[其他]阶梯衬底内条形激光器

说明书

本发明为一种半导体激光器。

由于光纤通信、激光印刷、激光传感计测、激光视频唱盘、信息处理等事业发展的需要，目前世界各国已研制出许多种低阈值、良好线性和单模输出的半导体双异质结激光器。为了降低激光器的阈值，通常都采用条形电极结构，以把电流限制在窄小的发光区域。目前制造条形电极限制电流的方法一般采用氧化物隔离、质子轰击、p-n结隔离等手段，要进行沉积掩膜、光刻、扩散或质子轰击等复杂的工艺。这样繁杂的工艺往往使外延晶体引入缺陷而影响激光器的可靠性。为了得到良好线性的光功率曲线和稳定的单基模式振荡，目前半导体双异质结激光器大都做成具有内建波导的结构。这样就要求条形电极和内建的波导结构对准，这是一个难度较大的工艺。日本夏普公司研制了一种V型沟道衬底内条形激光器，克服了上述缺点，但是这种结构激光器要先在衬底上生长一层电流隔离层，电流隔离层生长好后要进行较精细地光刻，腐蚀出V型沟槽以形成电流通路，然后还要进行一次外延生长出双异质结构来，这样需要两次液相外延工艺。目前的液相外延工艺通常每次只能外延一片衬底片，且生产周期较长。另外第一次外延的电流隔离层很薄，二次外延前不能采用较重的腐蚀工艺来清洁处理，因而往往导至二次外延质量不好影响产品质量和成品率，同时在一次外延片上进行较精细地光刻和沟槽腐蚀工艺也是比较麻烦的。

本发明正是为了克服上述困难而提出来的。本发明所依据的原理是非平面衬底液相外延有选择生长特性的原理。在一个非平面衬底上进行液相外延生长时，由于表面张力和成核驱动力的相互作用，使得弯曲界面要引入一个附加的溶质浓度才能达到相平衡。在平面部分达到相平衡的条件下，凹面呈过饱和状态而生长加速，凸面呈欠饱和状态随之要被溶蚀。液相外延总的趋势是凹面生长加速，凸区生长减缓，以至最终获得一个平坦的表面，使自由能减至最小。根据这一原理，可以把衬底腐蚀成适当的形状，使得电流隔离层和双异质结构一次液相外延完成生长，电流通路在外延生长中自然形成。具体结构设计举例如下：

1、阶梯衬底内条形激光器，结构断面如图2所示。先在衬底片上腐蚀出倒梯形阶梯（实际上两个管芯合起来为一倒梯形宽沟槽）如图1，然后一次液相外延同时生长出电流隔离层和四层双异质结构。适当控制第一层电流隔离层生长熔体的过冷度和降温速度，使得在平面和凹面部分第一层生长时，倒梯形阶梯的肩角处呈欠饱和状态而生长不上，自然形成电流通路。外延片生长好后即可直接进行欧姆接触工艺制作电极，然后进行管芯的解理和组装。

2、窄台阶衬底内条形激光器，结构断面如图4所示。先在衬底片上腐蚀出倒梯形小窄台，其断面如图3，然后一次液相外延同时生长电流隔离层和四层双异质结构，在平面和凹面部分生长第一层电流隔离层时，小窄台肩角呈欠饱和状态而回熔生长不上，自然形成电流通路。然后可直接进行欧姆接触工艺。

3、这两种结构还可以分段做在一个谐振腔内形成复合腔结构，只要把衬底分段腐蚀成倒梯形阶梯和窄台阶就可以了。

还可以制作其它形状的衬底，使得电流隔离层和四层异质结构一次外延同时完成生长，电流通路在外延生长中自然形成。这种结构适用于GaAs衬底0.80～0.90μm波长的激光器和0.80～0.66μm的可见光激光器，也适用于InP衬底的长波长激光器和其它材料制造的半导体双异质结激光器。

本发明所设计的激光器由于和目前已有的大多数半导体激光器相比，可以省掉沉积掩膜、光刻、扩散或质子轰击等复杂的制造条形电极的工艺;和V型沟道衬底内条形激光器相比，可省掉一次外延工艺和第一次外延后的精密光刻、沟槽腐蚀、二次外延前严格清洗处理等工艺，因而可以有如下优点：

1、大大减少了工艺难度，可提高器件的成品率。

2、解理组装前的工艺周期可缩短约三分之一，提高了生产效率。

3、减少了许多化学药品、高纯水、氢气、电力等材料和能源的消耗，从而降低了成本。

4、由于这种工艺所形成的电流通路很窄，可达1～3μm，因而具有很低的阈值电流。

5、减少了工艺中引入晶体的缺陷和阈值电流的降低，可提高激光器寿命和可靠性。

6、外延中可同时形成内建的波导结构并和电流通路自然对准，因而具有良好线性输出和大功率单基模式激射的特性。

附图说明：