激光器结构制备方法及激光器结构与流程

本发明涉及半导体激光器制造，特别是涉及激光器结构制备方法及激光器结构。

背景技术：

1、分布式反馈半导体激光器因其动态单模、体积小、集成能力高及光源可靠等优点，被广泛部署在光通信系统中。激光器的基本要素包括三部分：增益介质、具有反馈机制的腔体和能量输入。分布式反馈激光器(distributed feedback laser，dfb)实现反馈机制有两种：一是周期性的折射率调制；二是周期性的增益(损耗)调制。

2、如何改善分布式反馈半导体激光器的良率及可靠性，并降低其制造成本，是相关技术人员亟待解决的技术问题之一。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种激光器结构制备方法及激光器结构，有效提高半导体激光器的性能及稳定性，降低生产工艺的复杂度及制造成本，并提高其良率及可靠性。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本技术的一方面提供一种激光器结构制备方法，包括：提供外延结构，所述外延结构包括依次层叠的衬底、第一掺杂介质层、多量子阱有源层及脊形掺杂介质层；于所述脊形掺杂介质层上形成光栅结构并于所述光栅结构的一端形成反射面，所述光栅结构包括多个沿所述激光器的波导方向周期性间隔分布的光栅沟槽及由各所述光栅沟槽限定的预设导电区域，所述光栅沟槽内形成有至少覆盖所述光栅沟槽的侧壁的透光绝缘层；所述反射面反射回激光腔的光具有预设相位；形成顶面电极层，所述顶面电极层至少与所述预设导电区域的顶面形成欧姆电接触，使得经由所述顶面电极层注入的载流子依次流经所述预设导电区域、所述光栅沟槽下方的所述脊形掺杂介质层后横向扩散至所述多量子阱有源层，形成用于提供泵浦的载流子分布区域。

3、于上述实施例中的激光器结构制备方法中，涉及工艺在采用表面蚀刻光栅的激光器上可以实现，所提出的工艺能实现以下功能：光栅结构一端的反射面和反射光栅之间的距离可以由设计确定，并在制造中由光刻保证精度，使得所述反射回激光腔的光相位的不确定性最小化。由于本技术中的反射面形成于光栅结构制备的过程中，因此，有效地减少了因增设反射面引入的工艺步骤，降低了激光器结构的制造成本，并提高了制备激光器的良率及可靠性。在脊形掺杂介质层上形成包括多个沿激光器的波导方向周期性间隔分布的光栅沟槽及由各光栅沟槽限定的预设导电区域的光栅结构。光栅沟槽是电绝缘体，它限制了由顶面电极层注入电流的流动区域。当光栅沟槽底部与多量子阱有源层之间的距离较小时，注入电流在光栅沟槽底部的扩散受到限制，这会使得在激光腔体方向上，载流子密度随光栅沟槽呈现周期性波动，产生一定程度的增益调制。由于本技术中增益耦合的相位与折射率耦合的相位一致，不会相互抵消，可以通过设置光栅沟槽的形状、大小及数量来调节增益调制强度及折射率调制强度，有效地提高了激光器的性能。可以利用反射面实现激光器的不对称镜面反馈来打破简并模，实现激光器的稳定单模式输出。由于本技术中的反射面形成于光栅结构制备的过程中，因此，有效地减少了因增设反射面引入的工艺步骤，降低了激光器结构的制造成本，并提高了制备的激光器结构的良率及可靠性。

4、在其中一实施例中，于所述脊形掺杂介质层上形成光栅结构并于所述光栅结构的一端形成反射面的步骤，包括：于所述脊形掺杂介质层的上表面形成第一掩膜层，所述第一掩膜层上包含经由光刻并去除部分第一掩膜层后形成的第一开口图形和第二开口图形，所述第一开口图形用于限定所述光栅沟槽的位置及形状，所述第二开口图形用于限定具有预设相位的反射面的位置及形状；形成第二掩膜层，所述第二掩膜层至少覆盖所述第二开口图形并暴露出所述第一开口图形；去除部分所述第一掩膜层、部分所述脊形掺杂介质层，以形成所述光栅沟槽；形成透光绝缘材料层，所述透光绝缘材料层填充满各所述光栅沟槽、并覆盖所述第二掩膜层的上表面；去除部分所述透光绝缘材料层、部分所述第二掩膜层、部分所述脊形掺杂介质层、部分所述多量子阱有源层及部分所述第一掺杂介质层，以形成所述反射面；去除位于所述光栅沟槽的上表面的透光绝缘材料层，以形成所述光栅结构，保留的透光绝缘材料层构成透光绝缘层。

5、于上述实施例中的激光器结构制备方法中，通过第一掩膜层同时设置用于限定多个光栅沟槽的第一开口图形及用于限定反射面的第二开口图形，有效地减少了工艺步骤，降低了工艺复杂度及实施成本的同时，提高了反射面与光栅结构末端之间距离的准确度，使得从所述反射面反射回激光腔的光的相位确定，提高了激光器工作的性能及稳定性。

6、在其中一实施例中，于所述脊形掺杂介质层上形成光栅结构并于所述光栅结构的一端形成反射面的步骤，包括：于所述脊形掺杂介质层的上表面形成第一掩膜层，所述第一掩膜层上包含经由光刻并去除部分第一掩膜层后形成的第一开口图形和第二开口图形，所述第一开口图形用于限定所述光栅沟槽的位置及形状，所述第二开口图形用于限定反射面的位置及形状；形成第二掩膜层，所述第二掩膜层至少覆盖所述第二开口图形并暴露出所述第一开口图形及部分脊形掺杂介质层上表面；去除部分所述第一掩膜层、部分所述脊形掺杂介质层，以形成所述光栅沟槽；形成透光绝缘材料层，所述透光绝缘材料层填充所述光栅沟槽、并覆盖所述第二掩膜层的上表面；去除位于所述光栅沟槽的上表面的透光绝缘材料层，以形成所述光栅结构，保留的透光绝缘材料层构成透光绝缘层；形成顶面电极层，所述顶面电极层至少覆盖所述预设导电区域的上表面并与所述预设导电区域的顶面形成欧姆电接触；形成第三掩膜层，所述第三掩膜层至少覆盖所述顶面电极层的上表面；去除部分所述透光绝缘材料层、部分所述第二掩膜层、部分所述脊形掺杂介质层、部分所述多量子阱有源层及部分所述第一掺杂介质层，以形成所述反射面。

7、于上述实施例中的激光器结构制备方法中，通过第一掩膜层同时设置用于限定多个光栅沟槽的第一开口图形及用于限定反射面的第二开口图形，有效地减少了工艺步骤，降低了工艺复杂度及实施成本的同时，提高了反射面与光栅结构末端之间距离的准确度，使得从所述反射面反射回激光腔的光的相位确定，提高了激光器工作的性能及稳定性。

8、在其中一实施例中，形成所述透光绝缘材料层之后，还包括：去除位于所述光栅沟槽的上表面的透光绝缘材料层，以形成所述光栅结构，保留的透光绝缘材料层构成透光绝缘层；形成顶面电极层，所述顶面电极层至少覆盖所述预设导电区域的上表面并与所述预设导电区域的顶面形成欧姆电接触；形成第三掩膜层，所述第三掩膜层至少覆盖所述顶面电极层的上表面；去除部分所述透光绝缘材料层、部分所述第二掩膜层、部分所述脊形掺杂介质层、部分所述多量子阱有源层及部分所述第一掺杂介质层，以形成所述反射面。

9、在其中一实施例中，所述第二掩膜层与所述第一掩膜层的刻蚀速率不同，利用第二掩膜层保护第二开口图形，避免在刻蚀光栅沟槽的过程中对第二开口图形的形状产生不良影响。

10、在其中一实施例中，于所述脊形掺杂介质层上形成光栅结构并于所述光栅结构的一端形成反射面的步骤，包括：于所述脊形掺杂介质层的上表面形成第一掩膜层，所述第一掩膜层上包含经由光刻并去除部分第一掩膜层后形成的第一开口图形和第二开口图形，所述第一开口图形用于限定所述光栅沟槽的位置及形状，所述第二开口图形用于限定具有预设相位的反射面的位置及形状；形成第四掩膜层，所述第四掩膜层至少覆盖所述第一开口图形并暴露出所述第二开口图形；去除部分所述脊形掺杂介质层、部分所述多量子阱有源层及部分所述第一掺杂介质层，以形成所述反射面；去除所述第四掩膜层，以暴露出所述第一开口图形，基于所述第一开口图形刻蚀并去除部分所述第一掩膜层、部分所述脊形掺杂介质层，以形成所述光栅沟槽；至少于所述光栅沟槽内形成透光绝缘层，以形成所述光栅结构。

11、在其中一实施例中，所述第四掩膜层与所述第一掩膜层的刻蚀速率不同。

12、在其中一实施例中，在于所述脊形掺杂介质层上形成光栅结构并于所述光栅结构的一端形成反射面之前，还包括：在所述脊形掺杂介质层的顶部形成电接触层，以在所述电接触层的上表面形成所述顶面电极层，电接触层可以使得顶面电极层与预设导电区域形成有效电性连接。在脊形掺杂介质层的顶部形成电接触层，可以有效地减小制备的激光器结构的体积。

13、在其中一实施例中，在形成所述光栅结构及所述反射面之前，或在形成所述光栅结构及所述反射面之间，或在形成所述光栅结构及所述反射面之后，还包括：对所得结构执行至少一次激光波导定义工艺，以在进一步提高激光器的性能的同时降低生产工艺的复杂度。

14、在其中一实施例中，形成所述反射面之后，还包括：于所述反射面上形成反射膜。

15、在其中一实施例中，形成所述反射膜的材料包括高反射材料及/或抗反射材料，以利用不对称镜面反馈打破简并模，实现激光器的稳定单模式输出。

16、本技术的另一方面提供了一种激光器结构，包括：采用任一本技术实施例中所述的激光器结构制备方法制备而成。在脊形掺杂介质层上形成包括多个沿激光器的波导方向周期性间隔分布的光栅沟槽及由各光栅沟槽限定的预设导电区域的光栅结构。光栅沟槽是电绝缘体，它限制了注入电流的流动区域。当光栅沟槽底部与多量子阱有源层之间的距离较小时，注入电流在光栅沟槽底部的扩散受到限制，这会使得在激光腔体方向上，载流子密度随光栅沟槽呈现周期性波动，产生一定程度的增益调制。由于本技术中增益耦合的相位与折射率耦合的相位一致，不会相互抵消，可以通过设置光栅沟槽的形状、大小及数量来调节增益调制强度及折射率调制强度，有效地提高了激光器的性能。可以利用反射面实现激光器的不对称镜面反馈来打破简并模，实现激光器的稳定单模式输出。由于本技术中的反射面形成于光栅结构制备的过程中，因此，有效地减少了因增设反射面引入的工艺步骤，降低了激光器结构的制造成本，并提高了制备的激光器结构的良率及可靠性。