專利名稱：脊形波導(dǎo)式半導(dǎo)體激光器件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器件。更具體地說，特別是脊形波導(dǎo)式構(gòu)造的半導(dǎo)體激光器件。
背景技術(shù)：
廣泛應(yīng)用于光通訊、光信息存貯、光測量等方面的半導(dǎo)體激光器件，其傳統(tǒng)構(gòu)造分為掩埋波導(dǎo)形和脊形波導(dǎo)形兩大類。后者較容易制造，成本也較低，但驅(qū)動(dòng)電流閥值較高。其原因在于其長條狀脊形波導(dǎo)不能做得太窄，否則，會(huì)增加其后工藝的難度，而且金屬電極跟半導(dǎo)體的接觸面太小，電特性不穩(wěn)定，電壓會(huì)增高?，F(xiàn)有技術(shù)中，一種方法是采用選擇性氧化來解決這一問題，同時(shí)顯著地降低閥值電流。但這不僅需要導(dǎo)入另外的高溫氧化設(shè)備和嚴(yán)格的控制手段，增加成本，而且，氧化過程中難以避免不需要氧化的部分受到氧化的影響。
另一個(gè)方法是采用倒梯形的脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，但這不能任意設(shè)計(jì)波導(dǎo)的上下寬度和高度，限制了激光器的設(shè)計(jì)自由度和性能的進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有新的結(jié)構(gòu)形式的脊形波導(dǎo)式半導(dǎo)體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。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是脊形波導(dǎo)式半導(dǎo)體激光器件，層狀結(jié)構(gòu)，包括底座和條狀脊背，所述底座以半導(dǎo)體為襯底基片，襯底基片的下層面為下部金屬電極層，襯底基片的上層面依次為下部包被層、下部導(dǎo)波層、激光活性層、上部導(dǎo)波層和上部包被層；所述條狀脊背是在條狀包被層上覆蓋接觸層，其上表層為上部金屬電極層；
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，作為電流通道，在位于激光活性層之上的包被層中，或是在位于激光活性層之下的下部包被層中，或是激光活性層本身，具有寬度較之條狀脊背更窄、以使通過其間的激光驅(qū)動(dòng)電流值更低的窄帶電流限制層。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還在于該窄帶電流限制層為選擇性蝕刻層。
具有上述結(jié)構(gòu)的脊形波導(dǎo)式半導(dǎo)體激光器件的制作方法，其特點(diǎn)是采用如下工藝程序a、在半導(dǎo)體襯底基片上生長上、下部包被層和導(dǎo)波層，由上下部導(dǎo)波層夾住的激光活性層，夾在包被層中的窄帶電流限制層，以及電極接觸層的晶體生長工序；在所設(shè)定的區(qū)域內(nèi)用光刻和蝕刻方法形成兩側(cè)凹下，中間凸起的條狀脊背；b、在窄帶電流限制層所在位置，用選擇性化學(xué)蝕刻液從脊背的兩側(cè)只對(duì)該窄帶電流限制層進(jìn)行蝕刻，蝕刻深度依窄帶電流限制層的寬度而設(shè)定；c、被選擇蝕刻掉的部分由絕緣物質(zhì)填充，去掉脊形波導(dǎo)上表面的電流注入窗口部分的絕緣層后，蒸鍍金屬電極層。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明中脊形波導(dǎo)上部可保持適當(dāng)?shù)膶挾?，以便其后的電極窗口形成工藝容易實(shí)施，降低成本，并且使金屬電極層與半導(dǎo)體接觸層的表面接觸面積增大、電阻減小，從而確保良好的電流特性，降低電壓，提高電特性的穩(wěn)定性。
2、本發(fā)明中由于脊形波導(dǎo)下部的窄帶電流限制層狹窄，可以使注入激光器活性層的電流分布帶足夠窄小，以足夠限制住電子及光子分布，從而降低半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)閥值電流，提高半導(dǎo)體激光器的基本性能，進(jìn)而帶來系列好處，比如無致冷的實(shí)現(xiàn)等。
3、本發(fā)明采用選擇性蝕刻技術(shù)，利用選擇性化學(xué)蝕刻液只對(duì)所定部分進(jìn)行選擇性蝕刻，從而制得窄帶電流限制層。其方法實(shí)施簡單、易于控制。制造成本低、產(chǎn)品成品率高。
圖面說明附圖
為本發(fā)明激光器件斷面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式參見附圖，本實(shí)施例中的脊形波導(dǎo)式半導(dǎo)體激光器件為層狀結(jié)構(gòu)，包括底座和條狀脊背。底座是以半導(dǎo)體為襯底基片1，襯底基片1的下層面為下部金屬電極層2，襯底基片1的上層面依次為下部包被層10、下部導(dǎo)波層3、激光活性層4、上部導(dǎo)波層5和上部包被層11。條狀脊背是在條狀包被層6上覆蓋接觸層7，其上表層為上部金屬電極層8。
設(shè)置窄帶電流限制層9，該窄帶電流限制層9位于自條狀包被層6至下部包被層10之間的電流通道中。其寬度較之條狀脊背更窄，以使通過其間的激光驅(qū)動(dòng)電流值更低。
本實(shí)施例中，作為電流通道，窄帶電流限制層9位于激光活性層4之上的包被層6和11之間。適合于最常見的脊形波導(dǎo)式半導(dǎo)體激光器件結(jié)構(gòu)。
同樣，作為電流通道，窄帶電流限制層9也可以位于激光活性層4之下的下部包被層中。
此外，作為電流通道，窄帶電流限制層9還可以是激光活性層4本身。
具體實(shí)施中，窄帶電流限制層9為不同于所在包被層材質(zhì)的選擇性蝕刻層。本實(shí)施例中，蝕刻層的材質(zhì)為InGaAsP，以InP為襯底基片1、以InGaAsP為激光活性層4、以InGaAs(P)接觸層7。
具體制作中，采用下述工藝程序在內(nèi)的制作方法在半導(dǎo)體襯底基片上生長上、下部包被層和導(dǎo)波層，由上下部導(dǎo)波層夾住的激光活性層，夾在包被層里的窄帶電流限制層，以及電極接觸層的晶體生長工序。對(duì)于這一多層構(gòu)造的激光器晶片，在所設(shè)定的區(qū)域內(nèi)用光刻和蝕刻方法形成兩側(cè)凹下，中間凸起的條狀脊背；由上述傳統(tǒng)方式制得的具有條狀脊背的半導(dǎo)體激光器件在進(jìn)一步經(jīng)過如下步序之后，即可制得本發(fā)明中具有窄帶電流限制層的半導(dǎo)體器件。包括在窄帶層所在位置，用選擇性化學(xué)蝕刻液從脊背的兩側(cè)只對(duì)該層進(jìn)行蝕刻，蝕刻深度依所需窄帶層的寬度而設(shè)定；被選擇蝕刻掉的部分由絕緣物質(zhì)填充，去掉脊形波導(dǎo)上表面的電流注入窗口部分的絕緣層后蒸鍍金屬電極層。
如果選擇性蝕刻層和電極接觸層的材料成分相似的話，進(jìn)行選擇性蝕刻之前，可以采用如下兩種方式保護(hù)接觸層不受蝕刻其一，將條狀脊背的形成過程分為兩步，第一步只蝕刻掉接觸層部分，蒸鍍上二氧化硅SiO2或其它材質(zhì)的保護(hù)膜之后，再繼續(xù)進(jìn)行第二步蝕刻形成脊背波導(dǎo)。這樣，SiO2保護(hù)膜自然留在接觸層兩側(cè)及其頂部，起到保護(hù)作用。
其二，在形成條狀脊背之后，從兩側(cè)斜方向只對(duì)接觸層部分蒸鍍保護(hù)膜，比如二氧化硅SiO2保護(hù)膜，也可以是其它材質(zhì)的保護(hù)膜，從而避免接觸層被選擇性蝕刻液蝕刻掉。
再后，去掉脊背上表面的電流注入窗口部分表面的絕緣物質(zhì)形成p側(cè)金屬電極層。最后磨薄襯底基片的厚度后，在其下側(cè)形成n側(cè)金屬電極層。從而完成整個(gè)器件的制作。
權(quán)利要求
1.脊形波導(dǎo)式半導(dǎo)體激光器件，層狀結(jié)構(gòu)，包括底座和條狀脊背，所述底座以半導(dǎo)體為襯底基片(1)，襯底基片(1)的下層面為下部金屬電極層(2)，襯底基片(1)的上層面依次為下部包被層(10)、下部導(dǎo)波層(3)、激光活性層(4)、上部導(dǎo)波層(5)和上部包被層(11)；所述條狀脊背是在條狀包被層(6)上覆蓋接觸層(7)，其上表層為上部金屬電極層(8)；其特征是，作為電流通道，在位于激光活性層(4)之上的包被層中，或是在位于激光活性層(4)之下的下部包被層中，或是激光活性層(4)本身，具有寬度較之條狀脊背更窄、以使通過其間的激光驅(qū)動(dòng)電流值更低的窄帶電流限制層(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脊形波導(dǎo)式半導(dǎo)體激光器件，其特征是所述窄帶電流限制層(9)為不同于所在包被層材質(zhì)的選擇性蝕刻層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脊形波導(dǎo)式半導(dǎo)體激光器件，其特征是作為窄帶電流限制層(9)的選擇性蝕刻層，其材質(zhì)為InGaAsP，并且以InP為襯底基片(1)、以InGaAsP為激光活性層(4)、以InGaAs(P)為接觸層(7)。
4.一種權(quán)利要求2所述脊形波導(dǎo)式半導(dǎo)體激光器件的制作方法，其特征是具有下述工藝程序a、在半導(dǎo)體襯底基片上生長上、下部包被層和導(dǎo)波層，由上下部導(dǎo)波層夾住的激光活性層，夾在包被層中的窄帶電流限制層，以及電極接觸層的晶體生長工序；在所設(shè)定的區(qū)域內(nèi)用光刻和蝕刻方法形成兩側(cè)凹下，中間凸起的條狀脊背；b、在窄帶電流限制層所在位置，用選擇性化學(xué)蝕刻液從脊背的兩側(cè)只對(duì)該窄帶電流限制層進(jìn)行蝕刻，蝕刻深度依所需窄帶電流限制層的寬度而設(shè)定；c、被選擇蝕刻掉的部分由絕緣物質(zhì)填充，去掉脊形波導(dǎo)上表面的電流注入窗口部分的絕緣層后，蒸鍍金屬電極層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脊形波導(dǎo)式半導(dǎo)體激光器件的制作方法，其特征是在通過步驟b進(jìn)行選擇性蝕刻之前，采用如下方式保護(hù)接觸層不受蝕刻，即在形成條狀脊背之后，從兩側(cè)斜方向只對(duì)接觸層部分蒸鍍二氧化硅(SiO2)保護(hù)膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脊形波導(dǎo)式半導(dǎo)體激光器件的制作方法，其特征是在通過步驟b進(jìn)行選擇性蝕刻之前，采用如下方式保護(hù)接觸層不受蝕刻，將步驟a所述的條狀脊背形成過程分為兩步，第一步只蝕刻掉接觸層部分，蒸鍍上二氧化硅(SiO2)保護(hù)膜后再繼續(xù)第二步蝕刻形成脊背波導(dǎo)。
全文摘要
脊形波導(dǎo)式半導(dǎo)體激光器件及其制作方法，層狀結(jié)構(gòu)，包括底座和條狀脊背，底座以半導(dǎo)體為襯底基片，襯底基片的下層面為下部金屬電極層，襯底基片的上層面依次為下部包被層、下部導(dǎo)波層、激光活性層、上部導(dǎo)波層和上部包被層；條狀脊背是在條狀包被層上覆蓋接觸層，其上表層為上部金屬電極層。其特征是，作為電流通道，在位于激光活性層之上的包被層中，或是在位于激光活性層之下的下部包被層中，或是激光活性層本身，以選擇性蝕刻形成寬度較之條狀脊背更窄、以使通過其間的激光驅(qū)動(dòng)電流值更低的窄帶電流限制層。本發(fā)明既能保持低成本，又能保持激光器的高性能。
文檔編號(hào)H01S5/22GK1412903SQ0113405
公開日2003年4月23日 申請(qǐng)日期2001年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月16日
發(fā)明者陳農(nóng) 申請(qǐng)人:陳農(nóng)