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1、(10)申请公布号 CN 102832537 A (43)申请公布日 2012.12.19 C N 1 0 2 8 3 2 5 3 7 A *CN102832537A* (21)申请号 201210341667.9 (22)申请日 2012.09.14 H01S 5/187(2006.01) H01S 5/042(2006.01) (71)申请人长春理工大学 地址 130022 吉林省长春市卫星路7089号 (72)发明人赵英杰 刘学东 万灵敏 张建家 侯立峰 晏长岭 冯源 郝永芹 李占国 李特 赵博 戈红丽 赵宇斯 刘羽 金国烈 许鹏 (74)专利代理机构长春市四环专利事务所 22103 代。
2、理人刘玉仁 (54) 发明名称 一种双内腔接触式n侧出光框架支撑结构面 发射半导体激光器 (57) 摘要 一种双内腔接触式n侧出光框架支撑结构面 发射半导体激光器及其制作方法，属于半导体激 光器制造技术领域。相关的现有技术采用p型与 n型电极均为内腔接触式的，但其电极只在p侧引 入，以减少双侧DBR电阻。该技术存在的主要问 题是，p型与n型电极开在同一侧，其电极不可能 制备成封闭环形，由于是半环型，电流的分配不对 称，注入载流子诱发光子形成的光场分布不均匀。 本发明提出的激光器结构， p型与n型电极在器 件两侧，形成双内腔接触式结构，使注入电流绕过 p型DBR和n型DBR直接进入有源区；同时n。
3、侧采 用框架支撑结构及其制作方法，解决了形成n型 电极窗口的刻蚀过程中，器件结构连接强度不足 所造成的有源区崩落问题。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1页 2 1.一种双内腔接触式n面出光框架支撑结构面发射半导体激光器，其特征在于，所述 激光器包括： P型电极（1），p型DBR（2），p型欧姆接触层（3），氧化限制层（4），p型限制层（5），有源 区（6），n型限制层（7），n型欧姆接触层（8），n型DBR（9），缓冲层（10），衬底（11），增透膜。
4、 （12），n型电极（13），刻蚀区域（14），框架支撑结构（15）。 2.根据权利要求1所述的n侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器，其特征在于，p 型电极（1）和n型电极（13）都是内腔接触电极，且电极从双侧引入，注入电流绕过p型DBR 和n型DBR直接进入有源区，等效电阻大大降低。 3.根据权利要求1所述的n侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器，其特征在于，只 对p侧电极（1）与p型欧姆接触层（3）接触处的p型欧姆接触层（3）局部进行重掺，垂直谐 振腔范围内的p型欧姆接触层（3）不重掺杂，以此保证激射的光子不被重掺杂过的p型欧 姆接触层（3）大量吸收。 4.根据权利要求1所述的n侧出光框。
5、架支撑结构面发射半导体激光器，其特征在于，只 对n侧电极（13）与n型欧姆接触层（8）接触处的n型欧姆接触层（8）局部进行重掺，垂直 谐振腔范围内的n型欧姆接触层（8）不重掺杂，以此保证激射的光子不被重掺杂过的n型 欧姆接触层（8）大量吸收。 5.根据权利要求1所述的n侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器，在形成n侧电 极窗口的刻蚀过程中，采用框架支撑结构（15）来进行掩膜，只有（14）处的n型DBR被刻蚀 掉，谐振腔范围内的器件结构与整体的连接稳固性得到加强。 6.根据权利要求1所述的n侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器，在形成n侧电 极窗口的刻蚀过程中，框架支撑结构（15）的框架支撑通道。
6、可以是四通道，也可是其余数量 通道，其宽度和形状不受限制，本案仅提供了一种图示方案示范。 权 利 要 求 书CN 102832537 A 1/3页 3 一种双内腔接触式 n 侧出光框架支撑结构面发射半导体激 光器 技术领域 0001 本发明属于半导体激光器制造技术领域，涉及一种双内腔接触式n侧出光框架支 撑结构面发射半导体激光器及其制作方法。 背景技术 0002 传统面发射半导体激光器的输出功率不及边发射激光器，这是因为传统结构的面 发射半导体激光器主要是由p型DBR、有源层、n型DBR构成，电流经由p型电极，经过p型 DBR、有源区、n型DBR、n型衬底以及n型电极构成回路，这种结构引进的等。
7、效电阻很大，且 阻抗主要由DBR形成，导致器件发热严重，阈值电流升高、内量子效率降低。因此降低器件 的等效电阻，是获取高功率高效率面发射半导体激光器的有效途径之一。为了改变这种状 况，有文献报道，仅在p侧制作内腔接触电极，绕过了p型DBR电阻，对器件的电阻有一定程 度的降低；还有报道p型与n型电极都在p侧引入，以减少双侧DBR电阻，但是带来的问题 是，p型与n型电极开在一侧，其电极不可能制备成封闭环形，由于是半环型，根据电流流经 电阻的分配原则，电流的分配形成不对称性，注入载流子诱发光子形成的光场分布不均匀。 这里面需要指出的是，人们已经认识到双内腔电极可以减少电阻，但其实施和报道中仅仅 提出。
8、了单侧引入，这里面有一个问题必须解决，当p型与n型电极分别从两侧开环形沟槽引 入时，由于剩余的环形连接处仅仅为有源区的厚度，大约数十纳米，在制备工艺过程中，包 括抛磨、超声清洗等，极容易造成有源区受力、振动崩落。 发明内容 0003 本发明提出的一种双内腔接触式n侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器。这 种面发射半导体激光器通过改变器件结构，其电极从双面引入，使注入电流同时绕过p型 DBR和n型DBR直接进入有源区，电流注入分布平衡，载流子诱发光场分布对称均匀，整个器 件等效电阻有效降低，进而使器件的热特性也得到改善。同时这种框架支撑结构及其制作 方法，解决了器件结构连接强度不足，所造成的有源。
9、区崩落问题。 0004 本发明是这样实现的，见剖面结构示意图图1与n侧视图图2。本发明提出了一种 双内腔接触式n侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器。所述激光器的结构包括：p型 电极（1），p型DBR（2），p型欧姆接触层（3），氧化限制层（4），p型限制层（5），有源区（6）， n型限制层（7），n型欧姆接触层（8），n型DBR（9），缓冲层（10），衬底（11），增透膜（12），n 型电极（13），刻蚀区域（14），框架支撑结构（15）。 0005 其特征在于：p型电极（1）和n型电极（13）都是内腔接触电极，注入电流同时绕过 p型DBR和n型DBR直接进入有源区； 0006 其特征在于：。
10、只对p型电极（1）与p型欧姆接触层（3）接触处的p型欧姆接触层 （3） 局部进行重掺，垂直谐振腔范围内的p型欧姆接触层（3）不重掺杂，以此保证激射的光 子不被重掺杂过的p型欧姆接触层（3）大量吸收； 说 明 书CN 102832537 A 2/3页 4 0007 其特征在于：只对n型电极（13）与n型欧姆接触层（8）接触处的n型欧姆接触层 （8）局部进行重掺，垂直谐振腔范围内的n型欧姆接触层（8）不重掺杂，以此保证激射的光 子不被重掺杂过的n型欧姆接触层（8）大量吸收； 0008 其特征在于：p型欧姆接触层（3）含有相位补偿层，其光学厚度满足激光器谐振波 长。 0009 其特征在于：n型欧姆接。
11、触层（8）含有相位补偿层，其光学厚度满足激光器谐振波 长。 0010 其特征在于：在形成n型电极窗口的刻蚀过程中，采用如图2中所示的框架支撑结 构（15）来进行掩膜，只有（14）处的n型DBR被刻蚀掉，谐振腔范围内的器件结构与整体的 连接稳固性得到加强。 0011 其特征在于： 框架支撑结构（15）的框架支撑通道可以是四通道，也可是其余数 量通道，其宽度和形状不受限制，本案仅提供了一种图示方案示范。 0012 本发明提出的内腔接触式面发射激光器的制作过程步骤如下： 0013 1） 在p型DBR（2）表面光刻； 0014 2） 用光刻胶做掩膜，腐蚀p型DBR（2）至p型欧姆接触层（3）； 001。
12、5 3） 对无光刻胶保护的p型欧姆接触层（3）进行重掺； 0016 4） 蒸镀p侧欧姆接触电极Ti/Pt/Au； 0017 5） 剥离； 0018 6） 套刻，刻蚀到p型限制层（5）的表层； 0019 7） 将外延片放入湿氮氧化装置中进行氧化，控制氧化时间，使氧化限制层形成 大小合适的氧化孔径，以实现良好的光电限制，此时p侧制作完成； 0020 8） 衬底减薄并抛光，蒸镀一层增透膜ZrO2； 0021 9） 对n侧进行套刻； 0022 10） 先用HF酸去除n侧没有光刻胶作掩膜保护的增透膜ZrO,再进行湿法腐蚀， 直至刻蚀到n型欧姆接触层（8）的表层，形成n型电极窗口； 0023 11）对无光。
13、刻胶保护电极窗口处的n型欧姆接触层（8）进行重掺； 0024 12） 完全去胶后，采用负胶套刻； 0025 13） 在n侧蒸镀电极AuGe/Ni/Au电极； 0026 14） 剥离。 0027 至此，工艺完成了n侧出射面发射半导体激光器双内腔接触式电极及其框架支撑 结构，注入电流同时绕过p型DBR和n型DBR直接进入有源区，等效电阻大大降低，从而器 件具有更好的热特性，克服了常规结构技术之不足。 0028 附图说明 0029 图1：双内腔接触式n侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器剖面结构示意图： 其中：p型电极（1），p型DBR（2），p型欧姆接触层（3），氧化限制层（4），p型限制层（5）。
14、，有 源区（6），n型限制层（7），n型欧姆接触层（8），n型DBR（9），缓冲层（10），衬底（11），增透 膜（12）和n型电极（13） 0030 图2：双内腔接触式n侧出光框架支撑结构面发射半导体激光器的 n侧图形,其 说 明 书CN 102832537 A 3/3页 5 中：刻蚀区域（14），框架支撑结构（15） 具体实施方案 0031 1、采用金属有机化学气相沉积方法，在厚度约为635m的n型GaAs衬底上依次 外延生长n型GaAs缓冲层；28对由Al 0.9 Ga 0.1 As/Al 0.1 Ga 0.9 As构成的n型DBR；n型GaAs欧 姆接触层；n型限制层；3对In 0.1。
15、7 Ga 0.83 As/GaAs 0.92 P 0.08 构成的应变补偿量子阱增益区，其 中In 0.17 Ga 0.83 As为阱材料，厚度为6nm, GaAs 0.92 P 0.08 为垒材料，厚度为4nm；p型限制层；由 Al 0.92 Ga 0.08 As构成的厚度为30nm的氧化限制层；p型GaAs欧姆接触层；30对由Al 0.9 Ga 0.1 As/ Al 0.1 Ga 0.9 As构成的渐变p型DBR。 0032 2、在外延片p侧进行光刻，曝光、显影后形成所要的光刻图形。 0033 3、光刻图形做掩膜，进行湿法腐蚀或干法刻蚀，刻蚀无光刻胶保护的p型DBR(2) 至欧姆接触层(3。
16、)的表层。 0034 4、对欧姆接触层(3)的圆环刻蚀面进行重掺。 0035 5、采用磁控溅射仪，蒸镀p侧欧姆接触电极Ti（30nm）/Pt（50nm）/Au（200nm）, 然后进行表面剥离。 0036 6、套刻，之后刻蚀无掩膜保护的p型DBR（2），直至p型限制层（5）的表层。 0037 7、将外延片放入湿氮氧化装置中进行氧化，氧化温度400，恒温水浴温度95， N 2 流量1L/min，控制氧化时间，形成氧化孔径，以实现良好的光电限制。 0038 8、在外延片的n侧采用机械的的方法对衬底进行减薄并抛光，蒸镀一层增透膜 ZrO 2 ，以提高光的透过率。 0039 9、在n侧采用双面对准光刻。 0040 10、先用HF酸溶液腐蚀掉n侧没有光刻胶做掩膜保护的增透膜ZrO 2 ；采用干法刻 蚀技术，直至刻蚀到n型欧姆接触层表层，形成n型电极窗口。 0041 11、完全去胶后，采用负胶套刻。 0042 12、对无光刻胶保护电极窗口处的n型欧姆接触层（8）进行重掺。 0043 13、在n侧蒸镀电极AuGe/Ni/Au电极。 0044 14、剥离。 说 明 书CN 102832537 A 1/1页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102832537 A 。