[发明专利]片上集成AlGaN脉冲激光器制备方法及其器件

说明书

本发明公开了一种片上集成AlGaN脉冲激光器制备方法及其器件，发明提供的方法步骤简洁，易于实现，生长具有AlGaN波导层和AlGaN载流子限制层的外延结构，并结合芯片工艺制备具有多段功能区的器件，该器件具有脊型波导区、锥形放大区和吸收调制区，各个区域的功能不一样，利用片上集成的AlGaN紫外光放大技术，可以有效地减少器件的尺寸，降低波长，经测试可以达到百瓦级的脉冲功率功率输出；采用高散热系数基板进行封装散热处理，散热效果好，确保器件的正常工作。本发明器件即激光器，采用锥型光放大技术，实现脉冲激光的片上集成放大，能够产生脉冲光，波长为紫外波段，可以应用于生物医疗、紫外通讯、光谱分析等领域。

技术领域

本发明涉及AlGaN半导体紫外脉冲激光器技术领域，具体涉及一种片上集成AlGaN脉冲激光器制备方法。

背景技术

近年来，GaN基半导体激光器由于其在显示、照明、通信等领域的强烈应用需求，引起了研究人员的广泛注意。受限于外延材料的衬底技术和生长技术，GaN基半导体激光器的先进技术进展缓慢，且大多集中在连续电流注入条件下，而在脉冲功率激光器方面，只有个别报道。2012年日本研究者报道了外腔放大条件下峰值功率为百瓦级、频率为GHz的脉冲功率激光器，但是其采用的是外腔放大，结构不够紧凑，且属于可见光波段，只采用GaN材料。为此，推出一种采用片上集成的AlGaN紫外光放大技术，有效地减少器件的尺寸，降低波长，输出功率高的片上集成AlGaN脉冲激光器制备方法为当世之所需。

发明内容

针对上述的不足，本发明目的在于，提供一种片上集成AlGaN脉冲激光器制备方法。采用锥型光放大技术，实现脉冲激光的片上集成放大，本发明所制备的器件可以应用与生物医疗、紫外通讯、光谱分析等领域。

本发明为实现上述目的，所提供的技术方案是：一种片上集成AlGaN脉冲激光器制备方法，其包括如下步骤：

一种片上集成AlGaN脉冲激光器制备方法，其包括如下步骤：采用MOCVD或MBE材料生长设备在AlN衬底上生长多层AlGaN外延结构，多层AlGaN外延结构的各层顺序为AlN缓冲层、本征AlGaN层、N型AlGaN包层、AlGaN波导层、AlGaN量子阱、AlGaN载流子限制层、AlGaN波导层、p型AlGaN包层和p型AlGaN欧姆接触层，Al组分根据材料的发光需求和折射率要求在0-1之间进行调节，厚度为1nm-1μm，掺杂浓度为1e16-1e19cm^-3；在外延材料生长完成的基础上,然后采用芯片制备工艺制备所需的器件，具体用到光刻、刻蚀、蒸镀、解离、镀膜工艺技术。

作为本发明的一种优选方案，所述器件上具有脊型波导区、锥形放大区和吸收调制区。

作为本发明的一种优选方案，所述芯片制备工艺具体包括以下步骤：

S1：沉积SiO₂或者SiN掩膜层，厚度为1nm-1μm，作为硬掩膜主要用于AlGaN的深刻蚀；

S2：对器件的各区域进行光刻，采用ICP-RIE刻蚀掩膜层和AlGaN层；采用BCl₃、Cl₂、Ar₂作为刻蚀气体，去除多层AlGaN外延结构中不需要的部分，形成所需的图形；

S3：进行二次光刻，沉积P型欧姆接触电极层；材料的选择可以是多种高功函数的金属的组合，最终实现电流的有效注入，其材料的选择有Pd、Ti、Al、Ag、Cr、Au、Pt、Ni、Cu等，厚度为10nm-100nm。

S4：进行三次光刻，沉积SiO₂或者SiN电学隔离层；厚度为1nm-1μm，对器件进行有效的保护，减少漏电和氧化，增加器件的使用寿命；