[发明专利]锥形半导体激光器及其制作方法

说明书

本发明提供了一种锥形半导体激光器，包括：衬底；依次覆盖于衬底表面的N型限制层、N型波导层、有源层、P型波导层和P型刻蚀阻挡层；N型反型层，覆盖于P型刻蚀阻挡层表面，N型反型层中间开设有凹陷且使P型刻蚀阻挡层暴露的脊形单模区和锥形放大区，锥形放大区与脊形单模区相连且沿背离脊形单模区方向的宽度逐渐增大；P型限制层，覆盖于N型反型层表面，P型限制层上靠近N型反型层一侧设有与N型反型层的凹陷侧面和凹陷底面匹配的脊形凸台结构；欧姆接触层，覆盖于P型限制层表面；P面电极和N面电极。本发明还提供了该锥形半导体激光器的制作方法。本发明可明显减少光刻和刻蚀工艺次数，提高器件的性能。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件领域，特别涉及一种锥形半导体激光器及其制作方法。

背景技术

1993年，美国Lincoln实验室的一个研究小组在世界上首次报道了一种称为锥形半导体激光器的半导体光电器件[SPIE.Vol.1850，P.51(1993)]，通过将脊形单模区和锥形放大区集成在一起，实现了半导体激光器在高功率输出的同时仍具有良好的光束质量。与普通的脊形激光器和宽条激光器不同之处在于，锥形激光器中脊形单模区提供类高斯模式的单模种子光，锥形放大区提供增益将来自脊形区的种子光进行功率放大，并能够防止光束质量不发生退化。正因为有此特点，锥形半导体激光器将有可能在工业直接加工和处理等领域发挥巨大作用。

为了制作出具有良好光束质量的锥形半导体激光器，通常需要多次光刻工艺和刻蚀工艺[发光学报.Vol.37，P.1502-1506(2016)]。多次光刻步骤之间需要精确的对准，多次的刻蚀工艺也需要精确控制每次的目标刻蚀深度，对准偏差和刻蚀偏差将会使得器件偏离设计的结构尺寸，导致器件的性能达不到预期设计值。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种锥形半导体激光器及其制作方法，以减少光刻和刻蚀工艺次数，制作出高光束质量的半导体激光器。

(二)技术方案

本发明一方面提供一种锥形半导体激光器，包括：衬底10；依次覆盖于所述衬底10表面的N型限制层20、N型波导层30、有源层40、P型波导层50和P型刻蚀阻挡层60；N型反型层70，覆盖于所述P型刻蚀阻挡层60表面，所述N型反型层70中间开设有凹陷且使所述P型刻蚀阻挡层60暴露的脊形单模区1和锥形放大区2，所述锥形放大区2与脊形单模区1相连且沿背离所述脊形单模区1方向的宽度逐渐增大；P型限制层90，覆盖于所述N型反型层70表面，所述P型限制层90上靠近所述N型反型层70一侧设有与所述N型反型层70的凹陷侧面和凹陷底面匹配的脊形凸台结构；欧姆接触层100，覆盖于所述P型限制层90表面；P面电极101和N面电极102。

可选地，所述锥形放大区2的锥角全角小于10°。

可选地，所述衬底10覆盖于所述N面电极102表面，所述P面电极101覆盖于所述欧姆接触层100表面。

可选地，所述N型限制层20、N型波导层30和N型反型层70的掺杂物质均为硅或磷，所述P型限制层90、P型波导层50和P型刻蚀阻挡层60的掺杂物质均为碳或锌。

本发明另一方面提供该锥形半导体激光器的制作方法，包括：步骤S1，选择一衬底10，在所述衬底10表面依次生长N型限制层20、N型波导层30、有源层40、P型波导层50、P型刻蚀阻挡层60和第一N型反型层701，形成晶圆；步骤S2，在所述第一N型反型层701表面完整旋涂光刻胶80，在所述光刻胶80上光刻出与所述脊形单模区1和锥形放大区2结构相同的锥形电流注入区域；步骤S3，在所述第一N型反型层701上刻蚀去除未被光刻胶80覆盖的区域，形成所述N型反型层70；步骤S4，去除所述N型反型层70表面残余的光刻胶80，并清洗晶圆；步骤S5，在晶圆表面依次生长P型限制层90和欧姆接触层100；步骤S6，减薄衬底10后，在衬底10上背离所述N型限制层20的一面生长N面电极102，在所述欧姆接触层100表面生长P面电极101。