[发明专利]一种可靠性提升的激光器芯片及其制备工艺

说明书

本发明提出了一种可靠性提升的激光器芯片及其制备工艺，用以解决边发射激光器容易端面失效的技术问题。本发明激光器芯片包括衬底，衬底背面设有N面电极，衬底正面设有外延材料，外延材料的顶层为欧姆接触层，外延材料中设有波导，波导附近区域为波导区域；外延材料表面设置有绝缘介质层，波导区域和绝缘介质层上设置有P面电极，但波导区域中的欧姆接触层上不设置绝缘介质层，P面电极与欧姆接触层相接触；激光器芯片端面的区域设有无电极区，无电极区上方不设置绝缘介质层和P面电极。本发明还包括上述激光器芯片的制备方法。本发明在激光器端面设有无电极区，无电极区达到提高COD阈值水平、提升可靠性的目的。

技术领域

本发明属于激光器芯片及其制备的技术领域，尤其涉及一种可靠性提升的激光器芯片及其制备工艺。

背景技术

1962年利用半导体材料成功激射激光，经过多次改良后，半导体激光器逐渐发展为体积小、重量轻、效率高、价格低的激光光源。现在，半导体激光器广泛使用于光纤通信、数据中心、激光打印机、激光扫描器、激光测距、激光雷达等领域。

可靠性是激光器能否能够被应用的关键指标，是激光器能否顺利导入市场的决定性指标。对于边发射激光器（如：DFB、FP），工艺过程复杂、每个工艺都有可能成为可靠性失效的风险点。常规激光器芯片的端面上方覆盖有绝缘介质层和电极，工艺制备过程中，巴条划裂工艺，会将半导体的晶体结构破坏，在端面造成大量的悬挂键、缺陷中心、复合中心；排巴过程中，端面暴露到空气中会造成端面被氧化、脏污；上述问题是导致边发射激光器COD（Catastrophic Optical Damage，光学灾变损伤）阈值降低、可靠性失效的主要原因之一。

由于巴条划裂、氧化、脏污等因素，导致在激光器端面形成很多非辐射复合中心、缺陷中心。这些非辐射复合中心、缺陷中心会造成电子空穴对非辐射复合或者吸收光子，并引起腔面处温度升高。腔面升温一方面会使腔面缺陷运动和局部变热；另一方面会使腔面材料带隙收缩，加剧光子吸收，使腔面温度进一步升高。当载流子密度或者光子密度达到某一程度时，这一过程进入恶性循环，最终导致COD这一不可恢复性的破坏。所以，减少巴条划裂造成的非辐射复合中心/缺陷中心、降低端面的载流子密度、降低光子密度，都会显著增加COD阈值水平。

发明内容

针对边发射激光器容易端面失效的技术问题，本发明提出一种可靠性提升的激光器芯片及其制备工艺，所制备芯片在端面处无载流子注入，达到提高COD阈值水平、提升可靠性的目的。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种可靠性提升的激光器芯片，包括衬底，衬底背面设有N面电极，衬底正面设有外延材料，外延材料的顶层为欧姆接触层，外延材料中设有波导，波导附近区域为波导区域；外延材料表面设置有绝缘介质层，波导区域和绝缘介质层上设置有P面电极，但波导区域中的欧姆接触层上不设置绝缘介质层，P面电极与欧姆接触层相接触；激光器芯片端面的区域设有无电极区，无电极区上方不设置绝缘介质层和P面电极。

所述无电极区在芯片长度方向的长度大于等于1μm且小于芯片长度的一半。

所述无电极区为激光器芯片端面的波导区域或整个激光器芯片端面的区域，无电极区的主要目的在于保证端面波导区域无电压，因此无电极区的范围必须包括端面波导区域；也可以由端面波导区域向两侧或一侧任意延伸构成无电极区。

上述激光器芯片的制备方法，步骤如下：

（1）在晶圆的外延材料上利用光刻工艺制备波导图形，随后利用刻蚀工艺除去波导图形下方的外延材料，从而制备波导；

（2）在步骤（1）中制备有波导的外延材料表面沉积绝缘介质层；

（3）在步骤（2）中绝缘介质层上利用光刻工艺制备窗口图形，随后利用刻蚀工艺除去窗口图形下方波导区域中欧姆接触层上的绝缘介质层；同时刻蚀除去靠近激光器芯片端面的绝缘介质层，制作无电极区；

（4）在步骤（3）中晶圆的欧姆接触层和绝缘介质层上制备P面电极；