[發明專利]一種量子阱邊發射半導體激光器的制作方法

無效

• 申請號: 200710099865.8
• 申請日: 2007-05-31
• 公開（公告）號: CN101316027A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發明（設計）人: 徐云;陳良惠;李玉璋;曹青;宋國峰;郭良
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343;H01S5/20;H01S5/22;H01S5/24
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及半導體激光器技術領域，尤其涉及一種用于改善輸出光斑的量子阱邊發射半導體激光器的制作方法。

背景技術

半導體激光器由于其體積小、壽命長、電光轉化效率高等優點廣泛應用于光存儲、光顯示、光通信等領域。半導體激光器中很大一部分比例是邊發射激光器，它是直接利用半導體材料的自然解理面來做諧振腔面，工藝簡單、晶面完美。但邊發射激光器所固有的一些缺陷，如光束發散角大、光束質量差等問題的存在，給實際應用帶來了很大困難。

眾所周知邊發射量子阱半導體激光器的輸出光斑是橢圓形的不對稱光斑。造成邊發射激光器光斑不對稱的主要原因是有源區材料的不對稱，尤其是目前廣泛應用的量子阱半導體激光器，量子阱激光器是由注入有源區的過剩載流子(電子或空穴)在達到粒子數反轉時發生受激輻射復合而形成的激光。

從材料組份來講，量子阱是由一種窄帶隙材料夾在上下兩層寬帶隙材料組成的，中間的窄帶隙材料通常是一個超薄層，可由金屬有機化合物氣相沉淀法(MOCVD)或分子束外延技術(MBE)生長而成，沿生長方向也就是橫向，有源層的厚度只有幾個納米。而從側向的器件結構來講，脊形光波導結構激光器的脊形臺面一般為幾個微米，這種外延方向與脊形臺面方向材料種類和尺寸的不對稱導致了激光器端面輸出光斑的不對稱，通常垂直于脊形臺面的垂直(橫向)發散角比較大，一般為三、四十度，平行于脊形臺面的平行(側向)發散角比較小，為十度左右。

而通常在實際應用中對輸出光斑有一定的要求，比如光存儲和光纖通信領域，希望光斑越圓越小越好，也就是希望垂直發散角和平行發散角越接近并且越小越好，這有利于提高光存儲中數據的讀取速度，也有利于在光纖通信中提高激光器與光纖的耦合效率。

由于脊形臺面的寬度遠遠大于橫向外延方向的尺寸，因此兩者之間的光場耦合可忽略，近似認為激光器的垂直發散角主要取決于材料的外延生長。而激光器的平行發散角則與脊形臺面的寬度緊密相關。因此當外延片結構已確定的情況下，改善激光器光斑的方法之一是采用窄條脊波導，尤其是在基橫模大功率半導體激光器的制備中，減小脊形臺面寬度能增大半導體激光器的平行發散角。但減小脊形臺面寬度會使激光器的有源區變小，從而影響了激光器輸出功率的提高。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種用于改善輸出光斑的量子阱邊發射半導體激光器的制作方法，在保證脊形光波導激光器原有輸出功率、電光轉換效率基本不受影響的同時，增大平行發散角，改善激光器的輸出光斑。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種用于改善輸出光斑的量子阱邊發射半導體激光器的制作方法，該方法包括：

A、在N型鎵砷襯底上依次制備鎵砷緩沖層和鎵銦磷緩沖層；

B、在鎵銦磷緩沖層上依次制備鋁鎵銦磷限制層、光波導層和有源層，并形成分別限制異質結構；

C、在外延片上通過兩次光刻出雙溝脊波導，制備脊形臺面作為出光面；

D、在脊形臺面上淀積電絕緣膜；

E、在電絕緣膜上制備P面電極；

F、對N型襯底減薄拋光后制備N面電極。

上述方案中，步驟A中所述N型鎵砷襯底為(100)面偏<111>A方向15°的N型偏角鎵砷襯底，所述步驟A包括：選用(100)面偏<111>A方向15°的N型偏角鎵砷襯底，采用金屬有機化合物氣相沉淀法在選用的N型鎵砷襯底1上外延生長N型鎵砷緩沖層2和N型鎵銦磷緩沖層3。

上述方案中，所述步驟B包括：在所述鎵銦磷緩沖層3上依次外延生長N型鋁鎵銦磷下限制層4、鋁鎵銦磷下光波導層5、有源區6、鋁鎵銦磷上光波導層7、重摻雜的鎵銦磷腐蝕停止層9、P型鋁鎵銦磷上限制層8、P型鎵銦磷帶間層10和重摻雜的P型鎵砷歐姆接觸層11。

上述方案中，所述N型鋁鎵銦磷下限制層4、鋁鎵銦磷下光波導層5、鋁鎵銦磷上光波導層7和P型鋁鎵銦磷上限制層8的材料均采用鋁鎵銦磷，且N型鋁鎵銦磷下限制層4和P型鋁鎵銦磷上限制層8中的鋁組分高于鋁鎵銦磷下光波導層5和鋁鎵銦磷上光波導層7中的鋁組分，用于形成分別限制異質結構；

所述有源區6由鎵銦磷量子阱和鋁鎵銦磷量子壘組成，為鎵銦磷和鋁鎵銦磷材料系形成的壓應變量子阱，有源區6與光波導層和上下限制層共同形成分別限制異質結構。