[發明專利]制備高選擇比量子級聯激光器脊波導結構的濕法腐蝕方法

有效

• 申請號: 201510329218.6
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN104882788B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 梁平;劉峰奇;張錦川;閆方亮;胡穎;王利軍;劉俊岐;王占國
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/30
• 分類號: H01S5/30;H01S5/22
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種制備高選擇比量子級聯激光器脊波導結構的濕法腐蝕方法。該結構的獨特之處在于通過分步濕法腐蝕技術制備出脊表面寬度與有源區寬度的比值很高的量子級聯激光器脊型波導圖形，使用這種結構制作的量子級聯激光器能夠降低有源區的波導損耗、提高有源區的散熱能力，而且可以降低工藝難度并且不會增加工藝成本。

背景技術

量子級聯激光器的發明是半導體激光器領域里程碑的發展，開創了中遠紅外至太赫茲波段的半導體激光新領域，在紅外對抗、毒品和爆炸物檢測、環境污染監測、太赫茲成像等方向有廣泛的應用前景。量子級聯激光器的制備工藝中非常重要的一個技術環節就是雙溝脊型波導結構的獲得，此結構可以實現器件的光學和電學限制、散熱等。目前，該結構均采用濕法腐蝕和干法刻蝕技術來完成。濕法腐蝕成本較低，但常規的濕法腐蝕側蝕嚴重，側蝕量幾乎與腐蝕深度相同，而在通常情況下有源區和波導層的總厚度超過5.5微米，為了實現光限制和有效的側向散熱，要求的腐蝕深度必須大于有源區和波導層的總厚度，因此腐蝕出圖形的有源區寬度要比表面脊的寬度大許多，即脊表面寬度與有源區寬度的比值很小。由此帶來的后果是：1)會增加光學模式與表面等離激元之間的損耗；2)影響器件的散熱；3)電注入窗口的套刻困難。采用干法刻蝕的方法雖然能夠刻蝕出比較理想的有源脊形狀，但是制備成本高，且側壁較粗糙會增加器件的波導損耗，所以不常使用。因此，如何利用濕法腐蝕技術制備出較為光滑陡直側壁的量子級聯激光器脊型波導結構對未來高性能量子級聯激光器的發展具有很重要的價值。

發明內容

鑒于以上技術問題，本發明提供一種制備高選擇比量子級聯激光器脊波導結構的濕法腐蝕方法。該方法通過將選擇性腐蝕液與非選擇性腐蝕液交替使用腐蝕量子級聯激光器材料，從而獲得較陡直平滑側面的雙溝脊型波導結構。明顯增大了脊表面寬度與有源區寬度的比值，減小了光學模式與表面等離激元之間的損耗，改善了器件的散熱，從而提高了器件性能。同時此技術顯著降低了工藝中套刻電注入窗口的難度且并沒有增加工藝成本。

本發明提供一種一種制備高選擇比量子級聯激光器脊波導結構的濕法腐蝕方法，包括如下步驟：

步驟1：在一量子級聯激光器外延片上制備掩模層；

步驟2：采用光刻的方法在掩模層制備圖形，開出窗口；

步驟3：使用非選擇性腐蝕液，腐蝕腐蝕掉窗口內量子級聯激光器外延片的蓋層，暴露出有源層；

步驟4：使用選擇性腐蝕液，腐蝕掉暴露出的有源層，暴露出襯底；

步驟5：再使用非選擇性腐蝕液，腐蝕窗口的側壁及襯底的表面，獲得平滑的脊型波導側壁，完成制備。

從上述技術方案可以看出，本發明提供一種制備高選擇比量子級聯激光器脊波導結構的濕法腐蝕方法。具有以下有益效果：

獲得陡直平滑側面的雙溝脊型波導結構；

明顯增大了脊表面寬度與有源區寬度的比值，減小了光學模式與表面等離激元之間的損耗；

在限定有源區寬度的要求下，明顯增大了脊表面寬度，使得電注入面積增大，電流密度減小，從而可以有效減小器件發熱；

脊表面寬度的增加，降低了開電注入窗口位置精度的要求，減小了工藝難度。

附圖說明

為了進一步說明本發明的特征和效果，下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步的說明，其中：

圖1為本發明的制備流程圖；

圖2為本發明的實施例，雙溝脊型結構量子級聯激光器的截面示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。

請參閱圖1所示，本發明提供一種制備高選擇比量子級聯激光器脊波導結構的濕法腐蝕方法，包括如下步驟：

步驟1：在一量子級聯激光器外延片10上制備掩模層4，所述量子級聯激光器外延片10依次包括一襯底1、一有源層2和一蓋層3，所述襯底1的材料為InP；有源層2的材料為交替生長的InGaAs和InAlAs；蓋層3的材料為InGaAs，所述制備掩膜層4，是先將光刻膠涂覆在量子級聯激光器外延片10上，再通過曝光顯影將光刻版上的激光器條形圖型復制到量子級聯激光器外延片10上，掩模層4是采用光刻膠：S1805，厚度為300-600nm；

步驟2：采用光刻的方法在掩模層4制備圖形，開出窗口11；