RU2703938C1 - Method of producing vertically emitting laser with intracavity contacts and dielectric mirror - Google Patents
Method of producing vertically emitting laser with intracavity contacts and dielectric mirror Download PDFInfo
- Publication number
- RU2703938C1 RU2703938C1 RU2016148712A RU2016148712A RU2703938C1 RU 2703938 C1 RU2703938 C1 RU 2703938C1 RU 2016148712 A RU2016148712 A RU 2016148712A RU 2016148712 A RU2016148712 A RU 2016148712A RU 2703938 C1 RU2703938 C1 RU 2703938C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- type
- layer
- contact
- formation
- intracavity
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 39
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 25
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 16
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 6
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 127
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 34
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 24
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 15
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 9
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- -1 for example Substances 0.000 description 7
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 7
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N benzocyclobutene Chemical compound C1=CC=C2CCC2=C1 UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 3
- 238000001017 electron-beam sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 3
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 235000019592 roughness Nutrition 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000006023 eutectic alloy Substances 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно, к полупроводниковым лазерам с лучеиспускающей поверхностью (se-лазеры) и преимущественно к лазерам с вертикальным резонатором (vcse-лазеры), и может быть использовано в микроэлектронной промышленности для создания компактных маломощных источников лазерного излучения ближнего ИК-диапазона.The invention relates to electronic equipment, and more particularly, to semiconductor lasers with a radiating surface (se-lasers) and mainly to lasers with a vertical resonator (vcse-lasers), and can be used in the microelectronic industry to create compact low-power sources of near-infrared laser radiation -range.
Полупроводниковые лазеры с вертикальным резонатором или вертикально-излучающие лазеры (англ. vertical-cavity surface-emitting lasers) в системе материалов InAlGaAs находят широкое применение в оптической технологии передачи данных (оптические межсоединения в локальных сетях и информационно-вычислительных системах, оптические системы связи в свободном пространстве) и различных оптических сенсорах (датчики перемещения, квантовые дискриминаторы, газовые сенсоры, лазерные локаторы, магнитометрические датчики). В ряде случаев обеспечение требуемых характеристик возможно лишь при использовании геометрии вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами. Однако проблема получения омического контакта к слоям на основе тройных соединений AlGaAs (особенно р-типа) обуславливает необходимость поиска новых технологичных способов изготовления вертикально-излучающих лазеров с внутрирезонаторными контактами.Semiconductor lasers with a vertical resonator or vertically emitting lasers (Eng. Vertical-cavity surface-emitting lasers) in the InAlGaAs material system are widely used in optical data transmission technology (optical interconnects in local networks and computer systems, optical communication systems in free space) and various optical sensors (displacement sensors, quantum discriminators, gas sensors, laser locators, magnetometric sensors). In some cases, ensuring the required characteristics is possible only when using the geometry of a vertically emitting laser with intracavity contacts. However, the problem of obtaining ohmic contact to layers based on AlGaAs ternary compounds (especially p-type) necessitates the search for new technological methods for the manufacture of vertically emitting lasers with intracavity contacts.
Известен способ изготовления вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами (см. патент US 7169629, МПК H01L 21/00, опубликован 30.01.2007), включающий эпитаксиальное выращивание на подложке, например, из GaAs, полупроводниковой гетероструктуры, состоящей из нижнего полупроводникового распределенного брэгговского отражателя (РБО), внутрирезонаторного контактного слоя n-типа, оптического резонатора с активной областью и апертурным слоем, внутрирезонаторного контактного слоя р-типа, верхнего полупроводникового РБО; травление через маску первой мезы для вскрытия внутрирезонаторного контактного слоя р-типа, а затем травление через маску второй мезы для вскрытия внутрирезонаторного контактного слоя n-типа. Далее формируют оксидную токовую апертуру с помощью технологии селективного окисления в парах воды апертурного слоя, формируют через маску сильнолегированную область во внутрирезонаторном контактном слое р-типа с помощью термической диффузии легирующей примеси, например, Zn и формируют электрических контакты р- и n-типа.A known method of manufacturing a vertical-emitting laser with intracavity contacts (see patent US 7169629, IPC H01L 21/00, published January 30, 2007), including epitaxial growth on a substrate, for example, of GaAs, a semiconductor heterostructure consisting of a lower semiconductor distributed Bragg reflector (RBO), n-type intracavity contact layer, p-type optical cavity with active region and aperture layer, p-type intracavity contact layer, upper semiconductor RBF; etching through the mask of the first Mesa to open the p-type intracavity contact layer, and then etching through the mask of the second Mesa to open the n-type intracavity contact layer. Next, an oxide current aperture is formed using the selective oxidation technology in the water vapor of the aperture layer, a heavily doped region is formed through the mask in the p-type intracavity contact layer using thermal diffusion of the dopant, for example, Zn, and p- and n-type electrical contacts are formed.
Известный способ позволяет формировать омический контакт к слоям р-типа без внесения дополнительных оптических потерь. К недостаткам известного способа изготовления вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами следует отнести высокую температуру процесса диффузии (более 550°С при быстром термическом отжиге или более 650°С при длительном процессе), что негативно сказывается на резкости гетерограниц (особенно в активной области), механической стабильности оксидной апертуры и сроке службы лазеров, а также ухудшение морфологии поверхности слов AlGaAs (видимо, вследствие испарения As), что отрицательно влияет на процесс контактной фотолитографии, планарности и адгезии металлизации электрического контакта р-типа. Кроме того, концентрационной профиль легирующей примеси зависит от собственных дефектов в приповерхностной области внутрирезонаторного контактного слоя р-типа. Вариант применения ионной имплантации сопряжен с внесением большого количества радиационных дефектов, для удаления которых, а также для активации легирующей примеси, необходима термическая обработка при повышенных температурах.The known method allows you to form an ohmic contact to the p-type layers without introducing additional optical losses. The disadvantages of the known method of manufacturing a vertical-emitting laser with intracavity contacts include the high temperature of the diffusion process (more than 550 ° C with rapid thermal annealing or more than 650 ° C with a long process), which negatively affects the sharpness of the heteroboundary (especially in the active region), mechanical stability of the oxide aperture and laser life, as well as a deterioration in the surface morphology of AlGaAs words (apparently due to As evaporation), which negatively affects the contact photolithography process graphy, planarity and adhesion of plating an electrical contact of p-type. In addition, the concentration profile of the dopant depends on intrinsic defects in the near-surface region of the p-type intracavity contact layer. The use of ion implantation involves the introduction of a large number of radiation defects, for the removal of which, as well as for activation of the dopant, heat treatment is necessary at elevated temperatures.
Известен способ изготовления вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторным контактом и диэлектрическим зеркалом (см. патент US 5245622, МПК H01S 3/19, опубликован 14.09.1993), включающий эпитаксиальное выращивание на подложке из GaAs n-типа полупроводниковой гетероструктуры, состоящей из нижнего полупроводникового РБО n-типа, оптического резонатора с активной областью, внутрирезонаторного контактного слоя р-типа, формирование через маску токовой апертуры методом ионной имплантации, формирование через маску токовой изоляции индивидуальных лазеров методом ионной имплантации, формирование электрического контакта р-типа, формирование верхнего диэлектрического РБО (диэлектрического зеркала) с помощью фотолитографии и технологии осаждения диэлектрика, утоньшение подложки и формирование электрического контакта n-типа.A known method of manufacturing a vertical-emitting laser with an intracavity contact and a dielectric mirror (see patent US 5245622, IPC H01S 3/19, published September 14, 1993), including epitaxial growth of an n-type semiconductor heterostructure consisting of a lower semiconductor RBO on a GaAs substrate n-type, an optical resonator with an active region, a p-type intracavity contact layer, the formation of a current aperture through the ion implantation mask, the formation of individual lasers through the current insulation mask trench by ion implantation, formation of an electrical contact of p-type, forming an upper dielectric DBR (dielectric mirror) by photolithography and dielectric deposition techniques, thinning the substrate and forming an electrical contact n-type.
Известный способ направлен на снижение последовательного сопротивления без существенного ухудшения эффективности лазера. Недостатком известного способа изготовления вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторным контактом и диэлектрическим зеркалом является применение ионной имплантации для формирования токового ограничения в лазере, что не позволяет реализовывать низкопороговые и высокоэффективные лазеры с размером апертуры менее 10 мкм вследствие безизлучательной рекомбинации на радиационных дефектах. Кроме того, известный способ формирования омического контакта р-типа и диэлектрического РБО не обеспечивает одновременного снижения сопротивления прибора и уровня внутренних оптических потерь. Более того, известный способ применим только для изготовления вертикально-излучающих лазеров с одним внутрирезонаторным контактом, что не позволяет создавать быстродействующие приборы, а также ограничивает применение молекулярно-пучковой эпитаксии для выращивания полупроводниковый гетероструктуры.The known method is aimed at reducing the series resistance without a significant deterioration in laser efficiency. A disadvantage of the known method of manufacturing a vertical-emitting laser with an intracavity contact and a dielectric mirror is the use of ion implantation to form a current limit in the laser, which does not allow the implementation of low threshold and high-efficiency lasers with an aperture size of less than 10 μm due to non-radiative recombination due to radiation defects. In addition, the known method of forming an ohmic contact of a p-type and a dielectric RBO does not simultaneously reduce the resistance of the device and the level of internal optical loss. Moreover, the known method is applicable only for the manufacture of vertical-emitting lasers with one intracavity contact, which does not allow the creation of high-speed devices, and also limits the use of molecular beam epitaxy for growing a semiconductor heterostructure.
Известен способ изготовления вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом (см. патент US 6906353, МПК H01L 33/00, H01S 3/08, опубликован 14.06.2005), в соответствии с которым на полуизолирующей подложке из GaAs выращивают полупроводниковую гетероструктуру, состоящую из нижнего нелегированного РБО, внутрирезонаторного контактного слоя n-типа, оптического резонатора с активной областью, внутрирезонаторного контактного слоя р-типа. Далее методом ионной имплантации через маску формируют токовую апертуру, а затем через маску формируют электрический контакт р-типа. Проводят травление первой мезы для вскрытия внутрирезонаторного контактного слоя n-типа, формируют электрический контакт n-типа и создают верхнее диэлектрическое РБО.A known method of manufacturing a vertical-emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror (see patent US 6906353, IPC H01L 33/00, H01S 3/08, published June 14, 2005), in accordance with which a semiconductor heterostructure is grown on a semi-insulating GaAs substrate, consisting of a lower undoped DBR, an n-type intracavity contact layer, an active region optical resonator, and a p-type intracavity contact layer. Then, using the method of ion implantation, a current aperture is formed through a mask, and then a p-type electrical contact is formed through the mask. The first mesa is etched to open an n-type intracavity contact layer, an n-type electrical contact is formed, and an upper dielectric RBO is created.
К недостаткам известного способа изготовления вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом следует отнести невозможность одновременного обеспечения низкого контактного сопротивления к слоям р-типа и высокой отражательной способности диэлектрического зеркала без увеличения оптических потерь, вследствие поглощения на свободных носителях и рассеяния света на шероховатостях интерфейса полупроводник-диэлектрик. Кроме того, формирование токовой апертуры методом ионной имплантации сопряжено с появлением большого количества радиационных дефектов и, как следствие, с ростом порогового тока, особенно при малых размерах токовой апертуры.The disadvantages of the known method of manufacturing a vertical-emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror include the impossibility of simultaneously providing low contact resistance to p-type layers and high reflectivity of the dielectric mirror without increasing optical losses due to absorption on free carriers and light scattering on interface roughnesses semiconductor dielectric. In addition, the formation of the current aperture by the method of ion implantation is associated with the appearance of a large number of radiation defects and, as a result, with an increase in the threshold current, especially at small sizes of the current aperture.
Известен способ изготовления вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом (см. патент US 6169756, МПК H01S 5/187, опубликован 02.01.2001), включающий эпитаксиальное выращивание на подложке (например, из GaAs n-типа ) полупроводниковой гетероструктуры, состоящей из нижнего полупроводникового РБО (например, из n-GaAs), внутрирезонаторного контактного слоя n-типа (например, из n-GaAs), оптического резонатора с активной областью, внутрирезонаторного контактного слоя р-типа (например, из p-GaAs); нелегированного волноводного слоя (например, из GaAs) со стоп-слоем (например, из InGaP) для оптической апертуры, формирование через маску токовой апертуры методом ионной имплантации, травление через маску волноводного слоя до стоп-слоя с его последующим удалением для формирования оптической апертуры, формирование электрического контакта р-типа и n-типа соответственно на поверхности внутрирезонаторного контактного слоя р-типа и на поверхности внутрирезонаторного контактного слоя n-типа. Затем наносят через маску защитный слой на основе боросиликатного стекла с добавлением алюминия и формируют диэлектрический РБО на основе 6 пар четвертьволновых слоев из MgF2-CaF2 и из ZnS с помощью электронно-лучевого напыления диэлектрика и взрывной технологии удаления фоторезиста.A known method of manufacturing a vertical-emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror (see patent US 6169756, IPC H01S 5/187, published 02.01.2001), including epitaxial growth on a substrate (for example, from n-type GaAs) of a semiconductor heterostructure consisting from a lower semiconductor DBR (for example, from n-GaAs), an n-type intracavity contact layer (for example, n-GaAs), an active region optical cavity, a p-type intracavity contact layer (for example, p-GaAs); an undoped waveguide layer (for example, from GaAs) with a stop layer (for example, from InGaP) for an optical aperture, the formation of a current aperture through the mask by ion implantation, etching through the mask of the waveguide layer to the stop layer, and its subsequent removal to form an optical aperture, the formation of the p-type and n-type electrical contact, respectively, on the surface of the p-type intracavity contact layer and on the surface of the n-type intracavity contact layer. Then, a protective layer based on borosilicate glass with the addition of aluminum is applied through a mask and a dielectric RBO is formed on the basis of 6 pairs of quarter-wave layers of MgF 2 -CaF 2 and ZnS using electron beam sputter deposition of the dielectric and explosive photoresist removal technology.
Защитный слой препятствует воздействию проявителя фоторезиста на поверхность волноводного слоя при формировании маски для диэлектрического РБО. Недостатком известного способа изготовления вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом является безизлучательная рекомбинация носителей на радиационных дефектах в ионно-имплантированной области, а также дополнительное поглощение на свободных носителях в сильнолегированной части внутрирезонаторного контактного слоя р-типа (необходимо для формирования омического контакта р-типа), что ведет к росту порогового тока и падению эффективности лазера. Кроме того, защитный слой не исключает возможности модификации и/или загрязнения поверхности волноводного слоя на более ранних технологических операциях.The protective layer prevents the influence of the developer of the photoresist on the surface of the waveguide layer during the formation of the mask for the dielectric DBR. A disadvantage of the known method of manufacturing a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror is the nonradiative recombination of carriers on radiation defects in the ion-implanted region, as well as additional absorption on free carriers in the heavily doped part of the p-type intracavity contact layer (necessary for the formation of an ohmic contact p -type), which leads to an increase in the threshold current and a decrease in the laser efficiency. In addition, the protective layer does not exclude the possibility of modification and / or contamination of the surface of the waveguide layer in earlier technological operations.
Наиболее близким к настоящему изобретению по совокупности существенных признаков является способ изготовления вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом (см. патент US 8488644, МПК H01S 5/00, опубликован 16.07.2013), принятый за прототип. Способ-прототип включает последовательное эпитаксиальное выращивание на полуизолирующей подложке из GaAs полупроводниковой гетероструктуры, содержащей нижний нелегированный распределенный брэгговский отражатель (РБО), нелегированный буферный слой, например, из GaAs, внутрирезонаторный контактный слой n-типа , оптический резонатор с активной областью и апертурным слоем из AlxGa1-xAs р-типа, где 0,97≤х<1, внутрирезонаторный контактный слой р-типа, формирование фазосогласующего диэлектрического слоя из SiN, например, с помощью плазмохимического осаждения диэлектрика и плазмохимического травления диэлектрика через маску, формирование электрического контакта р-типа, формирование оксидной токовой апертуры в апертурном слое путем селективного окисления в парах воды, формирование электрического контакта n-типа и формирование верхнего диэлектрического РБО путем плазмохимического осаждения 10-12 пар четвертьволновых слоев из SiO2 и из SiN, и последующего плазмохимического травления диэлектрика через маску, формирование пассивирующего и планаризующего слоя с низкой диэлектрической проницаемостью и формирование металлизации контактных площадок р- и n-типа.Closest to the present invention in terms of essential features is a method of manufacturing a vertical-emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror (see US patent 8488644, IPC H01S 5/00, published July 16, 2013), adopted as a prototype. The prototype method includes sequential epitaxial growth on a semi-insulating GaAs substrate of a semiconductor heterostructure containing a lower undoped distributed Bragg reflector (DBR), an undoped buffer layer, for example, of GaAs, an n-type intracavity contact layer, an active cavity resonator and an aperture layer of Al x Ga 1-x As of p-type where 0,97≤h <1, intracavity contact layer p-type, forming fazosoglasuyuschego dielectric layer of SiN, for example by means of plasma chemical dielectric deposition and plasma-chemical etching of the dielectric through the mask, the formation of an p-type electrical contact, the formation of an oxide current aperture in the aperture layer by selective oxidation in water vapor, the formation of an n-type electrical contact and the formation of an upper dielectric DBR by plasma-chemical deposition of 10-12 pairs of quarter-wave layers of SiO 2 and from SiN, and subsequent plasma chemical etching of the dielectric through a mask, and forming a passivating layer planarizuyuschego low dielectric n onitsaemostyu and forming metallization pads p- and n-type.
Преимуществом известного способа-прототипа является отсутствие необходимости глубокого травления до подложки при формировании изолирующей мезы. Однако это преимущество актуально лишь для лазеров спектрального диапазона 980 нм/1100 нм, когда во внутрирезонаторных контактных слоях и буферном слое используют бинарное соединение GaAs. Серьезным недостатком известного способа-прототипа является невозможность обеспечить одновременно низкое контактное сопротивление без внесения дополнительных оптических потерь на свободных носителях в светоизлучающей области (особенно в случае лазеров с длиной волны излучения менее 900 нм). Кроме того, после формирования фазосогласующего диэлектрического слоя достаточно сложно избежать модификации его поверхности и/или загрязнения на последующих технологических операциях.An advantage of the known prototype method is the absence of the need for deep etching to the substrate during the formation of an insulating mesa. However, this advantage is relevant only for lasers of the spectral range 980 nm / 1100 nm, when a binary GaAs compound is used in the intracavity contact layers and the buffer layer. A serious disadvantage of the known prototype method is the inability to simultaneously provide low contact resistance without introducing additional optical losses on free carriers in the light-emitting region (especially in the case of lasers with a radiation wavelength of less than 900 nm). In addition, after the formation of a phase matching dielectric layer, it is rather difficult to avoid modification of its surface and / or contamination in subsequent technological operations.
Задачей заявляемого технического решения является создание такого способа изготовления вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом, который бы позволял сформировать электрический контакт р-типа с низким контактным сопротивлением без увеличения уровня внутренних оптических потерь, что способствует получению низкого порогового тока, малого последовательного сопротивления и высокой дифференциальной эффективности для лазеров ближнего ИК-диапазона.The objective of the proposed technical solution is the creation of such a method of manufacturing a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror, which would make it possible to form a p-type electrical contact with low contact resistance without increasing the level of internal optical loss, which contributes to obtaining a low threshold current, low series resistance and high differential efficiency for near-infrared lasers.
Поставленная задача достигается тем, что способ изготовления вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом включает последовательное эпитаксиальное выращивание на полуизолирующей подложке из GaAs полупроводниковой гетероструктуры, содержащей нижний нелегированный распределенный брэгговский отражатель (РБО), внутрирезонаторный контактный слой n-типа, оптический резонатор с активной областью и апертурным слоем из AlxGa1-xAs р-типа, где 0,97≤х<1, внутрирезонаторный контактный слой р-типа, формирование электрического контакта р-типа; формирование оксидной токовой апертуры в апертурном слое, формирование электрического контакта n-типа и формирование верхнего диэлектрического РБО, формирование пассивирующего и планаризующего слоя с низкой диэлектрической проницаемостью и формирование металлизации контактных площадок р- и n-типа, при этом на внутрирезонаторном контактном слое р-типа последовательно выращивают стоп-слой из AlyGa1-yAs р-типа, где 0,85≤y≤0,95, и сильнолегированный контактный слой из GaAs р-типа, электрический контакт р-типа формируют на сильнолегированном контактном слое р-типа, удаляют химическим травлением через маску сильнолегированный контактный слой р-типа и стоп-слой р-типа в светоизлучающей области до поверхности внутрирезонаторного контактного слоя р-типа, на котором затем формируют верхний диэлектрический РБО.This object is achieved in that a method of manufacturing a vertical-emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror involves the sequential epitaxial growth of a semiconductor heterostructure on a GaAs semi-insulating substrate containing a lower undoped distributed Bragg reflector (RBO), an n-type intracavity contact layer, an optical resonator with active area and aperture layer of Al x Ga 1-x As of p-type where 0,97≤h <1, intracavity contact layer p-type, shape sc electrical contact p-type; the formation of an oxide current aperture in the aperture layer, the formation of an n-type electrical contact and the formation of an upper dielectric DBR, the formation of a passivating and planarizing layer with a low dielectric constant and the formation of metallization of p- and n-type contact pads, while on the p-type intracavity contact layer a stop layer of p-type Al y Ga 1-y As is sequentially grown, where 0.85 y y 0 0.95, and a heavily doped p-type GaAs contact layer, an p-type electrical contact are formed on a highly doped contact the p-type active layer is removed by chemical etching through the mask the p-type strongly doped contact layer and the p-type stop layer in the light-emitting region to the surface of the p-type intracavity contact layer, on which the upper dielectric RBO is then formed.
Верхний диэлектрический РБО можно локально формировать с помощью взрывной технологии, при этом напыление диэлектрических слоев при формировании диэлектрического РБО можно осуществлять методом реактивного магнетронного напыления диэлектрика при температуре 60-80°С.The upper dielectric DBR can be locally formed using explosive technology, while the deposition of dielectric layers during the formation of dielectric DBR can be carried out by reactive magnetron sputtering of a dielectric at a temperature of 60-80 ° C.
Новым в настоящем способе является последовательное выращивание на внутрирезонаторном контактном слое р-типа стоп-слоя из AlyGa1-yAs р-типа, где 0,85≤у≤0,95, и сильнолегированного контактного слоя из GaAs р-типа, формирование электрического контакта р-типа на сильнолегированном контактном слое р-типа, удаление химическим травлением через маску сильнолегированного контактного слоя р-типа и стоп-слоя р-типа в светоизлучающей области до поверхности внутрирезонаторного контактного слоя р-типа и нанесение на эту поверхность верхнего диэлектрического РБО.New in the present method is the sequential growth on a p-type intracavity contact layer of a stop p-type layer of Al y Ga 1-y As, where 0.85≤y≤0.95, and a heavily doped p-type GaAs contact layer, formation of a p-type electrical contact on a heavily doped p-type contact layer, removal by chemical etching through a mask of a heavily-doped p-type contact layer and a p-type stop layer in the light-emitting region to the surface of the p-type intracavity contact layer and applying an upper dielectric to this surface who DBR.
Удаление химическим травлением через маску сильнолегированного контактного слоя р-типа и стоп-слоя р-типа в светоизлучающей области до поверхности внутрирезонаторного контактного слоя р-типа позволяет прецизионно вскрыть поверхность внутрирезонаторного контактного слоя р-типа без изменения резонансных условий для лазерной генерации, а также способствует получению омического контакта р-типа с низким контактным сопротивлением без увеличения уровня внутренних оптических потерь. Кроме того, формирование диэлектрического РБО на вскрытой поверхности внутрирезонаторного контактного слоя р-типа позволяет избежать проблемы с шероховатостью интерфейса полупроводник-диэлектрик вследствие неизбежного загрязнения и/или нежелательной модификации поверхности внутрирезонаторного контактного слоя р-типа в ходе межоперационных процессов.Removal by chemical etching through the mask of the heavily doped p-type contact layer and p-type stop layer in the light-emitting region to the surface of the p-type intracavity contact layer allows the precision to open the surface of the p-type intracavity contact layer without changing the resonant conditions for laser generation, and also contributes to obtaining a p-type ohmic contact with low contact resistance without increasing the level of internal optical loss. In addition, the formation of a dielectric DBR on the exposed surface of the p-type intracavity contact layer avoids the problem with the roughness of the semiconductor-insulator interface due to the inevitable contamination and / or undesirable surface modification of the p-type intracavity contact layer during interoperational processes.
Проведение процесса реактивного магнетронного напыления диэлектрических слоев при температуре 60-80°С обусловлено необходимостью предотвращения задубливания фоторезистивной маски, так как в противном случае локальное формирование диэлектрического РБО с помощью взрывной технологии (когда фоторезист удаляют в диметилформамиде или метилпирролидоне) становится невозможным.Carrying out the process of reactive magnetron sputtering of dielectric layers at a temperature of 60-80 ° C is due to the need to prevent subduing of the photoresist mask, since otherwise the local formation of dielectric RBR using explosive technology (when the photoresist is removed in dimethylformamide or methylpyrrolidone) becomes impossible.
Настоящее изобретение поясняется чертежом, где:The present invention is illustrated in the drawing, where:
на фиг. 1 показана в разрезе схема вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом, изготовленного в соответсвии с настоящим способом;in FIG. 1 shows a sectional diagram of a vertical-emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror manufactured in accordance with the present method;
на фиг. 2 приведена в разрезе схема эпитаксиально выращиваемой полупроводниковой гетероструктуры для вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом;in FIG. 2 is a sectional diagram of an epitaxially grown semiconductor heterostructure for a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror;
Изготавливаемый в соответствии с настоящим способом вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом (см. фиг. 1) включает полуизолирующую подложку из GaAs 1, полупроводниковую гетероструктуру 2, диэлектрический РБО 3, электрический контакт 4 р-типа, первую мезу 5, содержащую оксидную токовую апертуру 6, вторую мезу 7, электрический контакт n-типа 8, изолирующую мезу 9, пассивирующий и планаризующий слой 10, контактная площадка 11 n-типа и контактная площадка 12 р-типа. Полупроводниковая гетероструктура 2, эпитаксиально выращенная на полуизолирующей подложке 1 из GaAs, включает (см. фиг. 2) нижний нелегированный распределенный брэгговский отражатель (РБО) 13, внутрирезонаторный контактный слой 14 n-типа, оптический резонатор 15 с активной областью 16 и апертурным слоем 17 из AlxGa1-xAs р-типа, где 0,97≤x<1, внутрирезонаторный контактный слой 18 р-типа, стоп-слой 19 из AlxGa1-xAs р-типа 19, где 0,85≤х≤0,95, сильнолегированный контактный слой 20 из GaAs р-типа.A vertical-emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror (see FIG. 1) made in accordance with the present method includes a
Заявляемый способ изготовления вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом осуществляют в несколько стадий. На первой стадии с помощью эпитаксиального синтеза на полуизолирующей подложке 1 из GaAs формируют полупроводниковую гетероструктуру 2 (см. фиг. 2). Далее через маску формируют металлизацией электрический контакт 4 р-типа общей толщиной, например, 0,3-0,4 мкм, на поверхности сильнолегированного контактного слоя 20 р-типа, например, последовательно выполняя операции: контактную фотолитографию с использованием двуслойной фоторезистивной маски толщиной до 3 мкм; химическую обработку поверхности, например, в разбавленной соляной кислоте; формирование слоев металлизации, например, электронно-лучевое напыление слоя Ti и барьерного слоя Pt, и термическое напыление усиливающего слоя Au, удаление фоторезистивной маски, например, в диметилформамиде; вжигание электрического контакта 4 р-типа, например, при температуре 400-450°С в течение 30-45 секунд в атмосфере азота. Осуществляют травление через маску первой мезы 5 до середины оптического резонатора 15, например, последовательно выполняя операции: контактную фотолитографию маски, например, используя фоторезист толщиной 5-6 мкм; ионно-лучевое травление поверхности гетероструктуры 2 через маску ионами аргона до активной области 16 для вскрытия боковой поверхности апертурного слоя 17 из AlxGa1-xAs р-типа. Затем формируют оксидную токовую апертуру 6, например, последовательно выполняя операции: химическую очистку боковой поверхности мезы 5 для удаления повреждений при ионно-лучевом травление, например, в растворе гидроксида аммония, перекиси водорода и воды в течение 3-5 секунд, селективное окисление в парах воды апертурного слоя 17 AlxGa1-xAs р-типа, например, при температуре 400-450°С в течение 15-60 минут, снятие фоторезистивной маски в кислородной плазме. Осуществляют травление через маску второй мезы 7 до внутрирезонаторного контактного слоя 14 n-типа, например, последовательно выполняя операции: контактную фотолитографию маски, например, используя фоторезист толщиной 5-6 мкм; ионно-лучевое травление поверхности гетероструктуры 2 через маску ионами аргона до внутрирезонаторного контактного слоя 14 n-типа для вскрытия поверхности внутрирезонаторного контактного слоя 14 n-типа, снятие фоторезистивной маски в кислородной плазме. Далее через маску формируют электрический контакт 8 n-типа общей толщиной, например, 0,3-0,4 мкм на внутрирезонаторном контактном слое 14 n-типа, например, последовательно выполняя операции: контактную фотолитографию двуслойной фоторезистивной маски толщиной до 4 мкм; химическую обработку поверхности, например, в разбавленной хлористоводородной кислоте; формирование слоев металлизации, например, последовательное термическое напыление слоя эвтектического сплава AuGe, барьерного слоя Ni и усиливающего слоя Au; удаление фоторезистивной маски, например, в диметилформамиде; вжигание электрического контакта 8 n-типа, например, при температуре 360-380°С в течение 30-45 секунд в атмосфере водорода. Осуществляют вскрытие поверхности внутрирезонаторного контактного слоя 18 р-типа в локальной области, где отсутствует электрический контакт 4 р-типа, например, последовательно выполняя операции: контактную фотолитографию маски, например, используя фоторезист толщиной 2-3 мкм; химическое травление через маску сильнолегированного контактного слоя 20 р-типа до стоп-слоя 19 из AlxGa1-xAs р-типа в системе лимонной кислоты и перекиси водорода; химическое травление через маску стоп-слоя 19 из AlxGa1-xAs р-типа до поверхности внутрирезонаторного контактного слоя 18 р-типа в разбавленной фтористоводородной кислоте. После этого сразу же проводят процесс формирования диэлектрического РБО 3 на вскрытой поверхности внутрирезонаторного контактного слоя 18 р-типа через упомянутую выше фоторезистивную маску, последовательно выполняя операции: реактивное магнетронное напыление диэлектрических слоев, формирующих диэлектрического РБО 3, удаление фоторезиста в диметилформамиде. Затем осуществляют травление через маску изолирующей мезы 9 до подложки 1, например, последовательно выполняя операции: контактную фотолитографию маски, например, используя фоторезист толщиной 11-12 мкм; ионно-лучевое травление поверхности гетероструктуры 2 через маску в среде аргона до подложки 1 для обеспечения электрической изоляции отдельных кристаллов лазеров и контактных площадок 11, 12; снятие фоторезистивной маски в кислородной плазме. Проводят формирование через маску пассивирующего и планаризующего слоя 10 с низкой диэлектрической проницаемостью, например, последовательно выполняя операции: нанесение светочувствительного бензоциклобутена толщиной 7-10 мкм; контактную фотолитографию по бензоциклобутену; удаление остатков бензоциклобутена с помощью плазмо-химического травления. На финальной стадии формируют через маску металлизацию контактных площадок 11 и 12 n- и р-типа, например, последовательно выполняя операции: контактную фотолитографию маски для подслоя, например, используя фоторезист толщиной 11-15 мкм; напыление подслоя Ti/Au, например, с помощью термического напыления, соответственно, удаление фоторезиста в диметилформамиде; контактную фотолитографию маски для гальваники, например, используя фоторезист толщиной 11-15 мкм электрохимическое осаждение слоя Au толщиной 1,5-2 мкм через маску; удаление фоторезиста в диметилформамиде.The inventive method of manufacturing a vertical-emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror is carried out in several stages. In the first step, a
Пример. Ниже приведены результаты экспериментальной апробации настоящего способа изготовления вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом на примере лазеров спектрального диапазона 880-900 нм. Методом молекулярно-пучковой эпитаксии была синтезирована полупроводниковая гетероструктура путем последовательного осаждения на полуизолирующей подложке GaAs нижнего нелегированного распределенного брэгговского отражателя (РБО) на основе 36 пар чередующихся четвертьволновых слоев Al0,16Ga0,84As и Al0,9Ga0,1As (общая толщина РБО ~5 мкм), внутрирезонаторного контактного слоя Al0,16Ga0,84As n-типа толщиной равной 1,75⋅λ/n (общая толщина ~0,52 мкм), оптического резонатора с активной областью на основе In0,08Ga0,92As квантовых ям и одним апертурным слоем р-типа на основе AlAs/Al0,9Ga0,1As (общая толщина резонатора ~1,65 мкм), внутрирезонаторного контактного слоя Al0,16Ga0,84As р-типа толщиной равной 1,75⋅λ/n (общая толщина ~0,52 мкм), стоп-слоя Al0,9Ga0,1As р-типа толщиной 3 нм, сильнолегированного контактного слоя GaAs р-типа толщиной 56 нм. Толщины квантовой ямы выбраны так, чтобы основной переход квантовой ямы был вблизи длины волны 880 нм, тогда как остальные толщины слоев выбраны для обеспечения проектного значения резонансной длины вблизи 890 нм. На поверхности сильнолегированного контактного слоя GaAs р-типа контактной фотолитографией создали двуслойную фоторезистивную маску для формирования электрического контакта р-типа, нанесли металлизацию электрического контакта р-типа общей толщиной 0,32 мкм (электронно-лучевым напылением слоя Ti толщиной 20 нм и слоя Pt толщиной 50 нм, термическим напылением слоя Au толщиной 250 нм), удалили фоторезист с помощью техники взрывной фотолитографии (используя диметилформамид) и провели вжигание напыленных металлов при температуре 450°С в течение 45 секунд в атмосфере азота. С помощью контактной фотолитографии изготовили фоторезистивную маску для формирования первой мезы, провели ионно-лучевое травление поверхности гетероструктуры ионами аргона на глубину ~1,4 мкм для вскрытия боковой поверхности апертурного слоя р-типа. Выполнили химическую обработку боковой поверхности первой мезы в растворе гидроксида аммония, перекиси водорода и воды (NH4OH:H2O2:H2O, мас. ч. 1:2:50) в течение 3 секунд для удаления повреждений при ионно-лучевом травлении, провели селективное окисление в парах воды апертурного слоя р-типа при температуре 420°С в течение 45 минут, сняли фоторезистивную маску в кислородной плазме. С помощью контактной фотолитографии изготовили фоторезистивную маску для формирования второй мезы, провели ионно-лучевое травление поверхности гетероструктуры ионами аргона на глубину ~0,85 мкм для вскрытия поверхности внутрирезонаторного контактного слоя Al0,16Ga0,84As n-типа, сняли фоторезистивную маску в кислородной плазме. На поверхности внутрирезонаторного контактного слоя Al0,16Ga0,84As n-типа контактной фотолитографией создали двуслойную фоторезистивную маску для формирования электрического контакта n-типа, нанесли металлизацию электрического контакта n-типа общей толщиной 0,32 мкм, последовательно осаждая слой AuGe (12% Ge) толщиной 100 нм, слой Ni толщиной 20 нм и слой Au толщиной 200 нм термическим напылением, удалили фоторезист с помощью техники взрывной фотолитографии (используя диметилформамид) и провели вжигание напыленных металлов при температуре 370°С в течение 30 секунд в атмосфере водорода. На поверхности сильнолегированного контактного слоя GaAs р-типа контактной фотолитографией создали фоторезистивную маску для локального вскрытия внутрирезонаторного контактного слоя Al0,16Ga0,84As р-типа, химическим травлением в системе лимонной кислоты и перекиси водорода (C6H8O7:H2O2, мас. ч. 4:1) локально удалили сильнолегированный контактный слой р-типа до стоп-слоя Al.,9Ga0,1As р-типа, а затем химическим травлением в разбавленной фтористо-водородной кислоте (HF:H2O, мас. ч. 1:10) локально удалили стоп-слой Al0,9Ga0,1As р-типа и вскрыли поверхность внутрирезонаторного контактного слоя Al0,16Ga0,84As р-типа. Провели осаждение 6 пар четвертьволновых слоев из SiO2 и из Ta2O5, формирующих диэлектрическое РБО, методом реактивного магнетронного распыления кварцевой мишени на переменном токе в атмосфере кислорода и танталовой мишени на постоянном токе в атмосфере кислорода, соответственно, а затем удалили фоторезист с помощью техники взрывной фотолитографии (используя диметилформамид). С помощью контактной фотолитографии изготовили фоторезистивную маску для формирования изолирующей мезы, провели ионно-лучевое травление поверхности гетероструктуры ионами аргона на глубину ~5,5 мкм для обеспечения электрической изоляции отдельных кристаллов лазеров и контактных площадок, а затем сняли фоторезистивную маску в кислородной плазме. Нанесли слой светочувствительного бензоциклобутена толщиной 7-10 мкм, с помощью контактной фотолитографии по бензоциклобутену сформировали требуемый микрорельеф, и удалили остатки бензоциклобутена с помощью плазмо-химического травления. С помощью контактной фотолитографии изготовили фоторезистивную маску для подслоя металлизации контактных площадок, нанесли подслой Ti толщиной 50 нм и подслой Au толщиной 200 нм термическим напылением, затем удалили фоторезист с помощью техники взрывной фотолитографии (используя диметилформамид). С помощью контактной фотолитографии изготовили фоторезистивную маску для гальванического осаждения золота, провели электрохимическое осаждение слоя Au толщиной 1,5 мкм, и удалили фоторезист, используя диметилформамид.Example. Below are the results of experimental testing of the present method of manufacturing a vertical-emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror using lasers of the spectral range of 880-900 nm as an example. Molecular beam epitaxy was used to synthesize a semiconductor heterostructure by sequentially depositing a lower undoped distributed Bragg reflector (DBR) on a GaAs semi-insulating substrate based on 36 pairs of alternating quarter-wave layers of Al 0.16 Ga 0.84 As and Al 0.9 Ga 0.1 As (the total thickness of the DBR is ~ 5 μm), the intracavity contact layer of Al 0.16 Ga 0.84 As n-type with a thickness equal to 1.75 /λ / n (the total thickness is ~ 0.52 μm), an optical resonator with an active region based on In 0.08 Ga 0.92 As quantum wells and one p-type aperture layer n and based on AlAs / Al 0.9 Ga 0.1 As (total cavity thickness ~ 1.65 μm), an intracavity contact layer Al 0.16 Ga 0.84 As p-type with a thickness equal to 1.75⋅λ / n (total thickness ~ 0.52 μm), a stop layer of Al 0.9 Ga 0.1 As p-
Настоящий способ позволил сформировать омические контакты с удельным контактным сопротивлением 1-3⋅10-6 Ом⋅см-2 и избежать роста уровня внутренних оптических потерь, Изготовленные настоящим способом вертикально-излучающие лазеры с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом, и площадью оксидной токовой апертуры ~2,3 мкм2 демонстрировали лазерную генерацию в непрерывном режиме при комнатной температуре вблизи 892-897 нм с пороговым током менее 0,3 мА, дифференциальной эффективностью более 0,6 Вт/А, максимальной выходной оптической мощностью 2,5 мВт и дифференциальным сопротивлением 220-250 Ом (на линейном участке вольт-амперной характеристики).The present method made it possible to form ohmic contacts with a specific contact resistance of 1-3 -10 -6 Ohm⋅cm -2 and to avoid an increase in the level of internal optical losses. Vertical-emitting lasers made in this way with intracavity contacts and a dielectric mirror and an oxide current aperture area ~ 2.3 μm 2 demonstrated continuous-wave laser generation at room temperature near 892-897 nm with a threshold current of less than 0.3 mA, a differential efficiency of more than 0.6 W / A, and a maximum output optical power of 2.5 mW and a differential resistance of 220-250 Ohms (in the linear section of the current-voltage characteristic).
Достигнутые параметры не только не уступают, но и по ряду позиций превосходят статические характеристики вертикально-излучающих лазеров в классической конструкции с легированными РБО, синтезированных методом газофазной эпитаксии из паров металлорганических, при идентичных размерах площади токовой апертуры (P.Moser et al., «Energy Efficiency of Directly Modulated Oxide-Confined High Bit Rate 850-nm VCSELs for Optical Interconnects», IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 19 (4), 1702212, 2013).The achieved parameters are not only inferior, but in some respects they surpass the static characteristics of vertical-emitting lasers in a classical design with doped RBOs synthesized by gas-phase epitaxy from organometallic vapors with identical sizes of the current aperture area (P. Moser et al., “Energy Efficiency of Directly Modulated Oxide-Confined High Bit Rate 850-nm VCSELs for Optical Interconnects ", IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 19 (4), 1702212, 2013).
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148712A RU2703938C1 (en) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | Method of producing vertically emitting laser with intracavity contacts and dielectric mirror |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148712A RU2703938C1 (en) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | Method of producing vertically emitting laser with intracavity contacts and dielectric mirror |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2703938C1 true RU2703938C1 (en) | 2019-10-22 |
Family
ID=68318262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016148712A RU2703938C1 (en) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | Method of producing vertically emitting laser with intracavity contacts and dielectric mirror |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2703938C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6750071B2 (en) * | 2002-07-06 | 2004-06-15 | Optical Communication Products, Inc. | Method of self-aligning an oxide aperture with an annular intra-cavity contact in a long wavelength VCSEL |
| US6931042B2 (en) * | 2000-05-31 | 2005-08-16 | Sandia Corporation | Long wavelength vertical cavity surface emitting laser |
| RU2278072C2 (en) * | 2004-05-12 | 2006-06-20 | Рязанский государственный педагогический университет им. С.А. Есенина (РГПУ) | Semiconductor nano-structure with composite quantum well |
| US20090034571A1 (en) * | 1998-12-21 | 2009-02-05 | Finisar Corporation | Migration enhanced epitaxy fabrication of active regions having quantum wells |
-
2016
- 2016-12-13 RU RU2016148712A patent/RU2703938C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090034571A1 (en) * | 1998-12-21 | 2009-02-05 | Finisar Corporation | Migration enhanced epitaxy fabrication of active regions having quantum wells |
| US6931042B2 (en) * | 2000-05-31 | 2005-08-16 | Sandia Corporation | Long wavelength vertical cavity surface emitting laser |
| US6750071B2 (en) * | 2002-07-06 | 2004-06-15 | Optical Communication Products, Inc. | Method of self-aligning an oxide aperture with an annular intra-cavity contact in a long wavelength VCSEL |
| RU2278072C2 (en) * | 2004-05-12 | 2006-06-20 | Рязанский государственный педагогический университет им. С.А. Есенина (РГПУ) | Semiconductor nano-structure with composite quantum well |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6420199B1 (en) | Methods for fabricating light emitting devices having aluminum gallium indium nitride structures and mirror stacks | |
| US6280523B1 (en) | Thickness tailoring of wafer bonded AlxGayInzN structures by laser melting | |
| Choquette et al. | Fabrication and performance of selectively oxidized vertical-cavity lasers | |
| US5212702A (en) | Semiconductor surface emitting laser having reduced threshold voltage and enhanced optical output | |
| US5038356A (en) | Vertical-cavity surface-emitting diode laser | |
| US7687291B2 (en) | Laser facet passivation | |
| JP2003188471A (en) | Vertical cavity surface-emitting laser device and its manufacturing method | |
| US20070086499A1 (en) | Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same | |
| JP2002513215A (en) | High power distributed feedback semiconductor laser with narrow spectral width | |
| JP2002353568A (en) | Semiconductor laser, optical module and optical communication system using the same | |
| CN110880676A (en) | Preparation method of semiconductor laser | |
| CN107732650A (en) | Gallium arsenide laser bar bar and preparation method thereof | |
| CN108767658B (en) | Manufacturing method of semiconductor laser, semiconductor laser and bar | |
| RU2703938C1 (en) | Method of producing vertically emitting laser with intracavity contacts and dielectric mirror | |
| CN113054530B (en) | VCSEL laser and preparation method thereof | |
| RU2704214C1 (en) | Vertical-emitting laser with intracavity contacts and dielectric mirror | |
| CN207588214U (en) | Gallium arsenide laser bar item | |
| RU2421856C1 (en) | Method for passivation and protection of resonator end faces of semiconductor lasers | |
| CN110676689A (en) | A kind of vertical cavity surface emitting semiconductor laser and preparation method thereof | |
| US11228160B2 (en) | AlGaInPAs-based semiconductor laser device and method for producing same | |
| McDaniel et al. | Hybrid dielectric/metal reflector for low threshold vertical-cavity surface-emitting lasers | |
| JP2000164978A (en) | Semiconductor laser device | |
| JP2005347609A (en) | Manufacturing method for semiconductor layer and for semiconductor light emitting element | |
| JP2024070244A (en) | Multi-junction bottom-emitting vertical cavity surface-emitting laser and method for fabricating same | |
| WO2024044567A2 (en) | Iii-nitride-based vertical cavity surface emitting laser (vcsel) with a dielectric p-side lens and an activated tunnel junction |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20220407 Effective date: 20220407 |