一氧化氮气体检测用激光芯片的制作方法技术

一种一氧化氮气体检测用激光芯片的制作方法，包括如下步骤：步骤1：在n-InP衬底上依次外延生长出InP缓冲层、InGaAsP下波导层、多量子阱结构、InGaAsP上波导层和p-n反型层；步骤2：在InGaAsP上波导层和p-n反型层上刻蚀出复耦合型光栅；步骤3：在复耦合型光栅上二次外延生长出第一p-InP盖层、刻蚀停止层、第二p-InP盖层和p-InGaAs接触层；步骤4：在第二p-InP盖层和p-InGaAs接触层上腐蚀出脊型波导结构，并大面积淀积二氧化硅层；步骤5：刻蚀掉中间的脊型波导结构上面的二氧化硅层，形成窗口；步骤6：在脊型波导结构和窗口的表面溅射出P面电极并蒸发出N面电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体激光气体检测器
，具体为采用低压金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)外延生长材料，结合常规的湿法腐蚀和光刻工艺的一种。
技术介绍
随着我国工业化生产的迅猛发展，我国一些城市的空气已呈现出氮氧化物超标的趋势。其中一氧化氮是空气污染的主要成分，在空气中它还可较快地转变为具有刺激性的毒性极强的二氧化氮，其主要来源于火力发电厂、化工厂、化肥厂、垃圾焚烧、汽车和柴油机排放的尾气等。它的化学行为与几个重大的环境问题密切相关，如酸雨的形成，烟雾事件的发生，臭氧层的破坏和温室效应等，给人体健康和生态环境构成巨大威胁，已经引起了全世界的关注。当NO的浓度超过了一定的域值，其危害将非常显著，因此，必须对这些废气中一氧化氮的排放量进行严格监控，结合治理措施降低它在大气中的含量，对我们的生存环境具有重大意义。目前，国内市场上供应的NO检测仪大多采用进口的电化学一氧化氮传感器。这种技术存在很多缺点精度低，容易受其他气体如硫化氢、一氧化碳等干扰；接触式测量，需要探测源与被探测对象的近距离有效接触，这很容易引起探测器的腐蚀或损坏；稳定性差， 需要频繁校准，维护费用高；传感器寿命短。近年来发展起来的可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAQ解决了以上难点。 TDLAS技术是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随温度和注入电流改变而改变的特性实现对气体分子浓度的测量，其中最主要的部件就是可调谐半导体激光器。TDLAS技术的光源要求单模工作，输出功率为几个毫瓦，波长可调。研究发现，大应变MGaAsAnGaAsP多量子阱分布反馈激光器由于在有源区制备有光栅，能够输出稳定的单模激光，线宽在几兆赫兹，远小于气体分子的吸收线宽(百兆赫兹)，可以保证系统以某一精确的波长为目标， 避免背景气体的交叉干扰，并且其波长可以被温度和电流调谐，非常适合作为气体传感系统的光源。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种稳定的用于一氧化氮气体传感应用的激光束，以实现高精度的一氧化氮检测。本专利技术提供一种，包括如下步骤步骤1 在n-InP衬底上依次外延生长出InP缓冲层、InGaAsP下波导层、多量子阱结构、InGaAsP上波导层和p_n反型层；步骤2 在InGaAsP上波导层和p_n反型层上刻蚀出复耦合型光栅；步骤3 在复耦合型光栅上二次外延生长出第一 P-InP盖层、刻蚀停止层、第二 P-InP盖层和p-hGaAs接触层；步骤4 在第二 P-InP盖层和p-InGaAs接触层上腐蚀出脊型波导结构，并大面积淀积二氧化硅层；步骤5 刻蚀掉中间的脊型波导结构上面的二氧化硅层，形成窗口 ；步骤6 在脊型波导结构和窗口的表面溅射出P面电极并蒸发出N面电极。其中的多量子阱结构采用应变补偿结构，由四个压应变的量子阱和五个张应变的垒组成。其中多量子阱结构的光荧光波长为1780nm-1825nm。其中多量子阱结构中压应变的量子阱的材料为压应变量为2.0% -2.4% 的InGaAs，其厚度为8-lOnm ；垒采用带隙波长为1. 3μπι的InGaAsP材料，张应变量为 0. 02-0. 14%，其厚度为 16-20nm。其中所述多量子阱结构4中的垒材料的禁带宽度大于多量子阱结构上下两侧的 InGaAsP波导层的禁带宽度。附图说明为了进一步说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合说明书附图对本专利技术作详细的描述，其中图1为本专利技术具体实施方式中制造一氧化氮检测用激光芯片的流程图；图2为在n-InP衬底上一次外延后的端面结构示意图；图3为制备光栅后的侧面结构示意图；图4为二次外延后的端面结构示意图；图5为制备脊型波导结构并在其上大面积淀积二氧化硅层后的端面结构示意图；图6为刻制出脊型波导窗口后的端面结构示意图；图7为溅射P面电极和蒸发N面电极后的端面结构示意图。具体实施例方式请参阅图1并结合图2-图7所示，本专利技术提供一种，包括如下步骤步骤1 在n-InP衬底1上依次外延生长出InP缓冲层2、InGaAsP下波导层3、多量子阱结构4、InGaAsP上波导层5和p-η反型层6 ；其中，所述多量子阱结构4采用应变补偿结构，由四个压应变的量子阱和五个张应变的垒组成，该多量子阱结构4的光荧光波长为1780nm-1825nm，该多量子阱结构4中压应变量子阱的材料为压应变量为2. 0% -2. 4%的InGaAs，其厚度为8-lOnm ；垒采用带隙波长为1.3μπι的InGaAsP材料，张应变量为0. 02-0. 14%，其厚度为16-20nm，所述多量子阱结构4中的垒材料的禁带宽度大于多量子阱结构4上下两侧的^GaAsP波导层5、3的禁带宽度；步骤2 在InGaAsP上波导层5和p_n反型层6上刻蚀出复耦合型光栅7 ；步骤3 在复耦合型光栅7上二次外延生长出第一 P-InP盖层8、刻蚀停止层9、第二 P-InP 盖层 8，和 P-InGaAs 接触层 10 ；步骤4 在第二 p-ΙηΡ盖层8’和p-hGaAs接触层10上腐蚀出脊型波导结构，并大面积淀积二氧化硅层11 ；步骤5 刻蚀掉中间的脊型波导结构上面的二氧化硅层11，形成窗口 12 ；步骤6 在脊型波导结构和窗口 12的表面溅射出P面电极13并蒸发出N面电极 14。实例本专利技术提供一种，包括如下步骤步骤1 在n-InP衬底1上依次外延生长出InP缓冲层2、InGaAsP下波导层3、多量子阱结构4、InGaAsP上波导层5和p-η反型层6。其中的多量子阱结构4采用应变补偿结构，由四个压应变的量子阱和五个张应变的垒组成，该多量子阱结构4的光荧光波长为1780nm-1825nm，该多量子阱结构4中的压应变的量子阱的材料为压应变量为2. 4%的InGaAs，其厚度为8. 4nm ；垒采用带隙波长为 1. 3 μ m的InGaAsP材料，张应变量为0. 1 %，其厚度为16nm，所述多量子阱结构4中的垒材料的禁带宽度大于多量子阱结构4上下两侧的InGaAsP波导层5、3的禁带宽度。上、下 InGaAsP波导层5、3为光限制层(SCH)，其带隙较小，对光有很好的限制作用，但对载流子限制较弱，载流子容易从阱中泄露出来，从而导致器件特征温度较低。垒材料采用应变补偿结构同时也可作为载流子阻挡层，限制载流子从量子阱中的泄露，从而提高器件的温度稳定性。其中，所述InGaAsP下波导层3和InGaAsP上波导层5均为1. 3Q(与InP衬底1 晶格匹配，带隙波长为1. 3 μ m的InGaAsP材料)，厚度都是120nm。其中，所述p-n反型层6依次包括在所述InGaAsP上波导层5上外延生长的12nm 的P-InP层、9nm的n_InP层以及9nm的1. 3Q材料；步骤2 在InGaAsP上波导层5和p_n反型层6上刻蚀出复耦合型光栅7。依次采用全息曝光方法以及RIE (Reactive Ion Kching，反应离子刻蚀)干法刻蚀与湿法腐蚀相结合的方法在所述P-n反型层6与所述^GaAsP上波导层5上制作出深度为70nm周期为观1. 23nm的复耦合型光栅7，形成分布反馈结构。用于RIE刻蚀的气体比例为 Ar2 :7sccm、CH4 :12sccm、H2 :4kccm，刻蚀速率为 47nm/min，刻蚀时间 90 秒。由于在上波导层5上面生本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种一氧化氮气体检测用激光芯片的制作方法，包括如下步骤：步骤１：在ｎ－ＩｎＰ衬底上依次外延生长出ＩｎＰ缓冲层、ＩｎＧａＡｓＰ下波导层、多量子阱结构、ＩｎＧａＡｓＰ上波导层和ｐ－ｎ反型层；步骤２：在ＩｎＧａＡｓＰ上波导层和ｐ－ｎ反型层上刻蚀出复耦合型光栅；步骤３：在复耦合型光栅上二次外延生长出第一ｐ－ＩｎＰ盖层、刻蚀停止层、第二ｐ－ＩｎＰ盖层和ｐ－ＩｎＧａＡｓ接触层；步骤４：在第二ｐ－ＩｎＰ盖层和ｐ－ＩｎＧａＡｓ接触层上腐蚀出脊型波导结构，并大面积淀积二氧化硅层；步骤５：刻蚀掉中间的脊型波导结构上面的二氧化硅层，形成窗口；步骤６：在脊型波导结构和窗口的表面溅射出Ｐ面电极并蒸发出Ｎ面电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于红艳，周旭亮，邵永波，王宝军，潘教青，王圩，
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：11