一种掩埋异质结边发射激光器制备方法与流程

本发明涉及一种掩埋异质结边发射激光器制备方法，属于半导体激光器。

背景技术：

1、掩埋异质结限制（bh）结构是常用的激光器结构之一，已广泛应用在包括直调激光器（dml）和电吸收调制激光器（eml）等边发射激光器中，以限制电流侧向扩散，提高激光器性能。

2、现有掩埋异质结边发射激光器的制备过程通常如下：先通过外延生长工艺生成包括自下而上的衬底层、n型inp层、有源层、下p型inp层、p型ingaas层、上p型inp层的外延片，并在外延片表面制备刻蚀掩膜；然后将外延片刻蚀至n型inp层底面，从而形成掩埋异质结结构；接着在掩埋异质结结构两侧生长p-inp、n-inp，以形成电流限制结构；去除刻蚀掩膜后在晶圆表面生长高掺杂的p-inp和ingaas接触层。特别的，在dml的下p型inp层中以及eml的ld结构区域的下p型inp层中还嵌入有光栅结构，而eml的eam结构区域的下p型inp层中没有光栅结构。

3、掩埋异质结结构的形成通常采用刻蚀的方式，为保证整体产品结构，满足性能及稳定性需求，对于刻蚀工艺的要求较严苛，需满足以下要求：刻蚀纵向尺寸，横向尺寸，刻蚀侧壁光滑度，底部光滑度，无损伤等。现有掩埋异质结结构的刻蚀是通过含ar/n2气体的干法刻蚀及含br2或h2so4/h2o2的溶液湿法刻蚀工艺。含ar/n2气体的干法刻蚀会导致刻蚀表面粗糙，且带来表面损伤；含br2或h2so4/h2o2的溶液湿法刻蚀对各结构侧的刻蚀选择比及横向刻蚀速率难以控制，无法得到满意的刻蚀形貌。图形尺寸控制偏差及粗糙度和损伤会导致阈值电流密度增加，严重的会影响模态质量。因此有必要对掩埋异质结结构的刻蚀工艺进行改进，以实现在保证垂直度及横纵向尺寸控制的前提下，获得较光滑的侧壁及底部形貌，为后续的再生长提供良好基础。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种掩埋异质结边发射激光器制备方法，可实现在保证垂直度及横纵向尺寸控制的前提下，获得较光滑的侧壁及底部形貌，为后续的再生长提供良好基础。

2、本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

3、一种掩埋异质结边发射激光器制备方法，包括对外延片进行刻蚀以形成掩埋异质结结构的步骤，以及在所述掩埋异质结结构两侧生长形成电流限制结构的步骤；所述外延片包括自下而上的衬底层、n型inp层、有源层、下p型inp层、p型ingaas层、上p型inp层、刻蚀掩膜；使用以下工艺对外延片进行刻蚀以形成掩埋异质结结构：

4、s1、第一次干法刻蚀：使用以hi作为刻蚀气体，以sicl4作为保护气体的icp刻蚀工艺将外延片刻蚀至下p型inp层，并保证有源层不暴露；

5、s2、第一次湿法刻蚀：使用选择性刻蚀溶液仅对p型ingaas层进行湿法刻蚀，使得p型ingaas层侧向内缩；

6、s3、第二次湿法刻蚀：使用选择性刻蚀溶液仅对下p型inp层和上p型inp层进行湿法刻蚀，使得下p型inp层和上p型inp层侧向内缩至与p型ingaas层的边缘重叠；

7、s4、第二次干法刻蚀：使用以hi作为刻蚀气体，以sicl4作为保护气体的icp刻蚀工艺将有源层暴露出的部分刻蚀掉，使得有源层侧向内缩至与下p型inp层、p型ingaas层、上p型inp层的边缘重叠；

8、s5、第三次湿法刻蚀：使用选择性刻蚀溶液仅对n型inp层进行湿法刻蚀，使得n型inp层侧向内缩至与有源层、下p型inp层、p型ingaas层、上p型inp层的边缘重叠。

9、优选地，第一次干法刻蚀中hi与sicl4的流量比为8:3。

10、进一步优选地，第一次干法刻蚀中rf功率与bias功率之比为5：1。

11、优选地，第二次干法刻蚀中hi与sicl4的流量比为50:3。

12、进一步优选地，第二次干法刻蚀中rf功率与bias功率之比为20：1。

13、优选地，第一次湿法刻蚀中的选择性刻蚀溶液为h2so4/h2o2稀释液。

14、进一步优选地，所述选择性刻蚀溶液的体积配比为h2so4:h2o2:h2o=1:1:5。

15、优选地，第二次湿法刻蚀和第三次湿法刻蚀中的选择性刻蚀溶液为hcl/h3po4混合溶液。

16、进一步优选地，所述混合溶液中hcl溶液与h3po4溶液的体积配比为1:4。

17、基于同一发明构思还可以得到以下技术方案：

18、一种掩埋异质结边发射激光器，使用如上任一技术方案所述方法制备。

19、相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

20、本发明采用多次选择性湿法刻蚀与多次干法刻蚀有机结合的方式进行掩埋异质结结构的刻蚀，并采用以hi作为刻蚀气体，以sicl4作为保护气体的化学刻蚀占主导作用的icp干法刻蚀工艺，避免引入ar、n2等轰击作用较强的粒子，极大程度上降低了刻蚀表面粗糙度和表面损伤，规避了icp技术的掩膜侧蚀效应；本发明方案可实现掩埋异质结结构垂直度及横纵向尺寸的精确控制，同时可获得平整光滑无损伤的侧壁及底部形貌，afm测试粗糙度显示刻蚀表面接近于一次外延表面，基于该表面形貌进行电流限制结构的再生长，包覆性和平整度较好，提高了激光器的性能稳定性和一致性。

技术特征：

1.一种掩埋异质结边发射激光器制备方法，包括对外延片进行刻蚀以形成掩埋异质结结构的步骤，以及在所述掩埋异质结结构两侧生长形成电流限制结构的步骤；所述外延片包括自下而上的衬底层、n型inp层、有源层、下p型inp层、p型ingaas层、上p型inp层、刻蚀掩膜；其特征在于，使用以下工艺对外延片进行刻蚀以形成掩埋异质结结构：

2.如权利要求1所述掩埋异质结边发射激光器制备方法，其特征在于，第一次干法刻蚀中hi与sicl4的流量比为8:3。

3.如权利要求2所述掩埋异质结边发射激光器制备方法，其特征在于，第一次干法刻蚀中rf功率与bias功率之比为5：1。

4.如权利要求1所述掩埋异质结边发射激光器制备方法，其特征在于，第二次干法刻蚀中hi与sicl4的流量比为50:3。

5.如权利要求4所述掩埋异质结边发射激光器制备方法，其特征在于，第二次干法刻蚀中rf功率与bias功率之比为20：1。

6.如权利要求1所述掩埋异质结边发射激光器制备方法，其特征在于，第一次湿法刻蚀中的选择性刻蚀溶液为h2so4/h2o2稀释液。

7.如权利要求6所述掩埋异质结边发射激光器制备方法，其特征在于，所述选择性刻蚀溶液的体积配比为h2so4:h2o2:h2o=1:1:5。

8.如权利要求1所述掩埋异质结边发射激光器制备方法，其特征在于，第二次湿法刻蚀和第三次湿法刻蚀中的选择性刻蚀溶液为hcl/h3po4混合溶液。

9.如权利要求8所述掩埋异质结边发射激光器制备方法，其特征在于，所述混合溶液中hcl溶液与h3po4溶液的体积配比为1:4。

10.一种掩埋异质结边发射激光器，其特征在于，使用如权利要求1～9任一项所述方法制备。

技术总结本发明公开了一种掩埋异质结边发射激光器制备方法。本发明采用多次选择性湿法刻蚀与多次干法刻蚀有机结合的方式进行掩埋异质结结构的刻蚀，并采用以HI作为刻蚀气体，以SiCl<subgt;4</subgt;作为保护气体的化学刻蚀占主导作用的ICP干法刻蚀工艺，避免引入Ar、N<subgt;2</subgt;等轰击作用较强的粒子，极大程度上降低了刻蚀表面粗糙度和表面损伤，规避了ICP技术的掩膜侧蚀效应；本发明方案可实现掩埋异质结结构侧面垂直度及横纵向尺寸的精确控制，同时可获得平整光滑无损伤的侧壁及底部形貌，AFM测试粗糙度显示刻蚀表面接近于一次外延表面，基于该表面形貌进行电流限制结构的再生长，包覆性和平整度较好，提高了激光器的性能稳定性和一致性。技术研发人员：郭海侠,张扬伙,角谷昌纪受保护的技术使用者：杭州泽达半导体有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1