边发射激光器光束整形结构、激光器芯片及其制备方法与流程

本发明边发射激光器光束整形结构、激光器芯片及其制备方法，属于半导体材料技术领域。

背景技术：

在半导体激光器光束质量改进方面，传统方法主要有几何光学整形方法和衍射光学整形方法。目前，国内外报道的光束整形方法主要有：柱面镜准直法、平面镜整形技术、非球面微透镜整形技术、微片棱镜堆整形法及衍射元件整形法等。这些方法都可实现光束整形，但这些方法都是在激光芯片外部设计光路进行光束整形，外部光路整形的方法不仅光路结构比较复杂、器件稳定性差，而且整形后的光束功率密度并未增加。

技术实现要素：

本发明边发射激光器光束整形结构、激光器芯片及其制备方法，克服了现有技术存在的不足，提供了一种提高了激光光斑的功率密度、减少了光束发散角的边发射激光器光束整形结构、激光器芯片及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种边发射激光器光束整形结构，其特征在于：光束整形结构为梯形台，梯形台凹陷在边发射激光器芯片内部的n型掺杂的波导层、有源层和p型掺杂的波导层中，梯形台的上底面位于边发射激光器芯片的前输出腔面上，梯形台围成的表面上依次镀有si钝化膜和增透膜。

进一步，所述梯形台的上底面的长度为80～120μm，宽度为1000～1500å，所述梯形台的深度为1000～5000å。

进一步，所述si钝化膜的厚度为100～200å，所述增透膜的材料为si/znse或si/sio2，透射率为90～95%。

一种激光器芯片，包括上述的光束整形结构、在衬底上依次生长的衬底、缓冲层、n型掺杂的限制层、n型掺杂的波导层、有源层、p型掺杂的波导层、p型掺杂的限制层、p型掺杂的顶层和p型高掺杂的电极接触层，该激光器芯片的前腔面依次镀有si钝化膜和增透膜，在后腔面依次镀有si钝化膜和高反射薄膜。

激光器芯片的制备方法，包括以下步骤：

s1.清洗外延片，在衬底上依次生长缓冲层、n型掺杂的限制层、n型掺杂的波导层、有源层、p型掺杂的波导层、p型掺杂的限制层、p型掺杂的顶层和p型高掺杂的电极接触层；

s2.外延片光刻形成周期性分布的平台图形，形成激光器芯片的尺寸形状，然后通过光刻工艺刻蚀p型高掺杂的电极接触层的两侧，中部未蚀刻的区域形成p电极；

s3.采用感应耦合等离子干法刻蚀，从p电极两旁的蚀刻区域上进行深沟刻蚀，蚀刻至缓冲层，深度约为40000～50000å，形成深沟道；

s4.在深沟道中通过感应耦合等离子体-化学气相沉积，淀积一层sio2介质薄膜；

s5.在两个深沟道远离p电极的一旁刻蚀深度55000～60000å的切割道至衬底表面；

s6.在p电极上覆盖一层ti/pt/au，作为p极欧姆接触电极，把衬底厚度减薄至1000000～1300000å，制备n面电极材料，在n面蒸发上一层厚度为3000～5000åau/ge/ni和au，形成n极欧姆接触电极；

s7.把外延片解理成需要的巴条；

s8.在激光器芯片的前腔面上涂光刻胶，采用纳米压印技术，刻蚀出长方形腔面图形，长方形的中心位于所述有源层，长方形的长和宽尺寸分别为80～120μm和1000～1500å；

s9.沿长方形往里采用感应耦合等离子干法刻蚀，刻蚀深度约为1000～5000å，刻蚀出所述梯形台；

s10.采用去胶液和和缓冲氧化物刻蚀液清洗所述梯形台内的光刻胶和sio2介质膜；

s11.在温度为150～300℃时，生长速度为1～2å/秒，在激光器芯片的前腔面和后腔面上蒸镀一层约100～200å的si钝化膜；

s12.在激光器芯片的前腔面镀上增透膜，后腔面镀上高反射薄膜。

进一步，所述步骤s12中，所述高反射薄膜的材料为si/sio2或si/al2o3，周期数为2～4个，反射率为94～98%。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明边发射激光器光束整形结构可调整快轴方向光束的传播方向，使在大发散角的光子在梯形斜边上发生反射，从而实现激光芯片光子聚集的效果，使激光光束质量更高，发散角更小，功率密度更高。采用该结构，不仅解决了在制作芯片发散角大、光斑大及功率密度低的问题，而且还能简化芯片外部光束整形的光路结构设计，从而改善激光芯片的发散角，提高光束的功率密度，适合于大功率高寿命激光器芯片的制作。

附图说明

图1为本发明提供的激光器芯片的结构示意图。

图中，1-衬底，2-缓冲层，3-n型掺杂的限制层，4-n型掺杂的波导层，5-有源层，6-p型掺杂的波导层，7-p型掺杂的限制层，8-p型掺杂的顶层，9-p型高掺杂的电极接触层，10-高反射薄膜，11-si钝化膜，12-p电极，13-增透膜，14-梯形台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明一种边发射激光器光束整形结构，光束整形结构为梯形台14，梯形台14凹陷在边发射激光器芯片内部的n型掺杂的波导层4、有源层5和p型掺杂的波导层6中，梯形台14的上底面位于边发射激光器芯片的前输出腔面上，梯形台14围成的表面上依次镀有si钝化膜11和增透膜13。

梯形台14的上底面的长度为80～120μm，宽度为1000～1500å，梯形台14的深度为1000～5000å。si钝化膜11的厚度为100～200å，增透膜13的材料为si/znse或si/sio2，透射率为90%～95%。

一种激光器芯片，包括上述的光束整形结构、在衬底1上依次生长的衬底1、缓冲层2、n型掺杂的限制层3、n型掺杂的波导层4、有源层5、p型掺杂的波导层6、p型掺杂的限制层7、p型掺杂的顶层8和p型高掺杂的电极接触层9，该激光器芯片的前腔面依次镀有si钝化膜11和增透膜13，在后腔面依次镀有si钝化膜11和高反射薄膜10。

n型掺杂的限制层3提供电子并限制光场分布，n型掺杂的波导层4与p型掺杂的波导层6提供光子反射传播，有源层5是发光层，p型掺杂的限制层7是提供空穴，并限制光子进入限制层以外的外延层，降低光的损失。p-gaas顶层是起到电流扩散的作用。p型高掺杂的电极接触层9用于与p电极12形成欧姆接触。

衬底1的材料为gaas，缓冲层2、n型掺杂的限制层3和n型掺杂的波导层4的材料为n-gaas，p型掺杂的波导层6和p型掺杂的限制层7的材料为p-algaas，p型掺杂的顶层8的材料为p-gaas，p型高掺杂的电极接触层9的材料为p+-gaas。

激光器芯片的制备方法，包括以下步骤：

s1.清洗外延片，在衬底1上依次生长缓冲层2、n型掺杂的限制层3、n型掺杂的波导层4、有源层5、p型掺杂的波导层6、p型掺杂的限制层7、p型掺杂的顶层8和p型高掺杂的电极接触层9。

s2.外延片光刻形成周期性分布的平台图形，形成激光器芯片的尺寸形状，然后通过光刻工艺刻蚀p型高掺杂的电极接触层9的两侧，中部未蚀刻的区域形成p电极12。

刻蚀深度范围为1000～13000å。优选1150å。刻蚀面积依据激光芯片的占空比而定。

s3.采用感应耦合等离子干法刻蚀，从p电极12两旁的蚀刻区域上进行深沟刻蚀，蚀刻至缓冲层2，深度约为40000～50000å，形成深沟道。

s4.在深沟道中通过感应耦合等离子体-化学气相沉积（icp-cvd），淀积一层sio2介质薄膜。

sio2介质薄膜起到保护和限流的作用，可以有效的提高管芯的特性参数。

s5.在两个深沟道远离p电极12的一旁刻蚀深度55000～60000å的切割道至衬底表面；

切割道全部镀上钝化层sio2，避免倒装封装后漏电通道的形成。

s6.在p电极12上覆盖一层ti/pt/au，作为p极欧姆接触电极，把衬底1厚度减薄至1000000～1300000å，制备n面电极材料，在n面蒸发上一层厚度为3000～5000åau/ge/ni和au，形成n极欧姆接触电极。

s7.把外延片解理成需要的巴条。

激光巴条是一定数量的芯片并列在一起。为了阻止芯片之间电和光的相互影响，用于光隔离和电隔离。

s8.在激光器芯片的前腔面上涂光刻胶，采用纳米压印技术，刻蚀出长方形腔面图形，长方形的中心位于有源层5，长方形的长和宽尺寸分别为80～120μm和1000～1500å。

s9.沿长方形往里采用感应耦合等离子干法刻蚀，刻蚀深度约为1000～5000å，刻蚀出梯形台14。梯形台14的结构可以改变光的传播方向。

s10.采用去胶液和和缓冲氧化物刻蚀液清洗梯形台14内的光刻胶和sio2介质膜。

s11.在温度为150～300℃时，生长速度为1～2å/秒，在激光器芯片的前腔面和后腔面上蒸镀一层约100～200å的si钝化膜11；

s12.在激光器芯片的前腔面镀上增透膜13，后腔面镀上高反射薄膜10。高反射薄膜10的材料为si/sio2或si/al2o3，周期数为2～4个，反射率为94～98%。

最后巴条制备完成后，进行数据测试。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。