本發明專利技術涉及一種制造半導體激光器芯片絕緣膜層的技術，該技術屬于半導體發光器件的介質膜制造領域。傳統制造絕緣膜層的技術應用熱蒸發、濺射或各種ＣＶＤ技術，在器件外延片表面沉積ＳｉＯ↓［２］或Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］薄層作為絕緣膜，這些傳統技術及其所產生的膜層會對外延材料表面造成損傷。本發明專利技術使用脈沖陽極氧化的方法，以外延材料中的Ａｌ、Ａｓ等元素為原料反應生成絕緣膜層，克服了在傳統制造絕緣層工藝中存在的問題。該發明專利技術可應用于半導體發光器件的制造領域。本發明專利技術還涉及一種應用脈沖陽極氧化技術制作的，專門應用在無需制冷長期連續穩定運轉的光纖通訊設備中的邊發射型長波長ＧａＩｎＮＡｓ量子阱半導體激光器芯片，該激光器的波長專門針對Ｇ．６５２光纖的第２窗口，本器件屬于半導體發光器件領域。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種制造半導體激光器芯片絕緣層的技術，屬于半導體器件制造
， 特別指半導體光電子器件的介質膜制造領域。本專利技術還涉及一種應用脈沖陽極氧化工藝制作絕緣層的半導體激光器芯片，專門應用在 無制冷設備長期穩定運轉的光纖通訊設備中，屬于半導體發光器件領域。
技術介紹
在邊發射半導體激光器制造工藝中，制作歐姆接觸金屬層之前，需要在激光器芯片材料 的P面上除電流注入區之外的表面區域制作一層絕緣介質膜層，從而形成電流的注入通道。在 傳統工藝中，這一介質膜可由Si02膜或Si3N4膜組成。2005年2月出版的《光纖通信用光電子器 件制作工藝基礎》的第6章6.2.3中介紹了Si02膜和Si3N4膜的制備方法，對于Si02膜，介紹了熱 生長法，CVD法，濺射法應用CVD和濺射法；對于Si3N4膜，介紹了濺射法和CVD法。
技術實現思路
使用Si02或Si3N4制作邊發射半導體激光器的絕緣膜層，膜層生成工藝及膜層本身都會為樣品帶來損傷。在使用等離子CVD的情況下，因為Si02或Si3N4會和AlGaAs上限制層中的Al 反應，其結果為Si原子取代原來樣品中的Al原子從而形成缺陷。在使用離子束濺射的情況下， 成膜過程中會有游離的反射離子轟擊在樣品表面，其能量足以在表面形成缺陷。另外，不論 是Si02還是Si3N4膜，都會在與之接觸的下層樣品之間的界面上形成很大的應力，該應力會令 下層樣品的表面晶格失配的密度增加，從而影響最終成品激光器芯片的性能表現。本專利技術中，為了避免制備Si02或Si3N4的工藝及所生成的膜層對激光器芯片材料表面的損傷，采用了脈沖陽極氧化工藝(其英文縮寫為PAO)來制作絕緣層。該工藝采用電化學的原 理，利用樣片中本身含有的各種元素與電解液進行精確的化學反應，生成主要以A1的氧化物 及As的氧化物為主的混合氧化物膜層，該膜層的機械強度高、致密性好、熱導率高而且電阻 率很大，完全滿足半導體激光器對絕緣層的要求。該膜層不會與下層晶格之間產生失配也不會對下層晶格產生應力，所以能夠避免制備Si02或Si3N4的工藝對材料的損傷。本專利技術中，采用脈沖陽極氧化工藝制作的半導體激光器芯片，是一種脊形波導邊發射激 光器芯片，該芯片以單個或多個GalnNAs量子阱為有源區，發射波長范圍為1.21pm至1.31pm， 應用于長波長光纖通信領域，專門對應G,652光纖的第2窗口波長。該激光器在室溫下連續工 作，發射波長為1.297pm時，三量子阱激光器芯片的各主要參數的典型值如下注入區尺寸為100pmX150(Him，閾值電流為384mA，閾值電流密度為256A/cm2，斜率效率為0.42W/A，峰 值功率為962mW;該激光器芯片工作在溫度為20'C-80'C的線性區域內時，特征溫度為138K.附圖說明圖l為本專利技術涉及的脈沖陽極氧化工藝的裝置示意圖。圖中各數字代表l-真空泵，2-軟 管，3-金屬管吸持頭兼陽極，4-絕緣套管，5-升降支架，6-脈沖電源，7-取樣電阻，阻值為8 歐姆，8-示波器，9-樣品，10-電解液，11-不銹鋼陰極，12-電解液池。圖2為本專利技術涉及的邊發射半導體激光器芯片的外觀示意圖，主要描述該種芯片的外觀樣 式。圖中各數字代表13-左視圖，14-前視圖，15-俯視圖。圖3為本專利技術涉及的邊發射半導體激光器芯片的內部結構示意圖，圖中各數字代表16-P 面電極層，17-P型GaAs接觸層，18-絕緣層，19-P型AlGaAs包層，20-GaAs波導層，21-GalnNAs 量子阱，22-n型AlGaAs包層，23-GaAs襯底，24-n面電極層。具體實施方案本專利技術涉及的脈沖陽極氧化工藝在室溫環境下實施，其具體步驟如下(1) 、按圖1安裝設備并連接電路，將不銹鋼陰極11放入電解液池12底部并倒入適量 體積的電解液IO。電解液的配方為乙二醇水磷酸=40: 20: 1 (體積比)。(2) 、運行真空泵，將清潔處理后的樣品9的P面向下固定在金屬管吸持頭3的末端。(3) 、調整升降支架5，逐漸降低樣品9的高度，最終令其P面正好與電解液面形成面接觸。(4) 、設置脈沖電源6的脈沖寬度為lms，重復頻率為700ps，脈沖電壓為80V，波形為 方波，然后接通電源開始脈沖陽極氧化工藝過程。(5) 、通過示波器8觀測氧化過程中的波形變化，波幅會逐漸降低，當其接近于零點且 無變化時，斷開脈沖電源6停止陽極氧化。(6) 、升起升降支架5，使樣品9脫離電解液面。(7) 、關閉真空泵1的同時妥善取下樣品9，并對其清洗、烘干后進行后續的工藝。權利要求1、一種制作半導體發光器件絕緣層的工藝，稱脈沖陽極氧化工藝(英文縮寫為PAO)。該工藝包括(1)、使用脈沖陽極氧化的方法，在制作邊發射半導體激光器時，將P型包層靠近表面的一部分均勻轉化為致密的氧化物薄層，該薄層作為激光器芯片的絕緣層。(2)、該工藝應用在整個半導體激光器芯片制作工藝流程中的位置為光刻工藝與剝離光刻膠工藝之間。2、 權利要求書l中所述的工藝，其所用設備至少包含(1)、外延片樣本真空夾持設備，該 設備與樣品接觸處采用導電的金屬材料，該處兼作電極。(2)、電解液盛放容器及置于容 器內底部的金屬電極。(3)、脈沖電源。(4)、取樣電阻和波形檢測設備。(5)、為設備(1)、(2)、 (3)、 (4)提供電力支持的電源設備。3、 權利要求書l中所述的工藝中需使用電解液，該電解液成分為乙二醇，水，磷酸。4、 一種小功率專用半導體激光器芯片，其絕緣層應用權利要求書1中所述工藝制作的致密氧 化物薄層。5、 權利要求書4中所述的激光器芯片其有源區為單個或多個GalnNAs量子阱。6、 權利要求書4中所述的激光器芯片的發射波長范圍為1.2pm至1.31拜，專門對應G. 652 光纖的第2窗口波長。全文摘要本專利技術涉及一種制造半導體激光器芯片絕緣膜層的技術，該技術屬于半導體發光器件的介質膜制造領域。傳統制造絕緣膜層的技術應用熱蒸發、濺射或各種CVD技術，在器件外延片表面沉積SiO<sub>2</sub>或Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>薄層作為絕緣膜，這些傳統技術及其所產生的膜層會對外延材料表面造成損傷。本專利技術使用脈沖陽極氧化的方法，以外延材料中的Al、As等元素為原料反應生成絕緣膜層，克服了在傳統制造絕緣層工藝中存在的問題。該專利技術可應用于半導體發光器件的制造領域。本專利技術還涉及一種應用脈沖陽極氧化技術制作的，專門應用在無需制冷長期連續穩定運轉的光纖通訊設備中的邊發射型長波長GaInNAs量子阱半導體激光器芯片，該激光器的波長專門針對G.652光纖的第2窗口，本器件屬于半導體發光器件領域。文檔編號H01S5/00GK101478114SQ20091006644公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月16日 優先權日2009年1月16日專利技術者喬忠良, 劉國軍, 晶 張, 軼 曲, 梅 李, 輝 李, 李占國, 王曉華, 王玉霞, 鵬 蘆, 昀 鄧, 欣 高 申請人:長春理工大學本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種制作半導體發光器件絕緣層的工藝，稱脈沖陽極氧化工藝（英文縮寫為ＰＡＯ）。該工藝包括：（１）、使用脈沖陽極氧化的方法，在制作邊發射半導體激光器時，將Ｐ型包層靠近表面的一部分均勻轉化為致密的氧化物薄層，該薄層作為激光器芯片的絕緣層。（２）、該工藝應用在整個半導體激光器芯片制作工藝流程中的位置為：光刻工藝與剝離光刻膠工藝之間。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧昀，高欣，李輝，李梅，李占國，劉國軍，蘆鵬，喬忠良，曲軼，王曉華，王玉霞，張晶，
申請(專利權)人：長春理工大學，
類型：發明
國別省市：82[中國|長春]
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