波长为808nm的大功率激光器芯片结构及其制作方法

摘要

本发明涉及一种波长为808nm的大功率激光器芯片结构及其制作方法，所述大功率激光器芯片结构包括：在衬底(0)上依次生成的缓冲层(1)、第一渐变限制层(2)、第一波导层(3)、第二波导层(4)、第一量子阱垒层(5)、量子阱有源层(6)、第二量子阱垒层(7)、第三波导层(8)、腐蚀停止层(9)、第四波导层(10)、第二渐变限制层(11)、欧姆接触层(12)、绝缘介质层(13)、P型上电极(14)以及N型下电极(15)。通过所述制作方法获得的结构由于增加了P型InGaP构成的腐蚀停止层，便于控制腐蚀深度，对提高生产效率以及成品率起到很好的作用。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，特别涉及一种波长为808nm 的大功率激光器芯片结构及其制作方法。 

背景技术

随着大功率半导体激光器输出功率、 电光转换效率、可靠性和性能稳定性的不断提高。大功率半导体激光器在激光通信、 光存储、 光陀螺、 激光以及雷达等方面的应用更加广泛， 市场需求巨大， 发展前景更加广阔。 

现有的结构在制作芯片腐蚀工艺中，需要精确控制时间及深度，大规模化生产有些影响。 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种波长为808nm的大功率激光器芯片结构及其制作方法。 

为达成上述目的，本发明提供一种波长为808nm的大功率激光器芯片结构，包括： 

一衬底0，其为100取向的掺Si的N型GaAs层，其中Si掺杂浓度>1×10¹⁸cm^-3；

一缓冲层1，其为掺Si的N型GaAs层并形成于衬底0上，其中Si掺杂浓度>2×10¹⁸cm^-3；

一第一渐变限制层2，其为掺Si的N型Al_xGa_1-xAs层并形成于缓冲层1上，其中Si掺杂浓度>2×10¹⁸cm^-3，x=0.1-0.5；

一第一波导层3，其为掺Si的N型Al_0.5Ga_0.5As层并形成于第一渐变限制层2上，其中Si掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3；

一第二波导层4，其为掺Si的N型Al_0.5Ga_0.5As层并形成于第一波导层3上，其中Si掺杂浓度为2-5×10¹⁷cm^-3；

一第一量子阱垒层5，其为非掺杂Al_0.3Ga_0.7As层并形成于第二波导层4上；

一量子阱有源层6，其为非掺杂In_0.1Al_0.12Ga_0.78As层并形成于第一量子阱垒层5上；

一第二量子阱垒层7，其为非掺杂Al_0.3Ga_0.7As层并形成于量子阱有源层6上；

一第三波导层8，其为掺C的P型Al_0.5Ga_0.5As层并形成于第二量子阱垒层7上，其中C掺杂浓度为2-5×10¹⁷cm^-3；

一腐蚀停止层9，其为掺C的P型InGaP层并形成于第三波导层8上，其中，C掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3；

一第四波导层10，其为掺C的P型Al_0.5Ga_0.5As层并形成于腐蚀停止层9上，其中C掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3；

一第二渐变限制层11，其为掺C的P型Al_xGa_1-xAs层并形成于第四波导层10上，其中C掺杂浓度为2×10¹⁸cm^-3，x=0.5-0.1；

一欧姆接触层12，其为掺C的P型GaAs层并形成于第二渐变限制层11上，其中C掺杂浓度为5×10¹⁹cm^-3；

一绝缘介质层13，其为SiN层并形成于欧姆接触层12上；

一P型上电极14，其为TiPtAu层并形成于欧姆接触层12上；

一N型下电极15，其为Au-Ge-Ni层并形成于衬底0的下面。

进一步地，其中所述腐蚀停止层9的厚度为10nm。 

进一步地，其中所述绝缘介质层13的厚度为250nm，折射率为2.0。 

进一步地，其中所述P型上电极14的厚度为2μm。 

进一步地，其中所述N型下电极15的厚度为5000μm。 

本发明还提供一种波长为808nm的大功率激光器芯片结构的制作方法，包括以下步骤： 

1)在衬底0上依次外延生成缓冲层1、第一渐变限制层2、第一波导层3、第二波导层4、第一量子阱垒层5、量子阱有源层6、第二量子阱垒层7、第三波导层8、腐蚀停止层9、第四波导层10、第二渐变限制层11以及欧姆接触层12；

2)按照脊波导加工方法，首先在欧姆接触层12上涂覆2μm厚的光刻胶并于88-92℃范围内进行烘烤，再通过曝光显影于欧姆接触层12上作出光刻胶图形(类似于光栅的图形)并于118-122℃范围内进行烘烤，在该光刻胶掩蔽下，利用H₂SO₄/H₂O₂/H₂O腐蚀液腐蚀掉欧姆接触层12、渐变限制层11、波导层10，直至腐蚀停止层9之上，以加工成脊型双沟台面结构，然后在整个脊型双沟台面结构上淀积厚度为250nm的绝缘介质层13，并利用光刻方法和腐蚀方法在台面欧姆接触层12上开设出宽度为45μm的窗口；

3)之后，在欧姆接触层12上溅射TiPtAu层，制作P型上电极14；

4)然后减薄并抛光衬底0至100μm，制作N型下电极15，得到所述激光器芯片结构。

进一步地，其中步骤1)中所述外延生成的方法为分子束外延法或金属有机化合物化学气相淀积法。 

进一步地，其中步骤2) 中所述光刻胶图形的宽度为50μm。 

进一步地，其中步骤2) 中所述H₂SO₄/H₂O₂/H₂O的体积比为5:40:200。 

进一步地，其中步骤2)中所述窗口的宽度为45μm。 

本发明具有的优点在于： 

通过增加由掺C的P型InGaP构成的腐蚀停止层，便于控制腐蚀深度，腐蚀深度的均匀性得到了提高，对提高生产效率以及成品率起到很好的作用。

附图说明

图1为本发明激光器芯片结构的剖面示意图。 

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明作进一步地详细说明。 

图1示出本发明激光器芯片结构的剖面示意图。为获得808nm激射波长，所示的芯片结构是用分子束外延(MBE)或金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)的方法在衬底0上形成的一个多层结构，包括： 

一衬底0，其为100取向的掺Si的N型GaAs层，其中Si掺杂浓度>1×10¹⁸cm^-3；

一缓冲层1，其为掺Si的N型GaAs层并形成于衬底0上，其中Si掺杂浓度>2×10¹⁸cm^-3；

一第一渐变限制层2，其为掺Si的N型Al_xGa_1-xAs层并形成于缓冲层1上，其中Si掺杂浓度>2×10¹⁸cm^-3，x=0.1-0.5；

一第一波导层3，其为掺Si的N型Al_0.5Ga_0.5As层并形成于第一渐变限制层2上，其中Si掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3；

一第二波导层4，其为掺Si的N型Al_0.5Ga_0.5As层并形成于第一波导层3上，其中Si掺杂浓度为2-5×10¹⁷cm^-3；

一第一量子阱垒层5，其为非掺杂Al_0.3Ga_0.7As层并形成于第二波导层4上；

一量子阱有源层6，其为非掺杂In_0.1Al_0.12Ga_0.78As层并形成于第一量子阱垒层5上；

一第二量子阱垒层7，其为非掺杂Al_0.3Ga_0.7As层并形成于量子阱有源层6上；

一第三波导层8，其为掺C的P型Al_0.5Ga_0.5As层并形成于第二量子阱垒层7上，其中C掺杂浓度为2-5×10¹⁷cm^-3；

一腐蚀停止层9，其为掺C的P型InGaP层并形成于第三波导层8上，其中C掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3；

一第四波导层10，其为掺C的P型Al_0.5Ga_0.5As层并形成于腐蚀停止层9上，其中C掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3；

一第二渐变限制层11，其为掺C的P型Al_xGa_1-xAs层并形成于第四波导层10上，其中C掺杂浓度为2×10¹⁸cm^-3，x=0.5-0.1；

一欧姆接触层12，其为掺C的P型GaAs层并形成于第二渐变限制层11上，其中C掺杂浓度为5×10¹⁹cm^-3；

一绝缘介质层13，其为SiN层并形成于欧姆接触层12上，其中SiN的厚度为250nm，折射率为2.0；

一P型上电极14，其为TiPtAu层并形成于欧姆接触层12上，其中TiPtAu的厚度为2μm；

一N型下电极15，其为Au-Ge-Ni层并形成于衬底0的下面，其中Au-Ge-Ni的厚度为5000μm。

一种波长为808nm的大功率激光器芯片结构的制作方法，包括以下步骤： 

1)在衬底0上，依次生成缓冲层1、第一渐变限制层2、第一波导层3、第二波导层4、第一量子阱垒层5、量子阱有源层6、第二量子阱垒层7、第三波导层8、腐蚀停止层9、第四波导层10、第二渐变限制层11以及欧姆接触层12；

2) 按照脊波导加工方法，首先在欧姆接触层12上涂敷大约2μm光刻胶并于90℃范围内进行烘烤，再通过曝光显影于欧姆接触层12上作出宽度为50μm的光刻胶图形(类似于光栅的图形)并于120℃范围内进行烘烤，在做好的该光刻胶掩蔽下，利用H₂SO₄/H₂O₂/H₂O(体积比为5:40:200)腐蚀液腐蚀掉欧姆接触层12、渐变限制层11、波导层10，直至腐蚀停止层9之上，以加工成脊型双沟台面结构，然后在整个脊型双沟台面结构上淀积厚度为250nm的绝缘介质层13，并利用光刻方法和腐蚀方法在台面欧姆接触层12上开出宽度为45μm的窗口，便于后面溅射金属层作电极；

3)之后，在欧姆接触层12上溅射2μm厚 的TiPtAu层，制作P型上电极14；

4)然后减薄并抛光衬底0至100μm，制作N型下电极15，得到所述激光器芯片结构(P-I-N半导体激光器芯片结构)。

本发明所述的激光器芯片结构与现有技术相比，最大的不同就是增加了P型InGaP腐蚀停止层。如果没有增加这一层结构，在做腐蚀台面工艺时，需精确控制时间，以便控制腐蚀深度，腐蚀过深过浅，都会对最后的技术指标和可靠性产生影响。但选择什么材料，做腐蚀层，也要考虑到材料之间晶格匹配，对腐蚀液性质不同。经过筛选，我们选择了掺C的P型InGaP作为腐蚀停止层。它与AlGaAs材料相匹配，InGaP的晶格常数为0.57-0.58nm, AlGaAs的晶格常数为0.56-0.57nm，我们可以通过生长材料组分的变化，来达到两个材料完全匹配。同时在临界厚度范围内，我们选择了10nm厚的InGaP作为腐蚀停止层 (通过外延生长试验验证材料生长可行性)。同时InGaP不与H₂SO₄/H₂O₂/H₂O(体积比为5:40:200)腐蚀液发生反应。我们利用增加了腐蚀停止层的结构做了整个脊波导加工工艺(如上所述步骤)后，进行测试得到了不错的结果，所制作的激光器芯片结构的成品率由原来的50%提高到80%，并且没有影响相关指标。在制作工艺时，因为有了这一层，腐蚀深度控制就自然变的方便，对提高生产效率以及成品率均起到很好的作用。 

所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。