐蚀液为硫酸∶双氧水∶水＝4∶1∶1腐蚀液，温度：0℃，时间：20s。
其中步骤(5)氦离子注入，其能量小于30kev，剂量等于4E13cm-2。
应用氦离子注入到腔面附近约25um的区域，经过氦离子注入后，该区域获得高电阻率，从而阻挡电流由此注入到腔面；因此减少了腔面非辐射复合的发生，提高了腔面灾变性损伤阈值，有利于提高半导体激光器的长期可靠性。
该方法的特点在于：应用氦离子注入到腔面附近区域，经过氦离子注入后该区域获得高的电阻率，阻挡电流由此注入到腔面，因此形成腔面的电流非注入区。该方法简单实用，适合于半导体脊型波导激光器，宽条半导体激光器，列阵半导体激光器。
附图说明
图1为50um/900um光刻版示意图；
图2为脊型波导激光器的剖面示意图。
具体实施方式
请参阅图1，图1为50um/90um光刻版示意图；应用正型光刻胶时，50um亮条形10为曝光区域，形成离子注入的窗口；暗条形11为光刻胶保留区域，做为非离子注入区域的保护膜层；光刻版的周期为900um，沿离子注入区域中间解理管芯，管芯腔长为900um。
结合图1、图2，以脊型波导半导体激光器为例，应用氦离子注入形成腔面电流非注入区技术包括以下步骤：
(1)外延生长：在N型衬底21上依次外延生长半导体激光器结构：包括下限制层22、下波导层23、量子阱层24、上波导层25、上限制层26、欧姆接触层27。
(2)涂胶：在外延片的欧姆接触层27面涂上正型光刻胶，控制匀胶和甩胶的转速和时间，使光刻胶厚度达到5um，5um厚的光刻胶可以为非离子注入区域提供良好的保护。
(3)光刻：应用图1所示的50um/900um的光刻版沿垂直于激光器谐振腔的方向进行标准光刻。(经过曝光显影后，在一个周期内，形成50um宽的离子注入区域，其他的850um宽区域为非离子注入区域，将来管芯的腔长为900um)。
(4)腐蚀：应用硫酸∶双氧水∶水＝4∶1∶1腐蚀液，温度：0℃，时间：20s；
作用：对欧姆接触层27进行轻微腐蚀，做为将来解理时的对准标记。
(5)氦离子注入：能量等于30kev，剂量等于4E13cm-2，防止沟道效应。作用：通过离子注入形成高电阻区域，该区域限制电流由此注入到腔面，抑制腔面的退化，提高了激光器的可靠性。
(6)去掉光刻胶，准备进入常规的半导体激光器制作工艺。
(7)进行常规的脊型波导半导体激光器制造，直至完成P面电极28和N面电极20工艺。附注：进入步骤(7)以后，沉积SiO2(二氧化硅)或者SiNxOy(氮氧化硅)绝缘层时都要用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)低温条件(约90℃)，以防止高温热退火使高电阻区失效。
(8)沿50um的氦离子注入区域中间将外延片解理成条，使前后腔面附近各有25um的电流非注入区。
(9)腔面镀膜：一端镀高反射率膜，一端镀低反射率膜。
(10)解理管芯：将镀膜后的条解理成管芯。
(11)管芯烧结到热沉，压焊电极引线，封装，完成半导体激光器整个工艺过程。
Claims (6)
1、一种半导体激光器腔面钝化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在N型衬底上依次外延生长半导体激光器结构：包括下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、上限制层、欧姆接触层；
(2)外延片欧姆接触层面涂正型光刻胶；
(3)应用光刻版沿垂直于激光器谐振腔的方向进行标准光刻；
(4)腐蚀；
(5)氦离子注入；
(6)去掉光刻胶；
(7)进行常规的半导体激光器制造，直至完成P面电极和N面电极工艺；
(8)沿50um宽的氦离子注入区域中间将外延片解理成条，腔长为900um；
(9)前后腔面分别镀低反射率膜和高反射率膜；
(10)将条解理成管芯；
(11)管芯烧结到热沉，压焊电极引线，封装，完成半导体激光器制作的整个工艺过程。
2、根据权利要求1所述的半导体激光器腔面钝化处理方法，其特征在于，其中步骤(2)涂正型光刻胶，厚度为5um。
3、根据权利要求1所述的半导体激光器腔面钝化处理方法，其特征在于，其中步骤(3)的光刻版为50um/900um的光刻版，沿垂直于激光器谐振腔的方向光刻出50um的离子注入区域。
4、根据权利要求1所述的半导体激光器腔面钝化处理方法，其特征在于，其中步骤(4)的腐蚀液为硫酸∶双氧水∶水＝4∶1∶1腐蚀液，温度：0℃，时间：20s。
5、根据权利要求1所述的半导体激光器腔面钝化处理方法，其特征在于，其中步骤(5)氦离子注入，其能量小于30kev，剂量等于4E13cm-2。
6、根据权利要求1或5所述的半导体激光器腔面钝化处理方法，其特征在于，应用氦离子注入到腔面附近约25um的区域，经过氦离子注入后，该区域获得高电阻率，从而阻挡电流由此注入到腔面；因此减少了腔面非辐射复合的发生，提高了腔面灾变性损伤阈值，有利于提高半导体激光器的长期可靠性。
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