[發(fā)明專利]水汽探測(cè)用激光芯片的制造方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110355379.4
• 申請(qǐng)日: 2011-11-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102364771A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-02-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于紅艷;周旭亮;邵永波;王寶軍;潘教青;王圩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): H01S5/343
• 分類號(hào): H01S5/343;H01S5/22
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光檢測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域，具體為在量子阱結(jié)構(gòu)中采用 大導(dǎo)帶能量差的InGaAlAs材料做壘，結(jié)合常規(guī)的濕法腐蝕和光刻工藝的 一種水汽探測(cè)用激光芯片的制造方法。

背景技術(shù)

我國(guó)幅員廣闊，氣象現(xiàn)象比較復(fù)雜，自然災(zāi)害(如凍雨雪、夏季的大 暴雨)時(shí)有發(fā)生，一旦發(fā)生將使國(guó)家損失慘重，氣象預(yù)報(bào)的重要性不言而 喻。水汽是大氣探測(cè)的四大要素之一，如果能對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的探測(cè)， 對(duì)天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性具有重要意義。目前，國(guó)內(nèi)外主要采用電濕度計(jì)測(cè)量 大氣濕度，如芬蘭Vaisala公司的Humicap型濕度計(jì)。電濕度計(jì)，包括濕 敏電阻和濕敏電容等，雖然響應(yīng)速度快、受環(huán)境溫度影響小，線性度好； 但對(duì)濕度測(cè)量有很大的滯后效應(yīng)，在高溫高濕環(huán)境下退濕困難的問(wèn)題尤其 嚴(yán)重，甚至?xí)?dǎo)致觀測(cè)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。而且壽命短(3-6個(gè)月)。另外，像稱重 法等高精度的濕度計(jì)，雖然測(cè)量范圍寬，但反應(yīng)慢，操作繁瑣，需要人工 操作，也不能適應(yīng)苛刻的環(huán)境條件，無(wú)法在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng) 的氣象傳感器存在許多問(wèn)題。

近年來(lái)可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)技術(shù)在氣體分析中逐漸成 熟起來(lái)，其單線光譜分析技術(shù)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如高光譜分辨率、高 靈敏度、高選擇性、快速實(shí)時(shí)等。TDLAS技術(shù)中最主要的部件就是作為光 源的可調(diào)諧分布反饋半導(dǎo)體(DFB)激光器。DFB激光器可以保證系統(tǒng)以某一 精確的波長(zhǎng)為目標(biāo)，避免背景氣體的交叉干擾，并且其波長(zhǎng)可以被溫度和 電流調(diào)諧，是一個(gè)非常可靠的組件。

水汽的吸收譜線主要分布在1.8-1.9微米的近紅外波段，水汽探測(cè)用 DFB激光芯片的激射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于水汽的吸收峰。DFB激光器隨著波長(zhǎng)的增 加，由俄歇復(fù)合、帶間吸收等導(dǎo)致的光損耗也增加，這導(dǎo)致激光器性能下 降。當(dāng)高溫工作時(shí)，激光器性能下降更快，即激光器的特征溫度較低，因 此提高長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器的特征溫度成為制備高性能器件的關(guān)鍵。若給激光器 量子阱中的電子以更強(qiáng)的束縛能力，更大的限制載流子從量子阱中的泄 露，可顯著減小激光器的溫度依賴性，即提高器件的特征溫度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種水汽探測(cè)用激光芯片的制造方法。本發(fā) 明采用導(dǎo)帶能量差較大的InGaAlAs材料做壘，對(duì)電子具有更強(qiáng)的限制能 力，減小漏電流，提高了器件的特征溫度。同時(shí)，上下波導(dǎo)層采用與InP 襯底晶格匹配的InGaAsP材料，避免在完成光柵工藝之后的二次生長(zhǎng)中出 現(xiàn)Al氧化問(wèn)題。

本發(fā)明提供一種水汽探測(cè)用激光芯片的制造方法，包括如下步驟：

步驟1：在n型InP襯底上依次外延生長(zhǎng)InP緩沖層、下波導(dǎo)層、多 量子阱結(jié)構(gòu)、上波導(dǎo)層和p-n反型層；

步驟2：采用全息曝光法在p-n反型層和上波導(dǎo)層上制作復(fù)耦合光柵；

步驟3：在復(fù)耦合型光柵上二次外延生長(zhǎng)出第一p-InP蓋層、刻蝕停 止層、第二p-InP蓋層和p-InGaAs接觸層；

步驟4：在第二p-InP蓋層和p-InGaAs接觸層上腐蝕出脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)， 并大面積淀積二氧化硅層；

步驟5：刻蝕掉中間的脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上面的二氧化硅層，形成窗口；

步驟6：在脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和窗口的表面濺射出P面電極并蒸發(fā)出N面 電極。

其中所述多量子阱結(jié)構(gòu)中壓應(yīng)變的量子阱材料為InGaAs，應(yīng)變量為 2.0-2.4％，壘材料為與n型InP襯底晶格匹配，帶隙波長(zhǎng)為1.23μm的 InGaAlAs。

其中壘材料InGaAlAs與阱材料InGaAs的導(dǎo)帶能量差比InGaAsP與阱 材料InGaAs的導(dǎo)帶能量差大。

其中所述下波導(dǎo)層以及上波導(dǎo)層所采用的材料為帶隙波長(zhǎng)為1.3μm 的InGaAsP。

附圖說(shuō)明

為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明作 詳細(xì)的描述，其中：

圖1為在n-InP襯底上一次外延后的端面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為制備光柵后的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為二次外延后的端面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為制備脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)并在其上大面積淀積二氧化硅層后的端面結(jié) 構(gòu)示意圖；

圖5為刻制出脊型波導(dǎo)窗口后的端面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為濺射P面電極和蒸發(fā)N面電極后的端面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式