本发明专利技术提供一种可精确控制高度的半导体激光器垂直脊型结构的制作方法，包括以下步骤：生长半导体外延膜层及ESL；在外延片上依次形成一次二氧化硅掩膜和一次光刻胶掩膜，并光刻成周期性的脊条窗口；ICP刻蚀氧化硅掩膜；继续ICP刻蚀外延层至一定深度，形成窄脊条结构；去除残留光刻胶；腐蚀GaAs接触层，形成内缩结构；生长并ICP刻蚀二次二氧化硅掩膜；湿法腐蚀外延膜层至腐蚀阻挡层；去除掩膜后生长SiO2电流阻挡层，并形成二次光刻胶掩膜图形；ICP刻蚀去除GaAs顶部的电流阻挡层，漏出电流注入窗口，完成脊型结构制作。采用干法刻蚀和湿法腐蚀相结合的方式，脊型高度可精确控制，侧壁垂直，同时减小脊条上的电流注入区域，提高了电流注入密度。流注入密度。流注入密度。
【技术实现步骤摘要】
一种可精确控制高度的半导体激光器垂直脊型结构的制作方法
[0001]本专利技术涉及一种可精确控制高度的半导体激光器垂直脊型结构的制作方法，属于半导体激光器
技术介绍
[0002]半导体激光器具有体积小、重量轻、省电等优点，在激光打印和印刷、光学测量、机器人与自动控制、美容、医疗等领域有广泛的应用。
[0003]目前半导体激光器发光区结构通常为脊条形，对要求稳定输出单横模光斑的激光器来说，窄且矩形的脊型结构是至关重要的。制作脊型结构通常采用的方法为湿法腐蚀或干法刻蚀。对于多层膜系的外延结构来说，湿法腐蚀的各向同性和选择性会造成脊条不垂直，或很容易形成“盖帽”，干法刻蚀(如ICP)可得到侧壁垂直的矩形脊条，但是受限于刻蚀设备精度，刻蚀深度无法精确控制，单纯的使用湿法腐蚀或干法刻蚀都制约了激光器单模光斑的稳定输出。
[0004]为了提高单模半导体激光器的光电转换效率，在输入电流一定的情况下，减小电流通道面积，提高注入电流密度是一种常用的方法，首先光刻出与脊条宽度一致的光刻胶掩膜图形，通过一定的方式减小光刻胶尺寸，再生长一层电流阻挡层，然后去除光刻胶及其表面的电流阻挡层，这样脊条上无电流阻挡层的区域成为有效区域，脊条其他区域有阻挡层的保护，防止电流外泄，但是此种方法工艺复杂，成本高且重复性较差。
[0005]中国专利文件CN105226502A公开了一种窄脊条型GaAs基GaInP量子阱结构半导体激光器的制备方法，通过在外延片上面旋涂光刻胶后利用PECVD生长干法刻蚀的掩膜，再选用合适的光刻版通过光刻制备需要的掩膜图形，采用干法刻蚀的方式刻蚀掉没有保护处的掩膜和光刻胶，制备出所需要的掩膜图形以及与掩膜图形一致的光刻胶图形，而且光刻胶图形在掩膜图形的下面，再利用干法刻蚀的方式制备出侧面垂直且形貌比较好的脊型结构，最后生长电流阻挡层，剥离光刻胶去掉脊条上面的电流阻挡层，制备出侧面垂直形貌良好的脊型结构。但是，光刻胶在SiO2掩膜下面的这种结构，在干法刻蚀过程中，受高温及等离子体作用，光刻胶很容易松散变形甚至碳化脱落，造成整个刻蚀过程的失败。
技术实现思路
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种可精确控制高度的半导体激光器垂直脊型结构的制作方法，采用干法刻蚀和湿法腐蚀相结合的方式，脊型高度可精确控制，侧壁垂直，同时减小脊条上的电流注入区域，提高了电流注入密度。
[0007]术语解释：
[0008]ESL：腐蚀阻挡层。
[0009]PVD：物理气相沉积。
[0010]PECVD：等离子体增强化学的气相沉积法。
[0011]外延膜层：在衬底上自下而上依次生长的下限制层、下波导层、有源层、上波导层、腐蚀阻挡层、上限制层和GaAs接触层统称为外延膜层。
[0012]本专利技术的技术方案如下：
[0013]一种可精确控制高度的半导体激光器垂直脊型结构的制作方法，操作步骤如下：
[0014](1)在衬底上自下而上依次生长下限制层、下波导层、有源层、上波导层、腐蚀阻挡层、上限制层和GaAs接触层，制作外延片；
[0015](2)利用PVD或PECVD在外延片上沉积SiO2做干法刻蚀掩膜；
[0016](3)在生长有掩膜的外延片上旋涂光刻胶，利用设定尺寸的光刻版光刻得到与脊条尺寸相适应的周期性光刻胶掩膜图形，并进行坚膜和烘烤；
[0017](4)使用ICP刻蚀以光刻胶为掩膜的SiO2，形成窄条结构；
[0018](5)继续使用ICP刻蚀窄条结构形成脊条结构；
[0019](6)采用ICP刻蚀等离子去胶或化学方法去除光刻胶；
[0020](7)利用湿法选择性腐蚀的特点，使用GaAs专用腐蚀液腐蚀GaAs接触层，形成GaAs接触层内缩的脊条结构；
[0021](8)采用PVD磁控溅射的方式二次生长SiO2掩膜，使整个脊条表面包括内缩后的GaAs表面包覆一层SiO2二次掩膜；
[0022](9)使用ICP干法刻蚀二次掩膜，控制刻蚀条件，将刻蚀槽内的SiO2刻蚀干净的同时，保证脊条表面及内缩的GaAs表面仍有SiO2剩余；
[0023](10)利用选择性腐蚀的特点，使用盐酸溶液继续腐蚀外延膜层至腐蚀阻挡层；
[0024](11)使用二氧化硅腐蚀液去除所述SiO2掩膜，形成侧壁垂直且深度可控的脊条结构；
[0025](12)利用PECVD在制备好的样品上生长一层SiO2电流阻挡层；
[0026](13)在所述电流阻挡层上旋涂光刻胶，然后利用光刻显影、坚膜和烘烤，控制光刻胶的厚度
[0027](14)使用ICP干法刻蚀，将GaAs顶部的SiO2电流阻挡层充分刻蚀掉，保留其他区域的SiO2电流阻挡层。
[0028]优选的，步骤(2)中所述掩膜厚度为
[0029]优选的，步骤(3)中脊条尺寸为宽度≤5μm，光刻胶的厚度为
[0030]优选的，步骤(5)中控制刻蚀深度距腐蚀阻挡层
[0031]优选的，步骤(6)中ICP刻蚀气体为氧气，化学方法为使用化学溶液丙酮彻底清洗去除残留的光刻胶。
[0032]优选的，步骤(7)，GaAs专用腐蚀液组分及质量配比为H3PO4：H2O＝2:3。
[0033]优选的，步骤(8)中二次掩膜厚度为
[0034]进一步优选的，步骤(8)中二次掩膜厚度为
[0035]优选的，步骤(10)中，盐酸溶液组分及质量配比为HCl：H2O＝1:5，腐蚀时间为10
‑
200秒。
[0036]优选的，步骤(11)中，二氧化硅腐蚀液组分及质量配比为HF:H2O＝1:10。
[0037]优选的，步骤(12)中，SiO2电流阻挡层厚度为
[0038]本专利技术的有益效果在于：
[0039]1、本专利技术采用干法刻蚀和湿法腐蚀相结合的方式，解决了湿法腐蚀各向同性致脊条结构垂直度差和干法刻蚀深度控制不精确的问题，使脊型高度可精确控制，侧壁垂直。
[0040]2、本专利技术通过湿法选择性腐蚀内缩GaAs接触层尺寸，减小电流注入面积，提高电流注入密度的同时抑制电流的横向扩展，从而提高半导体激光器的单模激光输出效率。
[0041]3、本专利技术的步骤(4)(5)，同时以光刻胶和SiO2做掩膜刻蚀脊条，利用光刻胶的有机离子团包覆在脊条侧壁避免侧壁遭受离子轰击，有效提高了脊条的侧壁垂直度和光滑度。
[0042]4、本专利技术的步骤(13)(14)，使用干法刻蚀的方法去除GaAs顶端的SiO2电流阻挡层，利用干法刻蚀各向异性的特点，有效解决了湿法腐蚀极易钻蚀造成GaAs侧壁上的SiO2被腐蚀掉的问题。
附图说明
[0043]图1为本专利技术脊条刻蚀后的结构示意图；
[0044]图2为本专利技术脊条刻蚀、GaAs内缩后的脊条结构示意图；
[0045]图3为本专利技术二次掩膜生长后脊条结构示意图；
[0046]图4为本专利技术二次掩膜刻蚀后脊条结构示意图；本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可精确控制高度的半导体激光器垂直脊型结构的制作方法，其特征在于，操作步骤如下：(1)在衬底上自下而上依次生长下限制层、下波导层、有源层、上波导层、腐蚀阻挡层、上限制层和GaAs接触层，制作外延片；(2)利用PVD或PECVD在外延片上沉积SiO2做干法刻蚀掩膜；(3)在生长有掩膜的外延片上旋涂光刻胶，利用设定尺寸的光刻版光刻得到与脊条尺寸相适应的周期性光刻胶掩膜图形，并进行坚膜和烘烤；(4)使用ICP刻蚀以光刻胶为掩膜的SiO2，形成窄条结构；(5)继续使用ICP刻蚀窄条结构形成脊条结构；(6)采用ICP刻蚀等离子去胶或化学方法去除光刻胶；(7)利用湿法选择性腐蚀的特点，使用GaAs专用腐蚀液腐蚀GaAs接触层，形成GaAs接触层内缩的脊条结构；(8)采用PVD磁控溅射的方式二次生长SiO2掩膜，使整个脊条表面包括内缩后的GaAs表面包覆一层SiO2二次掩膜；(9)使用ICP干法刻蚀二次掩膜，控制刻蚀条件，将刻蚀槽内的SiO2刻蚀干净的同时，保证脊条表面及内缩的GaAs表面仍有SiO2剩余；(10)利用选择性腐蚀的特点，使用盐酸溶液继续腐蚀外延膜层至腐蚀阻挡层；(11)使用二氧化硅腐蚀液去除所述SiO2掩膜，形成侧壁垂直且深度可控的脊条结构；(12)利用PECVD在制备好的样品上生长一层SiO2电流阻挡层；(13)在所述电流阻挡层上旋涂光刻胶，然后利用光刻显影、坚膜和烘烤，控制光刻胶的厚度(14)使用ICP干法刻蚀，将GaAs顶部的SiO2电流阻挡层充分刻蚀掉，保留其他区域的SiO2电流阻挡层。2.如权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：任夫洋，苏建，郑兆河，徐现刚，
申请(专利权)人：山东华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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