[发明专利]一种具有光栅结构的边发射半导体激光器及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电子技术领域，特别涉及一种具有光栅结构的边发射半导体激光器及制作方法。

背景技术

半导体激光器以其体积小、重量轻、价格便宜等优点广泛用于光纤通信、光盘存取、光谱分析和光信息处理等重要领域。而且特别适用于激光夜视、激光引信、激光雷达等军事领域。边发射半导体激光器是半导体激光器领域的重要组成部分，它是直接利用半导体材料的自然解理面来做谐振腔面，工艺简单、晶面完美。边发射半导体激光器具有以下优点：

1.由于有源层侧向尺寸减小，光场对称性增加，因而能提高光源与光纤的耦合效率。

2.因为在侧向对电子和光场有限制，有利于降低激光器的阈值电流。

3.由于有源区面积小，容易获得缺陷尽可能少或无缺陷的有源层，同时除用作谐振腔的解理面外，整个有源区与外界隔离，有利于提高器件的稳定性和可靠性。

由于边发射半导体激光器是将注入电流加在一条形电极上，这样注入到有源层的非平衡少数载流子由中心向两侧所形成的浓度梯度使其不可避免的会发生侧向扩散，这样就会对有源区载流子分布的均匀性产生影响，从而对边发射激光器的阈值特性、输出模式、输出功率都产生了不良影响。

本发明的用于改善有源区载流子分布均匀性的边发射半导体激光器的制作方法是在传统边发射半导体激光器工艺的基础上增加了一步光刻工艺，因此它的制作工艺简单、成本低、重复性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够改善有源区载流子分布均匀性、减少有源区的载流子泄露、从而降低激光器的阈值电流的具有光栅结构的边发射半导体激光器。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有光栅结构的边发射半导体激光器的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：在砷化镓衬底上依次制备N型限制层、N型波导层、多量子阱有源区和P型波导层，在P型波导层的上表面制备中央带有长条状凸起的P型限制层，在P型限制层的长条状凸起的上表面制备P型欧姆接触层，所述砷化镓衬底、N型限制层、N型波导层、多量子阱有源区、P型波导层、P型限制层和P型欧姆接触层组成分离异质结构；

步骤2：在P型欧姆接触层的上表面光刻出脊形台面；

步骤3：在P型限制层的长条状凸起两侧的平台、长条状凸起的侧壁及脊形台面上表面的边缘淀积二氧化硅绝缘层；

步骤4：在二氧化硅绝缘层的上表面光刻出引线孔，在脊形台面中间的脊形结构的上表面光刻出光栅结构；

步骤5：在二氧化硅绝缘层及带有光栅结构的脊形台面的上表面制备上层P型电极；

步骤6：对带有上层P型电极的分离异质结构进行减薄抛光，减薄抛光后，在砷化镓衬底的下底面制备下层N型电极。

本发明的有益效果是：本发明能够减少有源区的载流子泄露，从而降低激光器的阈值电流，消除了载流子复合后光斑的移动，从而稳定了半导体激光器的测向模式，在传统边发射半导体激光器工艺的基础上增加了一步光刻工艺，与现有的边发射半导体激光器制备工艺完全兼容，制备工艺简单，成本低，广泛适用于各种材料系的边发射半导体激光器。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，步骤1中所述的砷化镓衬底为{100}面偏<111>方向15°N型偏角砷化镓衬底。

进一步，所述步骤2具体为，将分离异质结构上旋涂满光刻胶，通过显影将脊形台面以外区域的光刻胶去除，再利用湿法腐蚀方法腐蚀出脊形台面。

进一步，所述步骤3具体为，在分离异质结构上采用等离子体增强化学气相沉积法淀积一层二氧化硅绝缘层。

进一步，所述步骤4中光刻出引线孔的过程具体为，在长好二氧化硅绝缘层的分离异质结构的脊形台面上利用湿法刻蚀法光刻出引线孔，所述引线孔的宽度小于脊形台面的宽度。

进一步，所述步骤4中光刻出光栅结构的过程具体为，在引线孔上利用湿法腐蚀法光刻出具有周期结构的光栅结构。

进一步，所述上层P型电极和下层N型电极为与镓砷材料形成良好欧姆接触的电极材料。

进一步，所述上层P型电极采用溅射的方法制备，下层N型电极采用蒸发的方法制备。

进一步，在步骤6之后，将具有电极的分离异质结构解理成条，在激光器的前后腔面上分别镀上增透膜和高反膜。

进一步，一种具有光栅结构的边发射半导体激光器，包括砷化镓衬底、N型限制层、N型波导层、多量子阱有源区、P型波导层、P型限制层、P型欧姆接触层，二氧化硅绝缘层、上层P型电极和下层N型电极；