一种基于全制造技术

本发明专利技术提供一种基于全

【技术实现步骤摘要】
一种基于全InP波导的量子级联激光器脊形结构的腐蚀方法


[0001]本专利技术涉及电气元件
，具体涉及一种基于全
InP
波导的量子级联激光器脊形结构的腐蚀方法
。

技术介绍

[0002]量子级联激光器作为一种单极型半导体激光器，能直接输出3‑
300
μ
m
波长的激光，覆盖中远红外至太赫兹波段，具有巨大的优势和不可替代性，在痕量气体检测
、
定向红外对抗和自由空间光通讯等领域有着广泛地应用前景
。
[0003]为了提高量子级联激光器的输出功率，波导的设计和制备至关重要
。
经典的量子级联激光器波导一般在有源区两侧各加一个波导限制层
InGaAs
，以此增加光限制因子
。
但是由于
InGaAs
的热导率低，使器件的散热效率低，会存在一定的功率瓶颈
。
而
InP
具有更高的热导率，因此采用全
InP
基的波导结构可以显著提高散热效率，更适用于大功率量子级联激光器
。
[0004]波导的制备一般是通过干法刻蚀或湿法腐蚀形成脊形结构，从而提供光学和电学限制
。
腐蚀工艺的选择对于量子级联激光器的性能具有非常重要的影响，干法刻蚀出的界面垂直但粗糙，粗糙的侧壁会增大散射损耗；湿法腐蚀出的界面光滑但侧向腐蚀严重，这一方面使有源区上下宽度相差较大，导致不同级联周期具有不同的电压
‑<br/>电流密度
‑
增益曲线，从而产生交叉吸收，另一方面由于脊条上部较窄，增大了后续电极制作的难度
。
此外，已报道的针对经典的
InGaAs
波导的腐蚀方法并不适用于
InP
波导
。
因此针对基于全
InP
波导的量子级联激光器，探究合适的腐蚀方法从而获得陡直
、
光滑的脊形形貌，具有重要的研究价值
。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决全
InP
基的脊形波导结构制备的问题，提供一种基于全
InP
波导的量子级联激光器脊形结构的腐蚀方法，采用干法刻蚀和两步湿法腐蚀结合的方式，既减少了侧向腐蚀，又能获得光滑的侧壁；有源层以上的
InP
波导层采用干法刻蚀和选择性湿法腐蚀结合的方式，干法刻蚀保证了垂直度，选择性湿法腐蚀保证了精确腐蚀到有源层上方
。
若只采用干法刻蚀
InP
，有可能过刻蚀到有源层，导致在有源层产生应力和缺陷，严重影响器件性能；干法刻蚀本身具有大面积刻蚀均匀性好的优势，湿法腐蚀时采用低速搅拌，从而使整个腐蚀过程的均匀性可以得到保证；
InP
波导材料结合陡直的脊形结构，可有效提高量子级联激光器的散热效率，从而实现更高的输出光功率
。
[0006]本专利技术提供一种基于全
InP
波导的量子级联激光器脊形结构的腐蚀方法，包括以下步骤：
[0007]S1、
在量子级联激光器外延片的表面沉积掩模层，量子级联激光器外延片自底向上依包括衬底
、
有源层和波导包覆层，掩模层为
SiO2掩模层，衬底和波导包覆层的材料相同；
[0008]S2、
将光刻胶涂覆在量子级联激光器外延片上，然后通过紫外曝光
、
显影和坚膜将光刻版上的条形图案复制到光刻胶上得到光刻胶层；
[0009]S3、
以光刻胶层为掩模干法刻蚀
SiO2掩模层，将光刻胶层的图案转移到
SiO2掩模层，得到带有图案的
SiO2掩模层；
[0010]S4、
将量子级联激光器外延片放入去胶液中加热超声去除残余光刻胶；
[0011]S5、
以带有图案的
SiO2掩模层为掩模，使用干法刻蚀波导包覆层
、
刻蚀深度小于波导包覆层的总深度，得到剩余波导包覆层；
[0012]S6、
使用选择性腐蚀液腐蚀剩余波导包覆层至有源层，暴露出但不腐蚀有源层；
[0013]S7、
使用非选择性腐蚀液腐蚀有源层和衬底，非选择性腐蚀液穿过有源层后，继续腐蚀部分衬底；
[0014]S8、
将量子级联激光器外延片放入去
BOE
溶液中超声清洗，去除残余
SiO2掩模层；
[0015]S9、
使用去离子水冲洗量子级联激光器外延片，并用氮气吹干，得到量子级联激光器脊形结构
。
[0016]本专利技术所述的一种基于全
InP
波导的量子级联激光器脊形结构的腐蚀方法，作为优选方式，步骤
S1
中，衬底和波导包覆层的材料均为
InP
，有源层为
InGaAs/InAlAs
交替生长的周期性材料，衬底充当下包覆层的作用；
[0017]步骤
S9
中，量子级联激光器脊形结构基于全
InP
波导
。
[0018]本专利技术所述的一种基于全
InP
波导的量子级联激光器脊形结构的腐蚀方法，作为优选方式，步骤
S1
中，使用用化学气相沉积方法沉积掩模层，
SiO2掩模层的厚度为
300
～
500nm
；
[0019]步骤
S2
中，光刻胶层为条形，步骤
S3
中，带有图案的
SiO2掩模层也为条形；
[0020]步骤
S2
中，光刻胶为
S1813
，显影后在
120℃
的热板上烘烤
10
～
20
分钟完成坚膜得到光刻胶层
。
[0021]本专利技术所述的一种基于全
InP
波导的量子级联激光器脊形结构的腐蚀方法，作为优选方式，步骤
S3、S5
中，干法刻蚀使用电感耦合等离子体干法刻蚀
(ICP)。
[0022]本专利技术所述的一种基于全
InP
波导的量子级联激光器脊形结构的腐蚀方法，作为优选方式，
[0023]步骤
S3
中，反应气体为
CF4，气体流量为
40
～
60sccm
，刻蚀速率为
140
～
160nm/min
；
[0024]步骤
S5
中，反应气体为
20:1
的
Ar
和
Cl2，刻蚀速率为
190
～
210nm/min
，刻蚀深度为4μ
m。
[0025]本专利技术所述的一种基于全<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于全
InP
波导的量子级联激光器脊形结构的腐蚀方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、
在量子级联激光器外延片的表面沉积掩模层，所述量子级联激光器外延片自底向上依次包括衬底
(1)、
有源层
(2)
和波导包覆层
(3)
，所述掩模层为
SiO2掩模层
(4)
，所述衬底
(1)
和所述波导包覆层
(3)
的材料相同；
S2、
将光刻胶涂覆在所述量子级联激光器外延片上，然后通过紫外曝光
、
显影和坚膜将光刻版上的条形图案复制到光刻胶上得到光刻胶层
(5)
；
S3、
以光刻胶层
(5)
为掩模干法刻蚀所述
SiO2掩模层
(4)
，将所述光刻胶层
(5)
的图案转移到所述
SiO2掩模层
(4)
，得到带有图案的
SiO2掩模层；
S4、
将所述量子级联激光器外延片放入去胶液中加热超声去除残余光刻胶；
S5、
以所述带有图案的
SiO2掩模层为掩模，使用干法刻蚀所述波导包覆层
(3)、
刻蚀深度小于所述波导包覆层
(3)
的总深度，得到剩余波导包覆层；
S6、
使用选择性腐蚀液腐蚀所述剩余波导包覆层至所述有源层
(2)
，暴露出但不腐蚀所述有源层
(2)
；
S7、
使用非选择性腐蚀液腐蚀所述有源层
(2)
，所述非选择性腐蚀液穿过所述有源层
(2)
后继续腐蚀部分所述衬底
(1)
；
S8、
将所述量子级联激光器外延片放入去
BOE
溶液中超声清洗，去除残余所述
SiO2掩模层
(4)
；
S9、
使用去离子水冲洗量子级联激光器外延片，并用氮气吹干，得到量子级联激光器脊形结构
。2.
根据权利要求1所述的一种基于全
InP
波导的量子级联激光器脊形结构的腐蚀方法，其特征在于：步骤
S1
中，所述衬底
(1)
和所述波导包覆层
(3)
的材料均为
InP
，所述有源层
(2)
为
InGaAs/InAlAs
交替生长的周期性材料，所述衬底
(1)
充当下包覆层的作用；步骤
S9
中，所述量子级联激光器脊形结构基于全
InP
波导
。3.
根据权利要求1所述的一种基于全
InP
波导的量子级联激光器脊形结构的腐蚀方法，其特征在于：步骤
S1
中，使用用化学气相沉积方法沉积所述掩模层，所述
SiO2掩模层
(4)
的厚度为
300
～
500nm
；步骤
S2
中，所述光刻胶层
(5)
为条形，步骤

【专利技术属性】
技术研发人员：张盛楠，杨超，张宇露，黄彦，高志强，史青，彭泳卿，
申请(专利权)人：北京遥测技术研究所，
类型：发明
国别省市：