一种波长为650nm的分布反馈半导体激光器的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种波长为650nm的分布反馈半导体激光器的制作方法，其包含以下步骤：(1)采用MOCVD外延在N‑GaAs衬底上获得一次外延材料；(2)在一次外延材料的p‑InGaAsP光栅层制作光栅；(3)二次外延上包层和接触层；(4)进行脊波导激光器工艺实现器件的制备。该激光器采用张应变InGaP/AlGaInP有源区以及张应变InGaP刻蚀停止层，可实现高寿命、低阈值、性能均一的650nm的分布反馈半导体激光器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电子领域，涉及单模反馈半导体激光器的制作方法，为GaAs基InGaP/AlGaInP有源区的激光器提供参考。
技术介绍
人类的经济及社会活动必然会排放大量细颗粒物(PM2.5)，从而导致近年来中国北方地区出现大规模的雾霾天气，冬天更为严重。这些空气颗粒物有各种对人体有害的细颗粒、有毒物质达几十种，包括了酸、碱、酚等，以及尘埃、花粉、螨虫、流感病毒等，其含量是普通大气水滴的几十倍。与雾相比，霾对人的身体健康的危害更大。由于霾中细小粉粒状的飘浮颗粒物直径一般在0.01微米以下，可直接通过呼吸系统进入支气管，甚至肺部，因此霾影响最大的就是人的呼吸系统，造成呼吸道疾病，甚至脑血管疾病、鼻腔炎症等病种。2013年以来，北京市PM2.5小时浓度多次超过每立方米500微克。因此必须进行有效的监测PM2.5的数值，从而做出预防措施，进而做出减少雾霾天气的措施。目前监测大气污染物主要采用的是直接称重、多点监测、人工取样等方法。此类传统方法时效性差、效率较低、费事费力。基于光散射法原理进行颗粒物的检测，是近年来兴起的PM2.5数值监测的有效、实时、简洁的测试方法。分布反馈半导体激光器是颗粒物激光监测的核心配件，650nm波段是监测的有效波段。目前，对发光波长为650nm的InGaP/AlGaInP有源区的分布反馈半导体激光器研究较少，结构单一，由于能带结构的限制，外延材料必须使用含Al的材料，制约了激光器的功率和寿命。一般结构中，上包层采用掺Zn的方案使得反应室存在Zn残留，使得后续外延的本底变差，如果清洗反应室的方法，连续性生产会受到影响。同时在刻蚀激光器的脊时，有较少的材料选择，即使采用干法刻蚀，脊的深度并不能控制绝对均一，从而导致了性能的不均一性。本专利技术采用压应变的InGaP阱材料结合低Al组分的AlGaInP垒层和限制层，以获得低阈值、高寿命的性能。上包层采用掺C的AlGaAs排除Zn对反应室本底的破坏。张应变的InGaP的设计使得起到刻蚀停止层的作用，同时不会对光产生吸收。
技术实现思路
本专利技术属于光电子领域，涉及单模反馈半导体激光器的制作方法，为GaAs基InGaP/AlGaInP有源区的激光器提供参考。
技术实现思路
如下：1.一种波长为650nm的分布反馈半导体激光器的制作方法包含以下步骤：(1)采用MOCVD外延在N-GaAs衬底上获得一次外延材料；(2)在一次外延材料的p-InGaAsP光栅层制作光栅；(3)二次外延上包层和接触层；(4)进行脊波导激光器工艺实现器件的制备。2.根据权利要求1所述的波长为650nm的分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在于，所述的一次外延材料一次包括200nm～400nmn-GaAs缓冲层(掺Si，n＝1～3×1018cm-3)，1.2μm～1.3μm的n-Al0.51In0.49P下包层(掺Si，n＝1～2×1018cm-3)，60nm～80nm的Al0.35Ga0.17In0.48P下限制层，InGaP/AlInGaP多量子阱有源区(激射波长为650nm)，60nm～80nm的Al0.35Ga0.17In0.48P上限制层，100nm～200nm的p-Al0.8GaAs层(掺C，p＝1～2×1018cm-3)，60nm～90nm的p-InGaAsP光栅层(掺Zn，p＝1～2×1018cm-3)。3.根据权利要求1所述的波长为650nm的分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在于，所述的p-InGaAsP光栅的布拉格波长在650±2nm，4.根据权利要求1所述的波长为650nm的分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在于，所述的二次外延材料为1.1μm～1.2μmp-Al0.8Ga0.2As上包层(掺C，p＝1～2×1018cm-3)和150nm～200nm的p+-GaAs接触层(掺C，p＝1～2×1019cm-3)。5.根据权利要求4所述的1.1μm～1.2μmp-Al0.8Ga0.2As上包层，其特征在于，在该层中距离光栅层50nm～100nm处有5nm～10nm的InGaP刻蚀停止层(掺Zn，p＝1～2×1018cm-3)，其波长小于630nm。6.根据权利要求1所述的波长为650nm的分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在于，脊波导激光器工艺中的刻蚀脊台时，采用干法刻蚀到刻蚀停止层以上100nm，然后采用选择性腐蚀液(腐蚀AlGaAs不腐蚀InGaP)腐蚀至刻蚀停止层InGaP。本专利技术的特点是：1、无Al的InGaP阱材料结合低Al组分的垒层和限制层可以获得高寿命；2、非对称包层的设计采用掺C的AlGaAs上包层，降低p型本底；3、张应变的InGaP(波长小于630nm)起到刻蚀停止层的作用，同时不会对光产生吸收附图说明图1为外延结构截面示意图图2为激光器截面示意图图3为激光器截面光场限制模拟图具体实施方式请参阅图1～图3，本专利技术提供一种波长为650nm的分布反馈半导体激光器的制作方法，包括以下步骤：(1)采用MOCVD外延在N-GaAs衬底1上获得一次外延材料，包括200nm～400nmn-GaAs缓冲层2(掺Si，n＝1～3×1018cm-3)，1.2μm～1.3μm的n-Al0.51In0.49P下包层3(掺Si，n＝1～2×1018cm-3)，60nm～80nm的Al0.35Ga0.17In0.48P下限制层4，InGaP/AlInGaP多量子阱有源区5(激射波长为650nm)，60nm～80nm的Al0.35Ga0.17In0.48P上限制层6，100nm～200nm的p-Al0.8GaAs层7(掺C，p＝1～2×1018cm-3)，60nm～90nm的p-InGaAsP光栅层8(掺Zn，p＝1～2×1018cm-3)；(2)在一次外延材料的p-InGaAsP光栅层8制作光栅，其布拉格波长在650±2nm，；(3)二次外延上包层和接触层，分别为1.1μm～1.2μmp-Al0.8Ga0.2As上包层9和11(掺C，p＝1～2×1018cm-3)和150nm～200nm的p+-GaAs接触层12(掺C，p＝1～2×1019cm-3)；(4)进行脊波导激光器工艺实现器件的制备，这些工艺包括光刻、刻蚀(刻脊)、沉积SiO2介质层13，开电极窗口，溅射p金属14，减薄，蒸发n金属15。所述的1.1μm～1.2μmp-Al0.8Ga0.2As上包层9和11之间，距离光栅层50nm～100nm处有5nm～10nm的InGaP刻蚀停止层10(掺Zn，p＝1～2×1018cm-3)，其波长小于630nm。所述的脊波导激光器工艺中的刻蚀脊台时，采用干法刻蚀到刻蚀停止层以上100nm，然后采用选择性腐蚀液(腐蚀AlGaAs不腐蚀InGaP)腐蚀至刻蚀停止层InGaP。尽管本专利技术通过实施例阐述如上，然而实施例并非用于限制本专利技术。在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以做出任何修改和变化。本专利技术的保护范围仅如权利要求所限定的那样进行限制。凡在本专利技术的主旨和原理之内的任何修改、变化、等同替换等均应被视为在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波长为650nm的分布反馈半导体激光器的制作方法包含以下步骤：(1)采用MOCVD外延在N‑GaAs衬底上获得一次外延材料；(2)在一次外延材料的p‑InGaAsP光栅层制作光栅；(3)二次外延上包层和接触层；(4)进行脊波导激光器工艺实现器件的制备。

【技术特征摘要】
1.一种波长为650nm的分布反馈半导体激光器的制作方法包含以下步骤：(1)采用MOCVD外延在N-GaAs衬底上获得一次外延材料；(2)在一次外延材料的p-InGaAsP光栅层制作光栅；(3)二次外延上包层和接触层；(4)进行脊波导激光器工艺实现器件的制备。2.根据权利要求1所述的波长为650nm的分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在于，所述的一次外延材料一次包括200nm～400nmn-GaAs缓冲层(掺Si，n＝1～3×1018cm-3)，1.2μm～1.3μm的n-Al0.51In0.49P下包层(掺Si，n＝1～2×1018cm-3)，60nm～80nm的Al0.35Ga0.17In0.48P下限制层，InGaP/AlInGaP多量子阱有源区(激射波长为650nm)，60nm～80nm的Al0.35Ga0.17In048P上限制层，100nm～200nm的p-Al0.8GaAs层(掺C，p＝1～2×1018cm-3)，60nm～90nm的p-InGaAsP光栅层(掺Zn，p＝1～2×1018...

【专利技术属性】
技术研发人员：酉艳宁，
申请(专利权)人：北京青辰光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11