脊形波导式半导体激光器件及其制作方法

摘要

脊形波导式半导体激光器件及其制作方法，层状结构，包括底座和条状脊背，底座以半导体为衬底基片，衬底基片的下层面为下部金属电极层，衬底基片的上层面依次为下部包被层、下部导波层、激光活性层、上部导波层和上部包被层；条状脊背是在条状包被层上覆盖接触层，其上表层为上部金属电极层。其特征是，作为电流通道，在位于激光活性层之上的包被层中，或是在位于激光活性层之下的下部包被层中，或是激光活性层本身，以选择性蚀刻形成宽度较之条状脊背更窄、以使通过其间的激光驱动电流值更低的窄带电流限制层。本发明既能保持低成本，又能保持激光器的高性能。

说明书

技术领域：

本发明涉及半导体激光器件。更具体地说，特别是脊形波导式构造的半导体激光器件。

背景技术：

广泛应用于光通讯、光信息存贮、光测量等方面的半导体激光器件，其传统构造分为掩埋波导形和脊形波导形两大类。后者较容易制造，成本也较低，但驱动电流阀值较高。其原因在于其长条状脊形波导不能做得太窄，否则，会增加其后工艺的难度，而且金属电极跟半导体的接触面太小，电特性不稳定，电压会增高。现有技术中，一种方法是采用选择性氧化来解决这一问题，同时显著地降低阀值电流。但这不仅需要导入另外的高温氧化设备和严格的控制手段，增加成本，而且，氧化过程中难以避免不需要氧化的部分受到氧化的影响。

另一个方法是采用倒梯形的脊形波导结构，但这不能任意设计波导的上下宽度和高度，限制了激光器的设计自由度和性能的进一步提高。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有新的结构形式的脊形波导式半导体激光器件及其制作方法。既保持低成本，又保持激光器的高性能。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

脊形波导式半导体激光器件，层状结构，包括底座和条状脊背，所述底座以半导体为衬底基片，衬底基片的下层面为下部金属电极层，衬底基片的上层面依次为下部包被层、下部导波层、激光活性层、上部导波层和上部包被层；所述条状脊背是在条状包被层上覆盖接触层，其上表层为上部金属电极层；

本发明的结构特点是，作为电流通道，在位于激光活性层之上的包被层中，或是在位于激光活性层之下的下部包被层中，或是激光活性层本身，具有宽度较之条状脊背更窄、以使通过其间的激光驱动电流值更低的窄带电流限制层。

本发明的结构特点还在于该窄带电流限制层为选择性蚀刻层。

具有上述结构的脊形波导式半导体激光器件的制作方法，其特点是采用如下工艺程序：

a、在半导体衬底基片上生长上、下部包被层和导波层，由上下部导波层夹住的激光活性层，夹在包被层中的窄带电流限制层，以及电极接触层的晶体生长工序；在所设定的区域内用光刻和蚀刻方法形成两侧凹下，中间凸起的条状脊背；

b、在窄带电流限制层所在位置，用选择性化学蚀刻液从脊背的两侧只对该窄带电流限制层进行蚀刻，蚀刻深度依窄带电流限制层的宽度而设定；

c、被选择蚀刻掉的部分由绝缘物质填充，去掉脊形波导上表面的电流注入窗口部分的绝缘层后，蒸镀金属电极层。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明中脊形波导上部可保持适当的宽度，以便其后的电极窗口形成工艺容易实施，降低成本，并且使金属电极层与半导体接触层的表面接触面积增大、电阻减小，从而确保良好的电流特性，降低电压，提高电特性的稳定性。

2、本发明中由于脊形波导下部的窄带电流限制层狭窄，可以使注入激光器活性层的电流分布带足够窄小，以足够限制住电子及光子分布，从而降低半导体激光器的驱动阀值电流，提高半导体激光器的基本性能，进而带来系列好处，比如无致冷的实现等。

3、本发明采用选择性蚀刻技术，利用选择性化学蚀刻液只对所定部分进行选择性蚀刻，从而制得窄带电流限制层。其方法实施简单、易于控制。制造成本低、产品成品率高。

图面说明：

附图为本发明激光器件断面结构示意图。

具体实施方式：

参见附图，本实施例中的脊形波导式半导体激光器件为层状结构，包括底座和条状脊背。底座是以半导体为衬底基片1，衬底基片1的下层面为下部金属电极层2，衬底基片1的上层面依次为下部包被层10、下部导波层3、激光活性层4、上部导波层5和上部包被层11。条状脊背是在条状包被层6上覆盖接触层7，其上表层为上部金属电极层8。

设置窄带电流限制层9，该窄带电流限制层9位于自条状包被层6至下部包被层10之间的电流通道中。其宽度较之条状脊背更窄，以使通过其间的激光驱动电流值更低。

本实施例中，作为电流通道，窄带电流限制层9位于激光活性层4之上的包被层6和11之间。适合于最常见的脊形波导式半导体激光器件结构。

同样，作为电流通道，窄带电流限制层9也可以位于激光活性层4之下的下部包被层中。

此外，作为电流通道，窄带电流限制层9还可以是激光活性层4本身。

具体实施中，窄带电流限制层9为不同于所在包被层材质的选择性蚀刻层。本实施例中，蚀刻层的材质为InGaAsP，以InP为衬底基片1、以InGaAsP为激光活性层4、以InGaAs(P)接触层7。

具体制作中，采用下述工艺程序在内的制作方法：

在半导体衬底基片上生长上、下部包被层和导波层，由上下部导波层夹住的激光活性层，夹在包被层里的窄带电流限制层，以及电极接触层的晶体生长工序。对于这一多层构造的激光器晶片，在所设定的区域内用光刻和蚀刻方法形成两侧凹下，中间凸起的条状脊背；

由上述传统方式制得的具有条状脊背的半导体激光器件在进一步经过如下步序之后，即可制得本发明中具有窄带电流限制层的半导体器件。包括：

在窄带层所在位置，用选择性化学蚀刻液从脊背的两侧只对该层进行蚀刻，蚀刻深度依所需窄带层的宽度而设定；

被选择蚀刻掉的部分由绝缘物质填充，去掉脊形波导上表面的电流注入窗口部分的绝缘层后蒸镀金属电极层。

如果选择性蚀刻层和电极接触层的材料成分相似的话，进行选择性蚀刻之前，可以采用如下两种方式保护接触层不受蚀刻：

其一，将条状脊背的形成过程分为两步，第一步只蚀刻掉接触层部分，蒸镀上二氧化硅SiO2或其它材质的保护膜之后，再继续进行第二步蚀刻形成脊背波导。这样，SiO2保护膜自然留在接触层两侧及其顶部，起到保护作用。

其二，在形成条状脊背之后，从两侧斜方向只对接触层部分蒸镀保护膜，比如二氧化硅SiO2保护膜，也可以是其它材质的保护膜，从而避免接触层被选择性蚀刻液蚀刻掉。

再后，去掉脊背上表面的电流注入窗口部分表面的绝缘物质形成p侧金属电极层。最后磨薄衬底基片的厚度后，在其下侧形成n侧金属电极层。从而完成整个器件的制作。