[其他]階梯襯底內條形激光器

無效

• 申請號: 87103851
• 申請日: 1987-05-24
• 公開（公告）號: CN87103851A
• 公開（公告）日: 1988-12-14
• 發明（設計）人: 杜國同
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01S3/19
• 分類號: H01S3/19
• 代理公司: 吉林大學專利事務所
• 代理人: 崔麗娟

本發明為一種半導體激光器。

由于光纖通信、激光印刷、激光傳感計測、激光視頻唱盤、信息處理等事業發展的需要，目前世界各國已研制出許多種低閾值、良好線性和單模輸出的半導體雙異質結激光器。為了降低激光器的閾值，通常都采用條形電極結構，以把電流限制在窄小的發光區域。目前制造條形電極限制電流的方法一般采用氧化物隔離、質子轟擊、p-n結隔離等手段，要進行沉積掩膜、光刻、擴散或質子轟擊等復雜的工藝。這樣繁雜的工藝往往使外延晶體引入缺陷而影響激光器的可靠性。為了得到良好線性的光功率曲線和穩定的單基模式振蕩，目前半導體雙異質結激光器大都做成具有內建波導的結構。這樣就要求條形電極和內建的波導結構對準，這是一個難度較大的工藝。日本夏普公司研制了一種V型溝道襯底內條形激光器，克服了上述缺點，但是這種結構激光器要先在襯底上生長一層電流隔離層，電流隔離層生長好后要進行較精細地光刻，腐蝕出V型溝槽以形成電流通路，然后還要進行一次外延生長出雙異質結構來，這樣需要兩次液相外延工藝。目前的液相外延工藝通常每次只能外延一片襯底片，且生產周期較長。另外第一次外延的電流隔離層很薄，二次外延前不能采用較重的腐蝕工藝來清潔處理，因而往往導至二次外延質量不好影響產品質量和成品率，同時在一次外延片上進行較精細地光刻和溝槽腐蝕工藝也是比較麻煩的。

本發明正是為了克服上述困難而提出來的。本發明所依據的原理是非平面襯底液相外延有選擇生長特性的原理。在一個非平面襯底上進行液相外延生長時，由于表面張力和成核驅動力的相互作用，使得彎曲界面要引入一個附加的溶質濃度才能達到相平衡。在平面部分達到相平衡的條件下，凹面呈過飽和狀態而生長加速，凸面呈欠飽和狀態隨之要被溶蝕。液相外延總的趨勢是凹面生長加速，凸區生長減緩，以至最終獲得一個平坦的表面，使自由能減至最小。根據這一原理，可以把襯底腐蝕成適當的形狀，使得電流隔離層和雙異質結構一次液相外延完成生長，電流通路在外延生長中自然形成。具體結構設計舉例如下：

1、階梯襯底內條形激光器，結構斷面如圖2所示。先在襯底片上腐蝕出倒梯形階梯（實際上兩個管芯合起來為一倒梯形寬溝槽）如圖1，然后一次液相外延同時生長出電流隔離層和四層雙異質結構。適當控制第一層電流隔離層生長熔體的過冷度和降溫速度，使得在平面和凹面部分第一層生長時，倒梯形階梯的肩角處呈欠飽和狀態而生長不上，自然形成電流通路。外延片生長好后即可直接進行歐姆接觸工藝制作電極，然后進行管芯的解理和組裝。

2、窄臺階襯底內條形激光器，結構斷面如圖4所示。先在襯底片上腐蝕出倒梯形小窄臺，其斷面如圖3，然后一次液相外延同時生長電流隔離層和四層雙異質結構，在平面和凹面部分生長第一層電流隔離層時，小窄臺肩角呈欠飽和狀態而回熔生長不上，自然形成電流通路。然后可直接進行歐姆接觸工藝。

3、這兩種結構還可以分段做在一個諧振腔內形成復合腔結構，只要把襯底分段腐蝕成倒梯形階梯和窄臺階就可以了。

還可以制作其它形狀的襯底，使得電流隔離層和四層異質結構一次外延同時完成生長，電流通路在外延生長中自然形成。這種結構適用于GaAs襯底0.80～0.90μm波長的激光器和0.80～0.66μm的可見光激光器，也適用于InP襯底的長波長激光器和其它材料制造的半導體雙異質結激光器。

本發明所設計的激光器由于和目前已有的大多數半導體激光器相比，可以省掉沉積掩膜、光刻、擴散或質子轟擊等復雜的制造條形電極的工藝;和V型溝道襯底內條形激光器相比，可省掉一次外延工藝和第一次外延后的精密光刻、溝槽腐蝕、二次外延前嚴格清洗處理等工藝，因而可以有如下優點：

1、大大減少了工藝難度，可提高器件的成品率。

2、解理組裝前的工藝周期可縮短約三分之一，提高了生產效率。

3、減少了許多化學藥品、高純水、氫氣、電力等材料和能源的消耗，從而降低了成本。

4、由于這種工藝所形成的電流通路很窄，可達1～3μm，因而具有很低的閾值電流。

5、減少了工藝中引入晶體的缺陷和閾值電流的降低，可提高激光器壽命和可靠性。

6、外延中可同時形成內建的波導結構并和電流通路自然對準，因而具有良好線性輸出和大功率單基模式激射的特性。

附圖說明：