宽光谱晶闸管激光器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种宽光谱晶闸管激光器的制备方法，涉及半导体器件制备技术领域。本发明专利技术公开的制备方法包括：在衬底上制备半导体外延层结构，在半导体外延层结构上形成脊条结构，在脊条结构上制备电极得到所述的宽光谱晶闸管激光器。其中，通过结合传统激光器的PiN结构和传统晶闸管的PNPN结构，引入上N型区，完成具备高输出功率，且有高稳定性和可控性的PNPiN结构宽光谱晶闸管激光器的制备。制备工艺简单可控，成本低廉，易于实现批量生产。

【技术实现步骤摘要】
宽光谱晶闸管激光器的制备方法
本专利技术涉及半导体器件制备
，尤其涉及一种宽光谱晶闸管激光器的制备方法。
技术介绍
宽谱光源具有宽光谱、高强度、高空间相干度等优点，在频率时钟、激光雷达、光通信、超短脉冲压缩、光学相干成像、阿秒脉冲产生以及光学计量等领域有广泛的应用。例如：超辐射发光二极管(SuperluminescentDiode，SLD)、量子点(Quantumdot)/量子棒(Quantumdash)激光器、啁啾量子阱超辐射发光二极管(ChirpQuantumWellSLD)等基于半导体技术的宽谱光源，具有光谱宽、成本低、体积小的优势，解决了传统宽谱激光器的体积过大，适用范围窄的问题。目前，半导体宽光谱光源仍存在功率过低，适用范围小，且稳定性和可控性较差等问题，对该类光电子器件的实际应用产生了很大影响。晶闸管是一种在晶体管基础上发展起来的半导体三极器件，具有大功率、单向导电和导通时间栅极可控的特征，主要用于电力电子领域中的整流、逆变、调压及开关等方面。因此，宽光谱晶闸管激光器将晶闸管结构与半导体宽谱激光器结合在一起，结合传统激光器的PiN结构和传统晶闸管的PNPN结构，制备得到的GaAs基新型PNPiN结构晶闸管激光器，通过在激光器中引入栅电极控制，很好地结合了晶闸管器件以及宽光谱光源的优点，提高了该类激光器的整体性能。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对一种新型的GaAs基带栅电极的宽光谱晶闸管激光器，为得到具有高输出功率，且有较好稳定性和可控性的宽光谱激光脉冲输出，并简化制作工艺，降低成本，实现批量生产。(二)技术方案针对上述问题，本专利技术提出了一种宽光谱晶闸管激光器的制备方法，包括以下步骤：S1、制备半导体外延层结构，S2、在半导体外延层结构上形成脊条结构，S3、在脊条结构上制备电极得到宽光谱晶闸管激光器。在步骤S1中，半导体外延层结构自下而上依次制备：下N型区、i型区、下P型区、上P型区，下N型区自下而上依次包括：n型GaAs衬底、n-GaAs缓冲层、n-AlGaAs盖层；i型区自下而上依次还包括：i-AlGaAs下限制层、i-GaAs下波导层、i-GaAs上波导层、i-AlGaAs上限制层；下P型区自下而上依次包括：p型栅电极接触层、i-GaAs间隔层；上P型区自下而上依次包括：p-AlGaAs盖层、p-GaAs接触层。在i型区的i-GaAs上波导层和i-GaAs下波导层之间形成量子阱有源区，用于产生激光。在半导体外延层结构的下P型区上形成上N型区，上N型区包括：n-AlGaAs渐变过渡层，上N型区位于上P型区和下P型区之间，以形成PNPiN基本结构。在上N型区和下P型区之间形成GaAs隧道结，GaAs隧道结包括重掺杂p型层和形成于重掺杂p型层上的重掺杂n型层，重掺杂p型层形成于i-GaAs间隔层上，属于下P型区；重掺杂n型层位于n-AlGaAs渐变过渡层下方，属于上N型区。在步骤S2中，对半导体外延层结构的上P型区表面进行刻蚀以形成脊条结构，脊条结构包括脊条以及形成于脊条两侧的第一台面和第二台面，脊条深度与上P型区、上N型区以及下P型区的p型栅电极接触层的厚度之和相等。对脊条两侧的第一台面和第二台面进行刻蚀形成第一沟槽和第二沟槽，第一沟槽和第二沟槽的底部位于i型区的i-AlGaAs上限制层内。在步骤S3中，在形成第一沟槽和第二沟槽的脊条结构表面形成一层绝缘层，用于电隔离。在具有绝缘层的脊条结构上，在脊条的上表面形成第一电注入窗口，在第二台面上形成第二电注入窗口。在形成第一电注入窗口和第二电注入窗口的具有双沟结构和绝缘层的脊条结构上表面，利用溅射或蒸发工艺制备金属层，用于形成金属电极。对第二电注入窗口和最近邻的第二沟槽之间台面的金属层进行刻蚀形成一个电隔离沟，电隔离沟深度等于金属层的厚度，用于形成金属电极：位于第一电注入窗口的p型顶电极和位于第二电注入窗口的p型栅电极。在具备脊条结构的半导体外延层结构背面，即n型GaAs衬底下表面形成一层n型背电极。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供的宽光谱晶闸管激光器的制备方法，结合传统激光器的PiN结构和传统晶闸管的PNPN结构，引入上N型区，制备得到PNPiN结构的栅控激光器，其中，通过超薄重掺杂n型层和重掺杂p型层组成的隧道结层，和p型栅电极，所以能够得到具有高输出功率，且有较好稳定性和栅极可控性的三极宽光谱激光器件。2、本专利技术提供的宽光谱晶闸管激光器的制备方法，由于以脊波导激光器的工艺制作为基础，制作工艺简单、易重复，容易实现批量生产。3、本专利技术提供的宽光谱晶闸管激光器的制备方法，由于采用量子阱材料作为有源区，所以能够使用金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)方法进行外延层结构生长，易于批量生产。4、本专利技术提供的宽光谱晶闸管激光器的制备方法，由于引入了脊条两侧的双沟结构，能够保证良好的侧向光场限制，实现基横模激射。附图说明图1是本专利技术提出的宽光谱晶闸管激光器的制备方法流程示意图。图2是本专利技术提出的具体实施例一GaAs基带栅电极的宽光谱晶闸管激光器的半导体外延层结构；图3是本专利技术提出的具体实施例一GaAs基带栅电极的宽光谱晶闸管激光器的脊条结构；图4是本专利技术提出的具体实施例一GaAs基带栅电极的宽光谱晶闸管激光器中在脊条两侧台面上覆盖有光刻胶掩膜的脊条结构；图5是本专利技术提出的具体实施例一GaAs基带栅电极的宽光谱晶闸管激光器中在脊条结构上形成的双沟结构；图6是本专利技术提出的具体实施例一GaAs基带栅电极的宽光谱晶闸管激光器中在具备双沟结构的脊条结构上形成的绝缘层；图7是本专利技术提出的具体实施例一GaAs基带栅电极的宽光谱晶闸管激光器中在具备绝缘层的脊条上形成的第一电注入窗口；图8是本专利技术提出的具体实施例一GaAs基带栅电极的宽光谱晶闸管激光器中在具备第一电注入窗口的脊条结构台面上形成的第二电注入窗口；图9是本专利技术提出的具体实施例一GaAs基带栅电极的宽光谱晶闸管激光器中在具备电注入窗口的脊条结构上形成的金属层；图10是本专利技术提出的具体实施例一GaAs基带栅电极的宽光谱晶闸管激光器中在具备电注入窗口的脊条结构上的金属层上形成电隔离沟、p型顶电极和p型栅电极；图11是本专利技术提出的具体实施例一GaAs基带栅电极的宽光谱晶闸管激光器中在电隔离沟、p型顶电极和p型栅电极的脊条结构的背面形成的n型背电极。其中，1是n型背电极，2是n型GaAs衬底，3是n-GaAs缓冲层，4是n-AlGaAs盖层，5是i-AlGaAs下限制层，6是i-GaAs下波导层，7是量子阱有源区，8是i-GaAs上波导层，9是i-AlGaAs上限制层，10是p型栅电极接触层，11是i-GaAs间隔层，12是GaAs隧道结，13是n-AlGaAs渐变过渡层，14是p-AlGaAs盖层，15是p-GaAs接触层，16是p型顶电极，17是绝缘层，18是金属层，19是p型栅电极，20是介质保护层，21是光刻胶层；A是第一台面，B是第二台面，C是脊条，D是第一沟槽，E是第二沟槽，F是第一电注入窗口，G是第二电注入窗口，H是电隔离沟。具体实施方式GaAs基带栅电极的宽光谱晶闸管激光器同时具备传统激光器的PiN结构和传统晶闸管的PNPN结构，自上而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽光谱晶闸管激光器的制备方法，包括：S1、制备半导体外延层结构，S2、在半导体外延层结构上形成脊条结构，S3、在脊条结构上制备电极得到所述的宽光谱晶闸管激光器。

【技术特征摘要】
1.一种宽光谱晶闸管激光器的制备方法，包括：S1、制备半导体外延层结构，S2、在半导体外延层结构上形成脊条结构，S3、在脊条结构上制备电极得到所述的宽光谱晶闸管激光器。2.根据权利要求1所述的宽光谱晶闸管激光器的制备方法，其特征在于，所述的步骤S1中，半导体外延层结构自下而上依次制备：下N型区、i型区、下P型区、上P型区，所述的下N型区自下而上依次包括：n型GaAs衬底、n-GaAs缓冲层、n-AlGaAs盖层；所述的i型区自下而上依次还包括：i-AlGaAs下限制层、i-GaAs下波导层、i-GaAs上波导层、i-AlGaAs上限制层；所述的下P型区自下而上依次包括：p型栅电极接触层、i-GaAs间隔层；所述的上P型区自下而上依次包括：p-AlGaAs盖层、p-GaAs接触层。3.根据权利要求2所述的宽光谱晶闸管激光器的制备方法，其特征在于，在所述的i型区的i-GaAs上波导层和i-GaAs下波导层之间形成量子阱有源区，用于产生激光。4.根据权利要求2所述的宽光谱晶闸管激光器的制备方法，其特征在于，在半导体外延层结构的下P型区上形成上N型区，所述的上N型区包括：n-AlGaAs渐变过渡层，所述的上N型区位于上P型区和下P型区之间，以形成PNPiN基本结构。5.根据权利要求4所述的宽光谱晶闸管激光器的制备方法，其特征在于，在所述的上N型区和下P型区之间形成GaAs隧道结，所述的GaAs隧道结包括重掺杂p型层和形成于重掺杂p型层上的重掺杂n型层，所述重掺杂p型层形成于所述i-GaAs间隔层上，属于所述的下P型区；所述重掺杂n型层位于所述n-AlGaAs渐变过渡层下方，属于上N型区。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：王嘉琪，刘震，于红艳，周旭亮，李召松，王圩，潘教青，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11